giáo trình thí nghiệm hóa hữu cơ

Dụng cụ thủy tinh và cách sử dụngKhi làm thí nghiệm hữu cơ, không những phải nắm vững lý thuyết phản ứng, tínhchất của các chất đầu và sản phẩm hình thành, quá trình diễn biến của phản ứ

Chương I: ĐẠI CƯƠNG

1 Qui tắc làm việc trong phòng thí nghiệm

1.1.Trước khi làm thí nghiệm

Sinh viên phải chuẩn bị trước đề cương thí nghiệm ở nhà (theo hướng dẫn),thông qua kiểm tra của giáo viên ở phòng thí nghiệm rồi mới được làm thí nghiệm đó

1.2.Trong khi làm thí nghiệm

Mỗi sinh viên phải làm việc tại một chỗ quy định do giáo viên phân công, làmbài thí nghiệm đã được giáo viên thông qua dưới sự giám sát của giáo viên Khôngđược làm việc một mình trong phòng thí nghiệm Cấm người ngoài đến thăm sinhviên đang làm việc trong phòng thí nghiệm Không được ăn uống, hút thuốc, tiếpkhách trong phòng thí nghiệm

Phải giữ trật tự, nghiêm túc, chính xác, trung thực và khoa học; phải tuân thủ

theo các quy tắc bảo hiểm và giữ chỗ làm việc gọn gàng, sạch sẽ Không được vứtgiấy lọc, các chất rắn, axít, kiềm, chất dễ cháy, chất dễ bay hơi vào bể nước củaphòng thí nghiệm mà phải chỗ quy định của phòng thí nghiệm Dung môi bẩn phải đổvào bình đựng dung môi bẩn để tinh chế lại

Phải giữ dụng cụ thí nghiệm sạch sẽ, tránh làm đổ vỡ; nếu làm đổ vỡ phải báo

cáo với giáo viên (hư hỏng không có lý do phải bồi thường) Không làm thí nghiệm

với dụng cụ bẩn Không được tự tiện mang dụng cụ hóa chất ra khỏi phòng thínghiệm, hay di chuyển dụng cụ hóa chất từ bài này sang bài khác, không được sửdụng dụng cụ máy móc không thuộc phạm vi bài thí nghiệm cũng như chưa hiểu tínhnăng và cách sử dụng

Khi làm thí nghiệm phải mặc áo choàng (áo blouse ống tay dài), khăn mặt vàkhăn lau bàn ở chỗ làm việc Không nên đi dép xăng đan hay quần ngắn trong phòngthí nghiệm

Kiểm tra điện nước báo cáo với giáo viên rồi mới được ra về.

2 Qui tắc làm việc với chất độc, chất dễ cháy, dễ nổ

Đa số các chất hữu cơ đều độc Khi tiếp xúc với hóa chất cần biết đầy đủ tính độc,khả năng dễ nổ, dễ cháy của các hóa chất sử dụng, và biết dầy đủ quy tắc chống độc,chống cháy nổ

- Khi làm việc với các hóa chất độc như KCN, NaCN, HCN, dimetylsunfat,dimetylamin, Cl2, N2N4, cloranhydrit, các axít đơn giản cũng như khi tiến hành phảnứng có thoát ra khí độc đều phải đeo mặt nạ chống độc hay đeo kính bảo hộ Phải làmtrong tủ hút dưới sự chỉ dẫn của giáo viên hoặc nhân viên phòng thí nghiệm

- Khi làm việc với các kim loại kiềm Na, K: Các kim loại này cần phải được giữ trongdầu hỏa, phải dùng kẹp để lấy kim loại ra không được dùng tay Tránh Na, K gặpCCl4 hay nước (phải hủy kim loại Na, K dư bằng một lượng nhỏ ancol butylic hoặcamylic)

- Thủy ngân phải được giữ trong bình có nút kín: đặt các thiết bị chứa thủy ngân trongkhây men hay khây nhựa, thu hồi thủy ngân rơi vãi bằng hỗn hống Đồng

- Khi làm việc với các khí độc như Br2, phải làm việc trong tủ hút, và bảo quản cáchóa chất trong các lọ kín

- Khi làm việc với axít sunfuric đậm đặc, hay Oleum, phải rót cẩn thận qua phễu vàthao tác trong tủ hút, khi pha loãng axít sunfuric đặc phải cho từ từ từng lượng nhỏaxít vào nước không làm ngược lại, không được pha loãng oleum, không dùng axítsunfurric trong bình hút ẩm

- Khi làm việc với các chất dễ cháy nổ phải để xa ngọn lửa VD: Benzen, ete, axeton,etyl axetat, ete dầu hỏa,

- Ete được giữ trong bình nút chặt có mao quản hay ống chứa Canxi Clorua Khôngchưng cất ete etylic, tetrahydrofuran, dioxan khi chưa loại bỏ hết peoxit

- Tất cả các hóa chất ở chỗ làm việc phải chứa trong lọ có nhãn rõ ràng Không làm thínghiệm với hóa chất không có nhãn rõ ràng

3 Phương pháp cấp cứu sơ bộ

Khi bị bỏng nhiệt bôi ngay dung dịch KMnO4 (hoặc làm nguội ngay bằng nướchoặc rượu) Sau đó bôi glyxerol, vazơlin hay Sunfidin vào chỗ bỏng

Khi bị bỏng axít: rửa chỗ bỏng nhiều lần bằng nước rồi bằng dung dịchNatribicacbonat hay kiềm 3% rồi bôi mỡ vazơlin.

