Johdanto
Jotkin yhdisteet kykenevät sublimoitumaan, mikä on suora faasimuutos kiinteästä aineesta kaasuksi. Kiinteä hiilidioksidi on esimerkki aineesta, joka sublimoituu helposti ilmakehän paineessa, sillä kuivajää ei sula, vaan näyttää "katoavan" muuttuessaan suoraan hiilidioksidikaasuksi. Sublimoituminen on analoginen prosessi kiehumiselle, sillä se tapahtuu, kun yhdisteen höyrynpaine on yhtä suuri kuin siihen kohdistuva paine (usein ilmakehän paine). Erona on, että sublimoitumisessa on kyse kiinteän aineen höyrynpaineesta eikä nesteen höyrynpaineesta. Useimmilla kiinteillä aineilla ei ole merkittävää höyrynpainetta helposti saavutettavissa lämpötiloissa, ja tästä syystä kyky sublimoitua on harvinaista. Sublimoitumaan kykenevät yhdisteet ovat yleensä sellaisia, joiden molekyylien väliset voimat ovat kiinteässä tilassa heikot. Tällaisia ovat esimerkiksi yhdisteet, joilla on symmetrinen tai pallomainen rakenne. Alla on esimerkkejä sublimoituvista yhdisteistä:
Tätä menetelmää käytetään aineiden puhdistamiseen. Näiden menetelmien etuja ovat mm: suhteellisen korkea tasapainoerotuskerroin; kaasuseoksia käytettäessä mahdollisuus sulkea pois liuottimien haihtuminen (toisin kuin absorptiossa ja rektifioinnissa); alhaisempi käyttölämpötila kuin tislauksessa; pinnoitusprosessin helppo hallittavuus; mahdollisuus saada kohdetuotteita välittömästi kaupallisessa muodossa (dispergoituja hiukkasia, yksikiteitä, kiinteitä kalvoja), erittäin puhtaita materiaaleja, koostumuksia, jotka eivät ole sulautuneita komponentteja (ei-metallien vispilöitä metallimatriisissa), ohuita ja ultrapieniä jauheita metalleja, niiden oksideja.
Tätä menetelmää käytetään aineiden puhdistamiseen. Näiden menetelmien etuja ovat mm: suhteellisen korkea tasapainoerotuskerroin; kaasuseoksia käytettäessä mahdollisuus sulkea pois liuottimien haihtuminen (toisin kuin absorptiossa ja rektifioinnissa); alhaisempi käyttölämpötila kuin tislauksessa; pinnoitusprosessin helppo hallittavuus; mahdollisuus saada kohdetuotteita välittömästi kaupallisessa muodossa (dispergoituja hiukkasia, yksikiteitä, kiinteitä kalvoja), erittäin puhtaita materiaaleja, koostumuksia, jotka eivät ole sulautuneita komponentteja (ei-metallien vispilöitä metallimatriisissa), ohuita ja ultrapieniä jauheita metalleja, niiden oksideja.
Yhdisteet, jotka voidaan sublimoida tyhjiössä
Koska suhteellisen harvat kiinteät aineet kykenevät sublimoitumaan, prosessi voi olla erinomainen puhdistusmenetelmä silloin, kun haihtuva kiinteä aine on saastunut haihtumattomilla epäpuhtauksilla. Epäpuhdasta kiinteää ainetta kuumennetaan astian pohjassa lähellä kylmää pintaa, jota kutsutaan "kylmäsormeksi" (kuva 1). Kun haihtuva kiinteä aine sublimoituu, se laskeutuu kylmän sormen pinnalle (josta se voidaan myöhemmin ottaa talteen) ja erotetaan näin astiaan jäävästä haihtumattomasta aineesta. Prosessi ei kuitenkaan ole erityisen tehokas haihtuvien kiinteiden aineiden erottamisessa toisistaan.
Niistä kiinteistä aineista, joiden höyrynpaine huoneenlämmössä on tuntuva, monet vaativat vielä melko korkeita lämpötiloja, jotta ne voisivat sublimoitua aktiivisesti (kun niiden höyrynpaine vastaa ilmakehän painetta, joka on lähes 760 mm Hg). Jos näitä kiinteitä aineita kuumennetaan sublimoitumispisteisiinsä ilmanpaineessa, osa niistä hiiltyy ja hajoaa prosessin aikana. Tästä syystä on hyvin yleistä suorittaa sublimointi alennetussa paineessa (tyhjiösublimaatio). Vastaavasti kuin tyhjiötislauksessa, jossa neste kiehuu, kun sen höyrynpaine on yhtä suuri kuin laitteiston alennettu paine, tyhjiösublimaatiossa kiinteä aine sublimoituu, kun sen höyrynpaine on yhtä suuri kuin laitteiston alennettu paine. Tyhjiötislauksessa paineen alentaminen mahdollistaa nesteiden kiehumisen alhaisemmassa lämpötilassa. Vastaavasti paineen alentaminen tyhjiösublimaatiossa mahdollistaa kiinteiden aineiden sublimoitumisen alhaisemmassa lämpötilassa, jolloin vältetään hajoaminen.
