Overview
ソース: タマラ ・ m ・力、化学のテキサス A & M 大学
昇華、最初、液体になることがなく気体に固体の直接相転移が起こる温度と圧力より低い化合物の三重点 (図 1) という。昇華のプロセスは、有機と無機の固体を浄化するために利用できます。浄化技術の中には、気相に直接固体を加熱します。すべての非揮発性の不純物は、気化した化合物は、冷たい表面に固体として収集する (蒸着) 取り残されます。昇華を使用してフェロセン、183 ° C の三重点温度と無機固体を浄化するためにここでは、1
図 1.汎用的な相図。色付きの線は、相転移の圧力と温度の要件を表します。固体の蒸留は、圧力と相図の緑の線で表される、トリプル ポイントの上の温度で発生します。青い線は昇華が発生する温度と圧力の条件を表します。
Principles
多くの無機化合物、固体、したがってそれは固体の浄化のための方法を理解することが重要。いくつかの固体の浄化のための技術は、液体の浄化のために使用されるものに似ています。たとえば、蒸留はそれらを蒸発させる前に溶融低融点のソリッド便利な浄化技術です。相図の化合物 (図 1) の三重点上にある圧力で蒸留を行うことができますに注意してください。当初溶融後液体 (図 1赤ライン) を生成するため蒸留に実行されますそれが化合物その他の液体相のでしょう。
昇華は蒸留に関連しているが、液相に中間相転移を伴わない。昇華は、特定の温度と圧力相図 (図 1) の化合物の三重点より下にあるでのみ発生します。昇華は精製技術 (真空) の下で時々 固体を加熱する、直接固相からガス相への相転移の結果します。冷たい表面で気化した化合物の析出昇華したものの材料の分離で起因します。非揮発性の不純物は、昇華が完了した後に取り残されます。容易に大気圧昇華を受ける物質の一般的な例は、(0 ° C 以下の温度) で氷と CO2。
昇華されて固体の変動に応じて様々 な器具が使用できます。揮発性の高い固形物 (高圧、低温で三重点と化合物)、ビーカーとガラスを使用して単純な昇華室を作ることが可能です。そのような装置は、大気圧と温度に近づくほど崇高な化合物に適しています。真空や不活性ガスが必要な場合は、ガラス専用の昇華 (すなわち、昇華商工会議所) が使用できます。不活性雰囲気下または真空下で昇華昇華商工会議所 (図 2) ことができます。それは、2 つのガラス片で構成されています: 主室の下部にソリッドを入れて、氷水で満たされることができます寒さの指と呼ばれる商工会議所の中央に円柱に昇華精製の材料収集、ドライアイス ・ アセトン、またはいくつかの他の凍結。ベースと冷たい指は o リングでシールし、クランプで固定します。昇華が完了したら、(非空気敏感な化合物を空気中または空気に敏感な材料のためにグローブ ボックス内) に商工会議所を dissembled することができ、精製固体スクレイプになっている冷たい指することができます。すべての非揮発性の不純物は、昇華チャンバーの下部におきます。
図 2 。低圧昇華用に設計された昇華室。
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Procedure
1. Schlenk ラインのセットアップ
詳細な手順、有機化学の基本シリーズで「Schlenk ライン転送の溶剤」と「液体の脱気」の動画をご覧ください。Schlenk ラインの安全は、この実験を行う前に確認必要があります。ガラスは、使用前に星の亀裂の検査する必要があります。リキッド N2を使用している場合に、Schlenk ライン トラップに O2がない凝縮されて確保するため注意が必要があります。温液体 N2 O2凝縮し、有機溶媒存在下で爆発。O2が凝縮されている、または青い液体がコールド トラップで観測されたことが疑われる場合は動的真空下ではコールド トラップを残します。リキッド N2トラップを削除したり、真空ポンプをオフにしないでください。-ポンプに液体 O2が崇高な時間をかけてこそすべて O2の昇華が一度リキッド N2のトラップを削除しても安全です。
- 圧力解放バルブを閉じます。
- N2ガス、真空ポンプをオンにします。
- Schlenk ライン真空があるリキッド N2またはドライアイス/アセトンでコールド トラップを準備します。
- コールド トラップを組み立てます。
2. 昇華チャンバーの底にフェロセンの 500 mg (2.7 m モル) を追加します。
3. 昇華商工会議所総会
- チャンバー ベースの溝に o リングを配置します。
- 優しくチャンバー ベースに冷たい指を置き、ガラスの溝に o リングが収まることを確認してください。
- クランプを用いた昇華室の 2 つの部分を固定します。
4. 昇華チャンバーをシュレンク管に接続し、1 分近いため昇華チャンバーの真空バルブの真空チャンバーを開きます。昇華は、静的真空下で実施されます。
5. 氷浴で冷たい指を埋めます。
6. 80 ° C に加熱水浴に昇華チャンバのベースを配置します。
7. 昇華完了後お風呂から昇華チャンバーを削除します。
8. シュレンク管にバルブを閉じます。
9. 昇華チャンバーから Schlenk ライン チューブを削除し、ゆっくりとバルブを開くことによって昇華チャンバーを repressurize します。注意してください！商工会議所は余りにすぐに repressurized される場合それは冷たい指に精製した結晶を邪魔します。
10. アンクランプ昇華チャンバーとピペットと寒さの指から水を除去します。
11. 慎重に昇華室から冷たい指を持ち上げます。
12. バイアルに冷たい指と転送から精製したフェロセンをこすり。精製した製品の重量を記録します。昇華されている化合物は、空気に敏感ながの場合全体の器具が昇華室を開く前に不活性雰囲気のグローブ ボックスに持参します。
昇華は、その中間の液相を通過せずガスに固体から物質の相転移です。有機・無機固形物の精製に使用される重要な技法です。