Khi bị bỏng kiềm đặc: rửa chỗ bỏng nhiều lần bằng nước rồi bằng dung dịch axítaxetic hay axít borit 1 %

Khi bị bỏng brom: Rửa chỗ bỏng nhiều lần bằng ancol etylic rồi bằng dung dịchthiosunfat 10%, sau đó bôi vazơlin vào chỗ bỏng

Khi bị bỏng phenol: Rửa dung dịch nhiều lần bằng glyxerol cho tới khi màu da trởlại bình thường, sau đó băng vết thương bằng bông tẩm glyxerol

Khi rơi chất hữu cơ lên da: Trong đa số trường hợp phải rửa bằng nước nếu khônghiệu quả phải rửa bằng dung môi hữu cơ (ancol etylic) Nên rửa nhanh bằng mộtlượng lớn chất hữu cơ tránh chất hữu cơ tạo thành dung dịch trên da

Khi thở phải nhiều khí clo hay brom : Ngửi bằng dung dịch amoniac loãng hayancol etylic rồi đi ra chỗ thoáng

Khi bị đầu độc bởi hóa chất: cần uống một lượng tương đối nhiều nước, nếu là axítthì uống một lượng nhỏ natribicacbonat 2%, nếu là kiềm thì uống một cốc axít axetichay axít limonic 2%

Khi nhiễm độc khí nặng cần đưa ra chỗ thoáng tránh nguồn độc, nếu nạn nhânngừng thở phải hô hấp nhân tạo đến khi nạn nhân tỉnh lại ( không làm hô hấp nhân tạovới các nạn nhân nhiễm độc nặng khí Clo)

Khi bị thương do thủy tinh: Gắp hết các mảnh thủy tinh vỡ ra khỏi vết thương, rửabằng nước sạch và cồn Iốt 3%, băng vết thương lại nếu vết thương nặng thì cần cộtgarô rồi đưa đến bệnh viện

4 Xử lý đám cháy:

Khi có đám cháy: trường hợp cháy chất lỏng cần tắt bếp điện hay đèn phủ đámcháy bằng khăn ướt, cát, hoặc bằng bình chứa khí CO2 Nếu chất gây cháy tan trongnước thì dập bằng nước (VD: ancol, ), nếu đám cháy không tan trong nước thì dùngcát hay bình khí CO2

Khi áo quần cháy không chạy mà dội ngay nước vào chỗ cháy, hay nằm lăn ra ápchỗ cháy vào sàn nhà dùng khăn ướt áp lên chỗ cháy

Khi áo choàng cháy cởi bỏ ngay ra

Khi có đám cháy lớn cần báo động (hô cháy), gọi ngay trực nhật hay cơ quan

phòng cháy chữa cháy

5 Dụng cụ thủy tinh và cách sử dụng

Khi làm thí nghiệm hữu cơ, không những phải nắm vững lý thuyết phản ứng, tínhchất của các chất đầu và sản phẩm hình thành, quá trình diễn biến của phản ứng, cáchtiến hành phản ứng làm cần phải cẩn thận lựa chọn dụng cụ thích hợp cho phản ứng.Nhất là đối với các dụng cụ thủy tinh như bình cầu, ống sinh hàn, các dụng cụ thủytinh mỏng Cẩn thận các dụng cụ thủy tinh đã nứt

Các dụng cụ thủy tinh chủ yếu làm bằng loại thủy tinh bosilicat hay molipden có

hệ số dãn nở tương đối nhỏ, rất bền đối với axít và kiềm, bền với sự thay đổi nhiệt độ.Loại thủy tinh pyrex có độ bền nhiệt cao hơn, hệ số dãn nở nhỏ, và chịu được giới hạnthay đổi nhiệt độ đến 250 0C, nhưng lại kém bền với kiềm

Thủy tinh thạch anh có nhiệt độ mềm hóa 1400 0C có hệ số dãn nở nhiệt rất nhỏ,rất bền với nhiệt trong suốt với tia tử ngoại

Trong thí nghiệm hữu cơ thường dùng các loại dụng cụ thủy tinh sau:

- Bình cầu: thường dùng để thực hiện phản ứng, chưng cất ở nhiệt độ thường,chưng cất lôi cuốn hơi nước hoặc đun nóng phản ứng đến nhiệt độ sôi

