6. Bố cục của luận văn
2.2.5. Phương pháp kết tinh lại
2.2.5.1. Định nghĩa.
Đây là phương pháp quang trọng nhất để tinh chế chất rắn. Cơ sở lý
thuyết của phương pháp là dựa vào sự khác nhau về độ tan của chất trong một dung môi hay hệ dung môi ở các nhiệt độ khác nhau, cũng như sự khác nhau về độ tan vào dung môi của chất tinh chế và chất bẩn ở cùng một nhiệt độ. Quá trình chung là hoà tan chất rắn thành dung dịch bão hoà ở nhiệt độ sôi của dung môi và khi để lạnh thì chất rắn kết tinh lại ở dạng tinh lại ở dạng tinh khiết.
2.2.5.2. Chọn dung môi
Người ta phải chọn dung môi hay hệ dung môi thích hợp để hoà tan
chất kết tinh ở nhiệt độ sôi và không hoà tan hoặc hoà tan ít ở nhiệt độ lạnh, còn tạp chất thì hiện tượng ngược lại. Sau khi lọc nóng loại bỏ tạp chất thì chất rắn sẽ kết tinh lại sạch hơn.
Việc lựa chọn dung môi kết tinh lại rất quan trọng. Dung môi kết tinh
phải không tương tác hoá học với chất kết tinh ở nhiệt độ thường cũng như ở nhiệt độ sôi. Dung môi phải có nhiệt độ sôi thấp hơn nhiệt độ nóng chảy của
chất tinh chế ít nhất là 100C và lại phải giải phóng khi lọc cũng như khi rửa.
Việc lựa chọn dung môi hay hệ dung môi phải dựa vào mối quan hệ cấu tạo phân tử của chất kết tinh và dung môi, thường thường chất phân cực thì hoà tan vào dung môi phân cực và ngược lại. Khi chất kết tinh chưa rõ cấu tạo thì phải thử hoà tan trong dung môi từ không phân cực đến dung môi phân cực. Cách làm như sau: lấy một vài tinh thể vào ống nghiệm, nhỏ một ít dung môi vào và đun sôi, quan sát độ tan cho đến khi tinh thể tan hết, nếu đảm bảo yêu cầu trên thì chất sẽ kết tinh lại khi lạnh. Dung môi được xem là tốt nếu cứ 0,1g chất kết tinh tan trong 1ml dung môi nóng.
Khi không chọn được dung môi thì bắt buộc phải chọn hệ dung môi. Nguyên tắc: Lấy một dung môi hoà tan ngay chất kết tinh ở nhiệt độ thường, sau đó chọn một dung môi không hoà tan hay kém hoà tan chất tinh chế nhưng phải tan trong dung môi trên. Cách làm như sau: lấy một vài tinh thể vào ống nghiệm, thêm dung môi cho đến khi tan hết, ghi lấy thể tích dung môi. Nhỏ từ từ dung môi không tan chất tinh chế vào hỗn hợp trên cho đến khi vẫn đục, ghi lấy thể tích dung môi, đun hỗn hợp cho tan hết, lọc nóng để nguội, chất rắn sẽ kết tinh lại. Tỉ lệ hai thể tích đã đo được coi là tỉ lệ thể tích dung môi đã chọn. Thường chọn hệ dung môi etanol-nước, etanol-benzen, axeton-ete dầu hoả, axit axetic-nuớc,…
Nếu có nhiều chất có độ tan khác nhau ở nhiệt độ khác nhau vào một
dung dịch, người ta dùng phương pháp kết tinh phân đoạn. Ở một nhiệt độ xác định, một chất nào đó tan quá bão hoà sẽ kết tinh lại khi để lạnh, còn chất kia chưa bão hoà sẽ ở lại trong dung dịch.
Nếu dung môi hoà tan chất kết tinh, còn chất bẩn không tan, người ta sẽ
lọc nóng để loại bỏ chất bẩn, còn chất kết tinh ở lại trong dung dịch sẽ kết tinh khi để lạnh.
2.2.5.3. Các thao tác khi kết tinh.
Chuẩn bị dung dịch kết tinh hay dung dịch nước cái
Cho một lượng chất kết tinh vào bình cầu hai cổ có lắp ống sinh hàn
hồi lưu và phiễu chiết đựng dung môi hoặc vào bình tam giác có sinh hàn hồi lưu, thêm đá bột rồi cho dung môi vào ít hơn một lượng ít theo lượng tính toán, đun sôi. Nếu sôi mà chưa tan hết thì thêm một ít dung môi vào cho đến khi chất tan hoàn toàn, chất bẩn sẽ không tan.
Nếu dùng hỗn hợp dung môi thì cho dung môi tan tốt vào trước cho đến
khi chất rắn tan hoàn toàn rồi thêm dần dung môi kém hoà tan vào cho đến khi chất rắn kết tủa rồi tan ở nhiệt độ sôi. Nếu dung dịch có màu, phải thêm
chất tẩy màu như than hoạt tính, than xương hay silicagen với tỉ lệ 1/20 hay 1/50. Khi cho chất khử màu phải để dung dịch lạnh, không được thêm chất khử màu khi dung dịch đang nóng để tránh dung dịch bị trào ra ngoài. Sau đó đun sôi lại dung dịch trong 2-3 phút
Lọc nóng dung dịch
Lọc dung dịch đang nóng để loại bỏ chất bẩn, chất phụ không tan ra
khỏi dung dịch. Cần lọc nóng bằng phiễu lọc nóng, lọc nhanh để tránh chất kết tinh ở trên phiễu.
Thực hiện kết tinh chất
Dung dịch nước cái được đậy miệng không nút chặt, để nguội hay làm
lạnh bằng nước lạnh hay nước đá thì tinh thể chất sẽ kết tinh.
Chú ý nếu dung dịch chưa kết tinh, chưa đạt đến bảo hoà thì phải cô đổi
bớt dung môi rồi mới làm lạnh. Kích thước của tinh thể phụ thuộc vào tốc độ kết tinh và làm lạnh.
Nếu làm lạnh nhanh thì thu được tinh thể nhỏ sẽ hấp thụ dung môi và
chất bẩn. Tinh thể càng lớn khi làm lạnh để kết tinh chậm.
Nếu không thấy kết tinh thì có thể gây mầm kết tinh bằng cách cho vào
dung dịch một vài tinh thể của chất tinh chế hoặc lấy đủa thủy tinh cọ vào thành bình.
Những chất có nhiệt độ nóng chảy thấp thường tách ra ở dạng dầu nên
phải làm lạnh chậm và sâu để tinh thể kết tinh chậm.
Tách lọc tinh thể
Tinh thể kết tinh được lọc nhanh trên phiễu Bucsne ở áp suất thấp. Khi
lọc cần rửa lại khi kết tủa bằng dung môi lạnh. Một số trường hợp người ta phải gạn, lắn. Trong trường hợp chất háo nước và dễ bị oxi hoá thí phải dùng phương pháp riêng.
Có thể làm khô trong không khí hay trong tủ sấy thường hoặc tủ sấy chân không. Chú ý làm khô trong tủ sấy cần để nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ
nóng chảy của chất khoảng 20oC . Cũng có thễ làm khô tinh thể bằng gió của
máy sấy tóc.
Xác định nhiệt độ nóng chảy của chất thu được
Khi xác định nhiệt độ nóng chảy thấy cố định hoặc sai khác ít hơn hoặc