Очистка веществ перекристаллизацией
Перекристаллизация1
Из всех методов очистки твердых веществ на первое место по применимости следует поставить перекристаллизацию. Это связано как с простотой процесса, так и с его эффективностью.
Воспользовавшись повышением растворимости солей при нагревании, можно приготовить насыщенный при температуре кипения раствор, отфильтровать его от механических примесей и охладить; при этом зачастую удается получить кристаллы достаточно чистой соли. Это связано с тем, что при охлаждении раствор оказывается пересыщенным только по отношению к основному веществу, в то время как соли — примеси, присутствующие в количестве долей процента, остаются в маточном растворе. Такова элементарная схема процесса перекристаллизации.
В действительности перекристаллизация протекает гораздо сложнее, так как ей может сопутствовать ряд процессов, значительно снижающих эффективность очистки при кристаллизации. Так, ионы или молекулы примесей могут быть механически захвачены образующимися кристаллами основного вещества (окклюзия, инклюзия). Неизбежна также адсорбция2 ионов примесей на поверхности кристаллов, хотя при образовании крупных кристаллов, имеющих небольшую удельную поверхность, роль адсорбции невелика. Образование твердых растворов (изоморфизм) может иметь место в том случае, когда ионы основной соли и ионы примеси отличаются по размерам не более чем на 10 – 15% и оба вещества кристаллизуются в одинаковой системе. Тогда часть ионов основной соли в процессе роста кристаллов может быть замещена ионами примеси. Может происходить также захват посторонних ионов любого размера, связанный с нарастанием кристалла вокруг адсорбированных ионов. Такие ионы, поскольку они не входят в твердый раствор, представляют собой дефекты кристаллической решетки.
Эффективность очистки вещества перекристаллизацией зависит также от его растворимости. При растворимости вещества, лежащей в пределах 5 – 30%, очистка происходит значительно полнее, чем при растворимости 75 – 85%. Отсюда следует, что перекристаллизация нецелесообразна при очистке очень легкорастворимых веществ.
Растворимость некоторых веществ в воде3
Формула |
Т.Ф.* |
Температура, °С |
||||||||||
0 |
10 |
20 |
30 |
40 |
50 |
60 |
70 |
80 |
90 |
100 |
||
Растворимость безводного вещества в 100 г воды при заданной температуре, г |
||||||||||||
BaCl2 |
2H2O |
31,6 |
33,3 |
35,7 |
38,2 |
40,7 |
43,6 |
46,4 |
49,4 |
52,4 |
– |
58,8 |
CaCl2 |
6H2O |
59,5 |
65,0 |
74,5 |
102 |
– |
– |
– |
– |
– |
– |
– |
CaCl2 |
2H2O |
– |
– |
– |
– |
– |
– |
136,8 |
141,7 |
147 |
152,7 |
159,0 |
FeSO4 |
7H2O |
15,65 |
20,5 |
26,5 |
32,9 |
40,2 |
48,6 |
– |
– |
– |
– |
– |
FeSO4 |
H2O |
– |
– |
– |
– |
– |
– |
– |
50,9 |
43,6 |
37,3 |
– |
H3BO3 |
|
2,66 |
3,57 |
5,04 |
6,72 |
8,72 |
11,54 |
14,81 |
18,62 |
23,62 |
30,38 |
40,3 |
H2C2O4 |
2H2O |
3,53 |
6,08 |
9,52 |
14,3 |
21,5 |
31,4 |
44,3 |
65,0 |
84,5 |
119,8 |
– |
K2Cr2O7 |
|
5,0 |
8,5 |
13,1 |
18,2 |
29,2 |
37,0 |
50,5 |
61,5 |
73,0 |
96,2 |
102,0 |
Al2(SO4)3 |
18H2O |
31,2 |
33,5 |
36,4 |
40,4 |
45,7 |
52,2 |
59,2 |
66,2 |
73,1 |
86,8 |
89,0 |
___________________
* Число молекул волы в кристаллогидрате (Т.Ф.), находящемся в равновесии с насыщенным раствором.