Bình cầu đáy bằng dùng để chuẩn bị hóa chất hoặc cho phản ứng dưới 1000C(Tuyệt đối không dùng bình cầu đáy bằng để làm việc dưới áp suất thấp)

Hình 1.1 Các loại bình cầu

Bình cầu ba cổ (1), Bình cầu 2 cổ (2), Bình cầu đáy tròn cổ dài (4&6), Bình cầu

đáy tròn cổ ngắn (3,5&8), Bình cầu quả lê (7)

- Bình lọc: (Bunsen) Dùng để chứa dịch lọc và tạo môi trường áp suất thấp, phễu lọc ápsuất thấp chỉ cần cắm vào bình chứa dịch lọc thông thường

Hình 1.2 Phễu lọc áp suất thấp.

- Bình nón: (Elenmeyer, eclen) dùng để kết tinh chất, chuẩn bị hóa chất, chứa hóa chấtchuẩn độ, tiến hành các phản ứng đơn giản

Hình 1.3 Bình nón thường (1) , Bình nón có nút nhám (2)

- Cốc thủy tinh: (Becher) dùng để tiến hành các phản ứng đơn giản nhiệt độ thấp hơn

100 0C, hoặc dùng làm dụng cụ hỗ trợ

Hình 1.4 Các loại cốc thủy tinh

- Ống sinh hàn: Dùng để làm lạnh hay ngưng tụ hơi khi tiến hành phản ứng hay khi tiếnhành chưng cất

Lắp ống sinh hàn thẳng đứng hơi xuôi gọi là ống sinh hàn ngược

Nếu ngưng tụ ra khỏi bình phản ứng thì gọi đó là ống sinh hàn xuôi

Khi ngưng tụ hơi các chất lỏng trở lại bình phản ứng thì dùng ống sinh hàn thẳng, bầuhay xoắn

Hình 1.5 Sinh hàn thẳng (1,2), Sinh hàn bầu (3)

Loại sinh hàn này có thể làm sinh hàn không khí và cả sinh hàn nước hoặc cácdung môi khác Sinh hàn không khí chỉ dùng khi ngưng tụ các chất có nhiệt độ bayhơi trên 150 0C dưới áp suất thường

Sinh hàn thẳng thường được làm sinh hàn xuôi trong chưng cất, và có thể làmsinh hàn ngược tuy nhiên hiệu quả không cao, sinh hàn bầu chỉ được dùng làm sinhhàn ngược

Hình 1.6 Sinh hàn xoắn

- Phễu nhỏ giọt, phễu chiết: Phễu nhỏ giọt (phễu brom) dùng để cho hóa chất vào bìnhphản ứng, thường có chia độ Còn phễu chiết dùng để tách biệt hai chất lỏng khônghòa tan vào nhau

Chú ý : Nút và khóa không chuẩn, chỉ dùng riêng cho từng phễu, khóa phễu phải cóvòng cao su để giữ khóa Trước khi dùng phễu phải kiểm tra độ kín của phễu

1 2 3

Hình1.7 Phễu nhỏ giọt (1&2), Phễu chiết (3)

- Ống Canxi clorua: dùng để bảo vệ phản ứng tránh hơi nước thâm nhập

Các loại dụng cụ thủy tinh khác

- Các loại ống nối

Hình 1.8 Các loại ống nối

Hình 1.9 Các loại phễu lọc; phễu lọc nóng (a), phễu lọc lạnh(b&c)

Hình 1.10 Cách lắp khóa kệp vào giá đỡ

6 Cách lắp ráp các hệ thống phản ứng hữu cơ và chưng cất

Hình 1.11 Hệ thống phản ứng hữu cơ nhám

Hình 1.12 Hệ thống chưng cất dưới áp suất thấp

Hình 1.13 Hệ thống chưng cất thường

Hình 1.14 Dụng cụ loại nước hệ cất thủy phần

3

4

5 6 7

Hình 1.15 Hệ thống chưng cất lôi cuốn hơi nước Bình sinh hơi (1), Bình cất (2), Ống nối (3), Ống sinh hàn (4), Ống sừng bò có

nhám (5), Bình hứng (6), Ống bảo hiểm (7).

7 Cách bảo quản hóa chất

Trong phòng thí nghiệm các chất thường được chứa trong các bình thủy tinh có nút

Ta cần chú ý các điểm sau

- Tất cả các bình đựng hóa chất phải có nhãn rõ ràng, nhãn phải được bảo vệ bằng băngkeo trong hoặc tráng parapin ra ngoài Nhãn phải ghi rõ tên hóa chất công thức phân

tử, các hằng số hóa lý ngày tổng hợp Ghi bằng bút chì hoặc in, không ghi nhãn bằngbút mực hay ghi trực tiếp lên thủy tinh.