通常固体から気体状態への転移、液体状態を通過が必要です。
ただし、減圧・固体の加熱につながる揮発せずに溶けて、昇華として知られています。固体の状態に、その気体の物質の通過逆のプロセスは、蒸着と呼ばれます。
このビデオは、昇華、典型的なプロシージャ、およびいくつかのアプリケーションの原則を示しています。
常圧で、ほとんどの化学化合物および要素はすべての 3 つの状態が存在する三重点で異なる温度での物質の 3 種類の状態を所有しています。
相図からわかるように、蒸発・凝縮 - 蒸留 - として一緒に知られているが化合物のトリプル ポイントの上の圧力で行われます。
それどころか、昇華と沈着が三重点より下にある圧力でのみ発生します。
昇華は、ソリッドの変動に応じて装置の 2 種類を使用して実行できます: 揮発性の高い化合物の場しのぎの昇華の商工会議所はビーカーと時計ガラスから組み立てられる可能性があります。このメソッドは、大気圧と温度に近づくほど崇高な化合物に適しています。
真空中や不活性雰囲気が必要な特殊な昇華用に作られたガラス片が使用されます。それは原油の固体とカップの上に収まると寒剤を含む中空シリンダーを含むガラスのコップ成っています。O リング シール ベースと冷たい指と真空添付ファイル装置の残りの部分を作る。
昇華の手順を完了すると、装置を分解して、ヒューム フードまたはグローブ ボックスかどうか、材料が空気に敏感なによって。精製固体がスクレイプになっているシリンダー、非揮発性の不純物が、カップのまま。
今では我々 は、昇華の原則を議論して、実際の手順を見てをみましょう。
Schlenk ライン、またはデュアル マニホールド装備発煙のフード、昇華の商工会議所の拠点におけるフェロセンの 500 mg の重量を量る。
チャンバー ベースの溝に o リングを配置し、優しく o リングが収まるようにすること、チャンバー ベースに冷たい指を配置します。クランプで商工会議所の 2 つの部分を固定します。
シュレンク管に組み立て室を接続し、1 分の真空チャンバーを開きます。静的真空下で実験を継続するチャンバーの真空バルブを閉じます。
リング スタンドにチャンバーをクランプし、80 ° C のお風呂にチャンバのベースの部分を配置します。氷スラリー、温めそれとしてそれを補充で冷たい指を埋めます。
昇華が完了したら、お風呂から部屋を削除します。シュレンク管にコックを閉じるし、商工会議所からチューブをデタッチします。
その後、ゆっくりとヒューム フードやグローブ ボックスの空気バルブを開くことでチャンバーを repressurize します。
ピペットを使用して、寒さの指から削除水、商工会議所の 2 つの部分をアンクランプします。それから慎重に昇華室から冷たい指を持ち上げて外します。
冷たい指から精製したフェロセンをヘラでこすり、あらかじめ秤量瓶に転送し、重量を記録します。
購入したフェロセンの 500 mg は 99.6% の収率で 493 mg 分離製品に昇華によって精製した.プロトン NMR は、フェロセンの 10 陽子に統合 4.17 ppm の濃度で、一重項を示しています。他のピークがない場合に、不純物が、存在しないことと浄化が成功したことを示します。
今では我々 は、昇華の手順を議論して、いくつかのアプリケーションを見てをみましょう。
水は凍結乾燥と呼ばれるプロセスを使用して昇華することができます、凍結乾燥とも呼ばれる。これは、-78 ° c ドライアイス アセトン浴で水で満たされたフラスコを凍結し、高真空を適用する、エアカーテン、冷たい指で水を奪還する場所への愛着で。
多くの防虫剤には、融合したベンゼン環 2 つから成る単純な多環芳香族炭化水素であるナフタレンと呼ばれる化合物が含まれています。
ナフタレンは大気圧、80 ° C で昇華、この化合物の気体形態は蛾に有毒であります。
ゼウスの昇華のフェロセン入門を見てきただけ。・昇華し、原則を理解する必要があります今、実験とその応用のいくつか実行する方法。見てくれてありがとう!
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Results
フェロセン (99%) は、Alfa aesar 社から購入しました。前述の 500 mg の昇華は、493 mg 分離製品で起因しました。精製したフェロセンは、 1H NMR によって分析されました。1H NMR (クロロホルムは δ をd、300 MHz、ppm): 4.17 (s)。
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Applications and Summary
昇華は、固体の浄化で使用される手法です。低圧および温度で崇高な固体は、昇華精製に適しています。ここでは、80 ° C で静的真空下で崇高なフェロセン昇華チャンバーを使用する方法を説明しました
実験室の設定で昇華は様々 な原料の精製を含む場合、または製品を合成中の固形物の浄化に適用できる便利な方法です。この例では、精製固体は冷たい指昇華チャンバーの下部に、不純物が残っているが、収集します。しかし、1 つは非揮発性固体から昇華することができます固体不純物を削除する必要があります。この場合、必要な材料は、昇華チャンバーの下部に残ります。
昇華も、凍結、凍結乾燥と呼ばれる使用されます。凍結乾燥は、医薬・食品業界だけでなく、研究室で使用される材料を乾燥させるプロセスです。凍結乾燥プロセスでは、材料がまず固定され昇華によって除去される水 (または他の溶媒) を可能にする周囲圧力の減少続くが。
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References
- Kaplan, L., Kester, W. L., Katz, J. J. Some properties of iron biscyclopentadienyl. J Am Chem Soc. 74, 5531-5532 (1952).
