1. Перекристаллизация бензойной кислоты из воды

В плоскодонной конической колбе объемом 35-50 см³растворяют при нагревании 0,5 г загрязненной бензойной кислоты в 25 см³воды. После растворения проводят горячее фильтрование. Для этого в другую такую же колбу наливают 2-3 см³воды (дно колбы должно быть полностью покрыто водой), вставляют коническую воронку со складчатым фильтром и нагревают до кипения. После того, как пары воды обогреют воронку, на фильтр выливают горячий раствор кислоты. Колбу, в которой производилось растворение, дважды ополаскивают горячей водой (по 2-3 см³) и полученные растворы быстро выливают на тот же фильтр. Фильтрат охлаждают. Выпавшую бензойную кислоту отфильтровывают и высушивают до постоянной массы на воздухе или в вакуум-эксикаторе. Взвешивают очищенный продукт и определяют выход (% масс.) и температуру плавления.

Технику определения температуры плавления см. 1.4.

Аналогично проводят перекристаллизацию (N-фенил)этанамида (ацетанилида) из воды, нафталина из этанола.

2. Возгонка

Возгонкой (сублимацией) называют процесс, при котором кристаллическое вещество, нагретое ниже температуры плавления, переходит в парообразное состояние, минуя жидкое, а затем оседает на холодной поверхности в виде кристаллов. Возгонка – удобный способ очистки веществ в тех случаях, когда загрязнения обладают иной летучестью, чем само вещество, и заменяет длительную и трудоемкую кристаллизацию. Поэтому возгонку часто используют в качестве конечной операции при приготовлении образцов для анализа и (или) определения их констант. Этот метод особенно полезен для очистки веществ, которые образуют сольваты и гидраты.

Общая методика процесса. Испытуемое вещество – технический нафталин, пирокатехин, бензойную кислоту – помещают в стакан и накрывают круглодонной колбой, заполненной наполовину холодной водой (рисунок 2). Стакан медленно нагревают, по возможности не допуская плавления вещества. В конце опыта охлаждают прибор и стеклянной палочкой соскабливают чистое вещество со дна колбы на бумагу. Определяют температуру плавления вещества в капилляре.

а – колба с холодной водой; б – стакан с веществом; в – очищаемое вещество; г – очищенное (возогнанное) вещество.

Рисунок 2 – Прибор для возгонки при атмосферном давлении

3. Экстракция

Экстракция – процесс извлечения органического вещества из раствора или смеси твердых веществ с помощью селективных (избирательно растворяющих) растворителей.

Так же как и кристаллизация, экстракция основана на использовании различия в растворимости выделяемого вещества и примесей

Извлечение можно проводить:

• водой или водными растворами,

• органическими растворителями.

1. Экстрагирование органических веществ из растворов

Экстракция веществ из растворов подчиняется закону распределения вещества между двумя жидкими фазами. Согласно этому закону отношение растворимостей распределяемого вещества в двух несмешивающихся растворителях является величиной постоянной для данной температуры и называется коэффициентом распределения:

,

где S₁ и S₂ – растворимости (концентрации) распределяемого вещества в водном и органическом слоях.

Растворитель, выбранный для экстракции, должен заметно отличаться по плотности от растворителя самого раствора, не давать с ним трудноразделимых эмульсий, легко отгоняться от экстракта и не реагировать химически с веществом и растворителем.

Для выделения органических веществ, находящихся в водном растворе, применяют извлечение несмешивающимися с водой растворителями, в которых эти вещества хорошо растворимы. Обычно в качестве растворителей при экстракции используют легколетучие жидкости – диэтиловый эфир, нефтяной (петролейный) эфир, бензол, хлороформ, четыреххлористый углерод и др., легко удаляющиеся перегонкой.

Для выделения органического вещества из экстракта последний высушивают и затем отгоняют растворитель.

Иногда при взбалтывании водных растворов с органическими растворителями образуются очень стойкие эмульсии. Для разрушения эмульсии применяют насыщение водного слоя поваренной солью («высаливание») или прибавление нескольких капель спирта.

Для более полного извлечения экстрагируемого вещества водный раствор снова переносят в делительную воронку и повторяют экстракцию новой порцией растворителя. Целесообразнее экстрагировать 3-4 раза небольшими порциями, чем пытаться извлечь вещество однократной экстракцией большим объемом растворителя.

Общая методика процесса. Экстрагирование осуществляется с помощью делительных воронок сферической – шарообразной (а), конической (б) и цилиндрической (в) формы – (рисунок 3)

При выборе делительной воронки необходимо помнить, что она должна быть заполнена не более чем на 2/3 своего объема, чтобы обеспечить интенсивное перемешивание.

а – сферическая; б – коническая; в – цилиндрическая

Рисунок 3 – Типы делительных воронок

Перед экстракцией необходимо смазать тонким слоем вазелина сухие шлифы крана и пробки, затем проверить их на герметичность растворителем. Необходимо знать также, что краны в делительных воронках пришлифовываются «по месту», поэтому заменить утерянную или разбитую внутреннюю конусную часть крана, взяв ее от другой воронки, невозможно.

В делительную воронку наливают при помощи обычной конической (не делительной) воронки «бромную воду» (раствор, из которого необходимо экстрагировать бром), приливают небольшое количество органического растворителя (хлороформ, четыреххлористый углерод, бензол, толуол, диэтиловый эфир), плотно закрывают пробкой и переворачивают воронку, придерживая при этом пробку и кран. В этом перевернутом положении необходимо ненадолго открыть кран (для выравнивания давления внутри воронки, которое может возрасти из-за испарения растворителя).

При этом сливную трубку воронки запрещается направлять в сторону людей; лучше всего эту операцию проводить в вытяжном шкафу.

Затем, закрыв кран, энергично встряхивают воронку в течение нескольких минут, время от времени приоткрываякран (см. выше меры предосторожности). По окончании образуется два несмешивающихся слоя: органический и водный. При этом ярко окрашенный раствор брома в органическом растворителе может оказаться либо внизу, либо вверху, в зависимости от плотности органического растворителя по отношению к воде. После полного отстаивания и расслоения водный слой сливают через кран, а затем выливают верхний через горло воронки.