- Chất rắn, chất lỏng có độ nhớt cao thường chứa trong các bình có cổ rộng; thường cácchất lỏng chứa trong bình cổ hẹp

- Những chất có thể tác dụng với thủy tinh phải chứa trong bình chất dẻo, hoặc trongthủy tinh tráng bên trong bằng chất dẻo hoặc parapin

- Kim loại kiềm giữ trong dầu hỏa còn phốtpho giữ trong nước

- Những chất nhạy với ánh sáng phải chứa trong lọ có màu

- Những chất dễ tách ra những khí độc hay nhưng chất có mùi khó chịu phải để trong tủhốt (tủ hút)

- Những chất độc, chất dễ cháy nổ phải giữ trong tủ riêng và chỉ được dùng một lượngnhỏ ở chỗ làm việc

- Di chuyển hóa chất phải dùng các thùng gỗ chuyên chở hóa chất

- Cấm không được chứa hóa chất trong những bình thuờng dùng cho thực phẩm và giảikhát

1 Thiết bị đun nóng

Đun nóng là một kĩ thuật quan trọng để lựa chọn nhiệt độ sao cho thích hợp với phảnứng, để chưng cất, tinh chế chất rắn, Đại đa số các phản ứng hữu cơ đều xảy rachậm nên cần đun nóng để tăng tốc độ phản ứng, cũng như tăng hiệu suất Tăng nhiệt

độ lên 10 0C tốc độ phản ứng tăng lên 2- 3 lần

Trong phòng thí nghiệm có thể dùng các dụng cụ như: đèn cồn, đèn khí, các loại bếpđiện, lò điện, bếp cách chất rắn hay lỏng Ngoài ra còn có thể dùng đèn hồng ngoại.Các loại đèn cồn, đèn khí, hay bếp điện trần dùng để cô cạn hay bay hơi chất lỏng, tuynhiên không dùng để đun nóng chất lỏng dễ bay hơi hay chất lỏng dễ cháy

Nếu dùng các bếp trần để đun cần phải có lưới amiăng

Khi muốn nhiệt độ ổn định thì cần dùng các bếp cách chất lỏng: ở nhiệt độ thấp hơn

100 0C dùng bếp cách nước, ở nhiệt độ cao hơn có thể dùng bếp cách cát (nhưng khó

có thể giữ nhiệt độ ổn định và kiểm tra nhiệt độ), hay bếp cách dầu

Ở nhiệt độ cao hơn 2000C dùng bếp cách parapin hay glyxerol

- Mức chất lỏng bên ngoài phải cao hơn mức chất lỏng bên trong bình phản ứng

- Nhiệt độ của bếp phải cao hơn nhiệt độ phản ứng 20- 300C

2 Các thiết bị làm lạnh

Các phản ứng tỏa nhiều nhiệt hay kết tinh chất rắn cần phương pháp làm lạnh

Có nhiều cách làm lạnh khác nhau, làm lạnh bằnh nước thường hoặc bằng nước đá,nếu cần nhiệt độ thấp hơn có thể dùng hỗn hợp nước đá và các loại muối khác nhau,cần nhiệt độ lạnh sâu thì dùng các chất khí lỏng

3 Thiết bị làm khô và chất làm khô

Cách làm khô chất rắn: làm bay hơi nước bằng nhiệt, hoặc đối với chất dễ phân hủy vìnhiệt thì dùng bay hơi ở áp suất thấp, hay làm khô trong các bình hút ẩm có chứa cácchất hút ẩm mạnh

Cách làm khô chất khí: thường được cho qua cột hấp thụ chứa các chất làm khô, hoặccho đi đi qua các chất lỏng hấp thụ nước gọi là các bình lọc khí, hoặc có thể làm khôbằng cách làm lạnh để dung môi hay nước đóng băng lại

Các chất hay được dùng làm khô: CaO, NaOH, H2SO4 đặc, CaSO4, Silicagel, Cácchất khí khác nhau cần lựa chọn một chất làm khô thích hợp để không gây ra phảnứng giữa chất cần thu với chất làm khô.

4 Các thiết bị lọc và phương pháp lọc

4.1.Lọc dưới áp suất thường

Thường lọc trên phễu thủy tinh Kỹ thuật quan trọng trong lọc kết tủa là cách chọngiấy lọc thích hợp với kích thước kết tủa thường có các loại sau:

- Giấy lọc giải trắng: đương kính lỗ xốp 3nm, độ mịn trung bình

- Giấy lọc giải xanh: đường kính lỗ xốp 1- 2,5nm, rất mịn dùng lọc các huyền phù hạtrất nhỏ

- Giấy lọc giải vàng: loại giấy lọc không chứa các chất béo, hay những chất tan trongdung môi hữu cơ , dùng trong hóa học phân tích và lọc các dung dịch thuốc chữabệnh

Các cách gấp giấy lọc

Hình 2.1 Cách gấp giấy lọc xếp và lọc

Hình 2.2 Cách lọc bằng giấp lọc gấp nép 4.2 Lọc dưới áp suất thấp

Trong các trường hợp cần lọc nhanh người ta lọc dưới áp suất thấp hay chân không.Dụng cụ để lọc áp suất thấp là phễu Buchner, hay phễu xốp gắn vào bình hứng(bunsen)

Hình 2.3 Hệ thống lọc dưới áp suất thấp

Chương III PHƯƠNG PHÁP TÁCH BIỆT VÀ TINH CHẾ CÁC CHẤT

1 Phương pháp kết tinh lại

Quá trình tinh chế một chất rắn thường dùng là phương pháp kết tinh lại Phươngpháp dựa trên sự khác nhau về độ tan của chất trong dung môi ở các nhiệt độ khácnhau, cũng như về độ tan của chất chính và chất phụ trong cùng một nhiệt độ Quáchung là chuyển chất rắn thành dung dịch bão hòa bằng cách hòa tan trong dung môinóng và tách ra trạng thái rắn khi làm lạnh gọi là kết tinh lại dung dịch

Quá trình gồm các giai đoạn

- Chuẩn bị dung dịch kết tinh trong dung môi thích hợp

- Lọc dung dịch nóng lọc bỏ các chất không tan

- Khử màu bằng than hoạt tính nếu cần

- Làm lạnh dung dịch và gây mầm kết tinh

- Làm khô tinh thể

1.1.Lựa chọn dung môi

Dung môi dùng trong kết tinh phải thỏa mãn điều kiện:

- Dung môi dùng trong kết tinh phải hòa tan tốt các chất cần tinh chế khi đun nóngnhưng ít tan hay không tan khi làm lạnh

- Dung môi không tương tác hóa học với các chất cần tinh chế ở nhiệt độ thường vànhiệt độ sôi, không hay ít hòa tan các chất phụ

- Có thể tách tinh thể ra dễ dàng, dễ bay hơi ra khỏi tinh thể khi làm khô hay rửa

- Dung môi hòa tan được tìm bằng con đường thực nghiệm cần chú ý các nguyên tắcsau: Chất rắn thường dễ hòa tan trong nhưng dung môi có tính chất hóa học gần giống

nó (chất phân cực tan trong phân cực không phân cực tan trong không phân cực)

1.2 Chuẩn bị dung dịch kết tinh

Cho một lượng chất đã cân trước vào bình cầu hay bình nón cho thêm đá bọt và lắpsinh hàn hồi lưu rồi cho một lượng dung môi ít hơn lượng cần thiết hòa tan đã tínhtoán, đun sôi

Nếu chất chưa tan hết cho dần dung môi qua ống sinh hàn cho đến khi chất tan hoàntoàn, chỉ còn lại chất phụ không tan, chú ý không dùng quá nhiều dung môi sẽ mấtnhiều sản phẩm hơn và tốn thời gian cô cạn lại dung môi, dung dịch đạt 2-5% thì đủcho quá trình kết tinh lại.

Nếu sau khi hòa tan còn chất rắn không tan thì cần lọc nóng để tách chất không tan ra

Nếu chất khó kết tinh thì phá vỡ sự quá bão hòa bằng cách cọ nhẹ vào thành bình,hoặc cho một ít tinh thể cần kết tinh để tạo mầm

1.5.Tách tinh thể

Tách tinh thể bằng cách lọc trên phễu buchner dưới áp suất thấp, rửa kết tủa bằng mộtlượng tối thiểu dung môi tinh khiết đã làm lạnh Trong một số trường hợp có thể dùngcách gạn, với các chất háo nước hay dễ bay hơi phải dùng cách riêng

đó lọc nóng nhanh trên phễu buchner Đậy cẩn thận bình dung dịch lọc (bằng giấy lọchoặc kính ), để nguội ở nhiệt độ phòng (có thể làm lạnh bằng nước),sau đó làm lạnhbằng nước đá (đồng thời khuấy) Sau 15 phút quá trình kết tinh kết thúc (khi khôngcòn tinh thể nào xuất hiện) Lọc và thu nhận tinh thể trên phễu buchner, rửa bầngnước cất lạnh 2- 3 lần (mỗi lần cỡ 5 mL), ép kết tủa trên phễu bằng nút thủy tinh, lấykết tủa cho vào chén sứ và đậy bằng giấy lọc có các lỗnhỏ, làm khô trong không khírồi sấy trong tủ sấy ở 80- 90 0C.

Tính hiệu suất và xác định nhiệt độ nóng chảy

2 Phương pháp thăng hoa

Phương pháp thăng hoa là quá trình chuyển chất rắn thành hơi rồi ngưng tụ lại thànhchất rắn không qua trạng thái lỏng

Rắn → Hơi → Rắn

Sự thăng hoa thường xảy ra ở nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi.Phương pháp thăng hoa có ưu điểm hơn các phương pháp khác là thu được chất tinhkhiết hơn, và có thể tinh chế chất trong hàm lượng chất bẩn cao, nhưng chỉ dùng đượckhi chất bẩn có nhiệt độ bay hơi khác xa so với chất cần tinh chế Tuy nhiên quá trìnhtinh chế bằng thăng hoa có nhiều hạn chế là quá trình chậm

Tốc độ thăng hoa tỷ lệ thuận với áp suất bay hơi của chất nhiệt độ xác định, với bềmặt chất bay hơi, và tỷ lệ nghịch với áp suất trong bình

Bài thực hành số 2: Thăng hoa axít benzoic

Hóa chất: - Axít benzoic 3g

Cách tiến hành: Cho 3 g axít benzoic bẩn vào bát sứ, đậy một tờ giấy lọc có nhiều lỗ

thủng, úp phễu có bọc giấy lọc tẩm ướt bên ngoài, nút cuốn phễu bằng bông và úp lênbát sứ Đun nòng từ từ bát sứ sẽ thấy axít benzoic ngưng tụ trên thành phễu Khi thấyphần lớn chất đã thăng hoa thì dừng đun Lấy axít trên thành phễu và một ít trên giấylọc và xác định nhiệt độ nóng chảy

3 Phương pháp chiết

Phương pháp chiết là phương pháp thu lấy chất từ hỗn hợp nhiều chất bằng dungmôi dùng để tách biệt, cô và tinh chế cấu tử có trong hỗn hợp thành nhiều cấu tửriêng

Có thể chiết từ hỗn hợp dung dịch hay chất rắn

Chiết các chất lỏng: chiết chất hữu cơ từ dung dịch (phần lớn là nước) là khuấy trộndung dịch cần chiết với dung môi thích hợp không trộn lẫn vào nhau, có khả năng hòatan chất cần chiết cao hơn dung môi cũ

Dung môi phải chọn là dung môi có khả năng hòa tan lượng chất tan lớn hơn dungmôi cũ, dễ tách khi tinh chế lại thành chất tinh khiết không trộn lẫn với dung môichứa chất cần chiết, ít có khả năng tạo nhủ tương và ít độc Thường dùng các dungmôi: ete etylic, ete dầu hỏa, xăng, benzen, colorofom

Dụng cụ để chiết là phễu chiết, trước khi chiết cần kiểm tra lại khóa bằng dung môidùng để chiết Cho dung dịch chiết vào phễu sao cho thể tích chiếm 2/3 thể tích phễu,còn dung môi chiết chiếm 1/3 đến 1/2 thể tích dung dịch cần chiết Đậy nút, một taygiữ nút và phễu, một tay giữ khóa phễu, lắc nhẹ và cẩn thận, đảo ngược nhiều lần Khi

áp suất trong bình tăng để ngược khóa phễu lên trên mở khóa cho cân bằng áp suất

với bên ngoài rồi cài khóa tiếp tục lắc Lặp đi lặp lại trong nhiều lần quá trình đó chođến khi áp suất không thay đổi thì mới lắc mạnh trong 1- 2 phút.

Lắc xong để phễu trên giá, để yên cho dung dịch tách thành hai lớp thỉnh thoảng mởnút Mở nút phễu, từ từ mở khóa cho chất lỏng lớp dưới chảy xuống, còn lớp trên lấy

ra bằng cách đổ qua miệng phễu

4 Phương pháp chưng cất

Chưng cất là phương pháp thường dùng để tách biệt và tinh chế những chất có nhiệt

độ sôi khác nhau bằng cách đun sôi chất lỏng thành hơi rồi ngưng tụ lại thành nhữngchất lỏng tinh khiết

cơ sở lý thuyết của chưng cất là dựa trên định luật Raun (Raoult) Có nhiều phươngpháp chưng cất, tùy thuộc vào tính chất của hỗn hợp chất lỏng sẽ sử dụng phươngpháp tách thích hợp

Chưng cất đơn giản: Phương pháp chưng cất đơn giản dưới áp suất thường dùng để

tách biệt chất đủ bền khi bị đun nóng và thực tế không bị phân tích ở nhiệt độ sôi.Thường với những chất lỏng có nhiệt độ sôi từ 400C - 1500C lý tưởng nhất cho chưngcất, còn với các chất có nhiệt độ sôi thấp hơn 40 0C thì khi chưng cất ở điều kiệnthường thì sẽ mất đi nhiều sản phẩm khi chưng cất Nếu một chất có nhiệt độ sôi trên

1500C thì phải chưng cất trong chân không

Chú ý: khi cắm nhiệt kế để chỉ nhiệt độ sôi của hơi chất lỏng sao cho phần trên củabầu thủy tinh chứa thủy ngân nằm dưới miệng ống nhánh 0,5 cm

Chất lỏng trong bình cầu chỉ chứa đến 2/3 diện tích bình Nếu chất lỏng sôi ở nhiệt

độ thấp hơn 800C thì dùng ống sinh hàn nước và ngâm bình hứng vào chậu nước lạnhhay nước đá, nếu cao hơn 1500C thì dùng ống sinh hàn không khí, còn trong giới hạn200- 3000C thì hứng trực tiếp tại nhánh bình cất

Sao khi đã lắp hệ thống cần kiểm tra độ kín của hệ thống rồi mới đun nóng, khi đuntrên ngọn lửa đèn trần thì cần dùng lưới amiăng

Tốc độ cất thích hợp thường là 1- 2 giọt trong 1 giây

Nếu chất lỏng có nguồn gây ra bọt không khí nhỏ hay chất khơi mào tạo hơi thì sựsôi sẽ điều hòa và êm Nếu trong chất lỏng không có không khí (không có khí hòa tanvào chất lỏng) thành bình nhẵn và sạch thì khi đun sôi chất lỏng thì hay xảy ra hiện

chưa thấy hiện tượng sôi) khi đun có thể xảy ra hiện tượng nổ văng chất lỏng ra ngoàigây nguy hiểm, và trào từ bình chiết sang bình hứng Có thể nhận ra hiện tượng nàykhi thấy các hạt chất lỏng chuyển động trên bề mặt chất lỏng từ thành bình này đếnthành bình khác.

Để ngăn ngừa hiện tượng đó người ta thường thêm vào bình chưng cất những viên

đá bọt hay những ống mao quản khàn kín một đầu khi bắt đầu đun nóng Không thêm

đá bọt vào khi dung dịch đã nóng hoặc đang sôi vì dung dịch sẽ trào ra ngoài gâynguy hiểm Khi việc chưng cất bị gián đoạn thì cần thêm đá bọt mới vì đá bọt sau khiđun nóng và làm nguội sẽ mất tác dụng do các lỗ hổng chứa đầy dung dịch

Chưng cất lôi cuốn hơi nước: Áp suất của chất lỏng hoà tan vào nhau được xác định

theo áp suất hơi của các cấu tử riêng theo định luật Raun:

Bài thực hành số 3: Chưng cất lôi cuốn hơi nước anilin

Cho vào bình cầu hai cổ một lượng dung dịch anilin bẩn Lắp ống dẫn hơi vào bìnhcầu sâu đến tận đáy bình và nối với bình hơi nước qua nhánh ba thông Lắp ống dẫnhơi nối với sinh hàn ống nối và bình hứng Đun nóng bình hơi nước quan sát dòng hơicuốn anilin qua bình ngưng.

Sau khi không thấy anilin chảy theo hơi nước ngưng lại trong ống sinh hàn hay bìnhhứng thì dừng cất Dùng phễu chiết lấy anilin làm khô bằng NaOH rắn rồi chưng cấtanilin ở áp suất thường

Chưng cất phân đoạn dùng để tách biệt hỗn hợp chất lỏng hòa tan vào nhau

Các cấu tử của hỗn hợp hòa tan vào nhau làm giảm áp suất hơi của mỗi cấu tử tronghỗn hợp Áp suất hơi chung của hệ nhiệt độ sôi không cố định mà thay đổi phụ thuộcvào thành phần của hỗn hợp chất lỏng

Hơi của hệ lỏng hai cấu tử sẽ giàu cấu tử nào khi thêm vào hệ sẽ làm tăng áp suấthơi chung của hệ, nghĩa là giảm nhiệt độ sôi của hệ Thông thường chúng ta thườnggặp trường hợp đường cong áp suất hơi không có cực tiểu, cục đại và không tạo thànhdung dịch đẳng phí Hỗn hợp loại này có áp suất hơi trung gian giữa áp suất hơi củahai cấu tử tinh khiết Hơi tách ra sẽ giàu cấu tử nào có điểm sôi thấp hơn so với hỗnhợp ban đầu

Vì thế có thể áp dụng phương pháp chưng cất nhiều lần như chưng cất thường đểthu được cấu tử riêng, thường gọi là chưng cất “thuận dòng” Để tăng hiệu suất chưngcất và giảm số lần chưng cất người ta thường dùng cột chưng cất phân đoạn

Bản chất của cột cất phân đoạn là ngưng tụ từng phần hỗn hợp hơi và cho bay hơitừng phần chất ngưng tụ lại một cách liên tục Hơi bay lên cột phân đoạn càng cao sẽcàng giàu cấu tử có điểm sôi thấp, còn chất lỏng chảy lại vào bình sẽ có nhiệt độ sôicao

Trong hệ thống ngược dòng, có xảy ra sự trao đổi nhiệt liên tục làm cho hơi giàu cấu

tử có điểm sôi thấp, còn chất lỏng chảy xuống giàu chất có điểm sôi cao Nếu số mắtđĩa càng nhiều sự tách biệt chất lỏng hoàn toàn hơn nhưng tốc độ cất càng nhỏ, bởi vìmỗi mắt đĩa có tác dụng như một lần cất bình thường Nhiệt độ chất bay hơi được xácđịnh bằng nhiệt kế trên đầu cột cất phân đoạn

Bài thực hành số 4: Chưng cất phân đoạn hỗn hợp benzen- toluen

90, 90- 100, 100- 110 Cất cho đến khi còn lại 1mL chất lỏng không cất đến khô.Trong phần đầu chủ yếu là benzen, phần thứ 3 chủ yếu là toluen Đo hoặc cân sảnphẩm thu được tính phần trăm sản phẩm so với lượng ban đầu.

Sau đó lắp lại dụng cụ như trên, chưng cất phần 1 cho đến khi đạt nhiệt độ 900C, thêmphần 2 chưng cất đến 1000C, thêm phần 3 và chưng cất ở nhiệt độ 100-1100C Cânhay đo mỗi phần chất lỏngtính phần trăm và so sánh với kết quả lần trước Có thể cấtlại lần 3,4 và so sánh

Từ chất lỏng thu được trên muốn thu được chất lỏng tinh khiết hơn thì phải cất lạiphần 1 ở nhiệt độ hẹp hơn 80-820C, và phần 3 ở nhiệt độ 108-1100C

Chưng cất dưới áp suất thấp:Phương pháp chưng cất chân không thường dùng để

chưng cất những chất có nhiệt độ sôi cao hay bị phân hủy ở nhiệt độ sôi

Khi chưng cất ở chân không phải đảm bảo các yêu cầu oan toàn khi làm việc đối vớichân không (trong các tài liệu)

4 Phương pháp sắc kí

Phương pháp sắc kí được dùng rộng rãi hiện nay để tách biệt một lượng nhỏ chất gầngiống nhau về thành phần và tính chất, để tinh chế các chất có nhiệt độ sôi cao vàkhông bền với nhiệt, để tách biệt các hợp chất thiên nhiên như các chất màu tự nhiên,các amino axít, để xác định tính đồng nhất và tinh khiết của chất

Dựa vào tương tác hóa lý giữa chất hấp thụ và chất có trong dung dịch người ta chia

ra các loại sắc kí: Phân bố, hấp thụ và trao đổi ion

Sắc kí hấp thụ dựa trên sự hấp thụ của chất tan trên bề mặt pha rắn, dựa trên sự khácnhau của các cấu tử về khả năng hấp thụ Trên bề mặt chất hấp thụ rắn có những trungtâm hoạt động hay có trường tự do có khả năng giữ lại những phân tử chất lạ sắc kíhấp thụ gồm sắc kí cột và sắc kí lớp mỏng.

4.1 Sắc kí cột

Sắc kí cột là sắc kí rắn – lỏng và là kĩ thuật mạng trong tổng

hợp hóa hữu cơ Trong công nghiệp và nghiên cứu, nó thường

dùng để phân tách các cấu tử của hỗn hợp

Trong phòng thí nghiệm thường dùng các cột thủy tinh có

đường kính 0,5- 10 cm và cao 100- 150 cm

ở phần dưới lót một ít bông hay bông thủy tinh đế giữ chất hấp

thụ ở miệng trên nắp phễu nhỏ giọt

Chất hấp thụ thường dùng là nhôm oxít (dung để tách các chất

trung tính và kiềm), than hoạt tính để hấp thụ các chất từ dung

dịch nước và rượu, silicagel để tách các chất tính axít

Kĩ thuật thực nghiệm: chất hấp thụ và dung môi chiết xác định

cho TCL và khi cột đã chất đầy chất hấp thụ Lượng chất hấp

thụ chuẩn bị cho cột thay đổi phụ thuộc vào sự khác nhau về hệ

số phân táchvà tính phân cực của các cấu tử riêng trong hệ sắc kí Đối với sự phântách đơn giản, có thể dùng một lượng nhỏ 10g chất hấp thụ cho 1g hỗn hợp nhưng khicác cấu tử có tính phân cực tương tự nhau, tỉ lệ có thể tăng lên đến 100- 200 lần, tỉ lệ25:1 thích hợp cho điểm xuất phát, qui tắc chung thích hợp là để tỉ lệ chiều cao vớiđường kính cột khoảng 8:1

Cột bằng thủy tinh nối với khóa có điều chỉnh dòng chảy của dung môi qua cột Dùng

1 đũa thủy tinh dài hay mảnh kim loại, nút bông chặt ở đầu nhỏ của cột để bảo vệkhông cho chất hấp thụ đi ra ngoài Một lớp cát trắng 1cm gần chất hấp thụ (hình).Phương pháp nhồi cột rất quan trọng cho sự hành thành của sắc kí vì giai đoạn nàyxác định hệ số tách Có hai cách: Cách 1 là phương pháp nhồi khô dọc theo cột đến 1nữa cột rồi cho dung môi như là chất chiết Cách 2 là phương pháp nhồi cột ướt: chochất hấp thụ vào dung môi cùng lúc vào cột thường dùng silicagel làm chất hấp thụ.Chú ý khi nhồi cột không để bên trong cột còn có bọt không khí, mức dung môikhông bao giờ được dưới mức chất hấp thụ