Vaiheittaiset sublimointimenetelmät
Ilmakehän paineessa
Tässä jaksossa esitetyssä sublimoinnissa puhdistetaan 0,29 g ferroseenia, joka kasvoi pitkiksi neulasiksi Petrimaljojen pohjalle ja yläosaan (90 % saanto).1. Levitetään sublimoitava raaka, kuiva kiinteä aine ohueksi kerrokseksi "pohjalla" olevalle petrimaljalle (kuva 2 a). Jos se on kokkareista, se murskataan ensin morttelilla ja murskaimella. Määritetään ylimmän petrimaljan tyhjä massa. On tärkeää, että puhdistettava kiinteä aine on kuivaa: jos näyte on liuottimen kostuttama, ylempään petrimaljaan voi muodostua kondensaatiota sublimoinnin aikana. Sublimaation alkuvaiheessa voidaan pyyhkiä paperipyyhkeellä pieniä määriä kondensaatiota ylemmästä Petrimaljasta. Liian suuri määrä kondensaatiota voi kuitenkin huuhtoa kiteet pois päällimmäisestä maljasta.
2 . Kertokaa, miten paljon kondensaatiota muodostuu. Peitetään alempi Petri-malja ylimmällä maljalla ja asetetaan metalliverkon päälle lämpölevylle huurrehuoneessa (kuva 2 b), joka on asetettu sopivaan lämpötilaan (kiinnostavan yhdisteen sublimoitumispisteen mukaan, ehkä keskilämpötilaan). Lankaverkko auttaa haihduttamaan lämmön tasaisesti astiaan ja minimoimaan hiiltymisen.
3 . Aseta suuri 600 ml:n dekantterilasi, joka on täytetty jäävedellä, Petrimaljan päälle (kuva 2 c).
2 . Kertokaa, miten paljon kondensaatiota muodostuu. Peitetään alempi Petri-malja ylimmällä maljalla ja asetetaan metalliverkon päälle lämpölevylle huurrehuoneessa (kuva 2 b), joka on asetettu sopivaan lämpötilaan (kiinnostavan yhdisteen sublimoitumispisteen mukaan, ehkä keskilämpötilaan). Lankaverkko auttaa haihduttamaan lämmön tasaisesti astiaan ja minimoimaan hiiltymisen.
3 . Aseta suuri 600 ml:n dekantterilasi, joka on täytetty jäävedellä, Petrimaljan päälle (kuva 2 c).
.
4. Ajan myötä näyte sublimoituu ja kerääntyy ylempään Petrimaljaan (kuva 3). Seuraa sublimoitumista, sillä yhdisteet saattavat hiiltyä prosessin aikana (jos se alkaa mustua, vähennä lämpöä). Jatka sublimoitumista, kunnes näyttää siltä, että alempaan Petrimaljaan on jäänyt vain vähän (tai ei lainkaan) kiinteää ainetta. On hyvin tavallista, että kiteitä kasvaa myös pohjan astian sivuille.
5. Poista petrimaljat varovasti kuumalevyltä puuvillakäsineitä (kuva 4 a) tai silikonista kuumakäsisuojaa käyttäen. Astioiden töniminen aiheuttaa sublimoituneiden kiteiden putoamisen ylimmästä petrimaljasta.
Turvallisuusohje: Anna kahden astian jäähtyä ehjinä keraamisella laatalla huurteenpoistossa (kuva 4 b). Älä poista päällimmäistä petrimaljaa heti, sillä muutoin myrkylliset höyryt voivat päästä ulos.
6. Pölynsidonta. Ylimmässä petrimaljassa olevat kiteet ovat puhdistettuja, ja ne olisi säilytettävä (ja niiden massa olisi määritettävä). Joskus myös alimman maljan materiaali voidaan säilyttää, jos se näyttää kiteiseltä (mikä merkitsee, että se on käynyt läpi sublimoitumisprosessin) ja jos se ei näytä olevan hiilen saastuttama (kuva 4 c).
5. Poista petrimaljat varovasti kuumalevyltä puuvillakäsineitä (kuva 4 a) tai silikonista kuumakäsisuojaa käyttäen. Astioiden töniminen aiheuttaa sublimoituneiden kiteiden putoamisen ylimmästä petrimaljasta.
Turvallisuusohje: Anna kahden astian jäähtyä ehjinä keraamisella laatalla huurteenpoistossa (kuva 4 b). Älä poista päällimmäistä petrimaljaa heti, sillä muutoin myrkylliset höyryt voivat päästä ulos.
6. Pölynsidonta. Ylimmässä petrimaljassa olevat kiteet ovat puhdistettuja, ja ne olisi säilytettävä (ja niiden massa olisi määritettävä). Joskus myös alimman maljan materiaali voidaan säilyttää, jos se näyttää kiteiseltä (mikä merkitsee, että se on käynyt läpi sublimoitumisprosessin) ja jos se ei näytä olevan hiilen saastuttama (kuva 4 c).
Alennetussa paineessa (tyhjiösublimaatio)
Tässä jaksossa sublimointi osoittaa kamferin puhdistusta kahdessa mittakaavassa 2,28 g (suuri mittakaava, 77 % saanto) ja noin 0,2 g (pieni mittakaava).
1. Jos sublimoitava kiinteä aine on paksu, se murskataan ensin morttelissa (kuva 5 a). Aseta sitten karkea, kuiva kiinteä aine sublimaattorilaitteen pohjalle (kuva 5 b). On tärkeää, että kiintoaine on kuivaa: jos näyte on liuottimen märkä, kylmään sormeen voi muodostua kondensaatiota sublimaation aikana. Liian suuri kondensaatio voi huuhtoa kiteitä pois kylmästä sormesta.
2. Kiinnitä laite rengastelineeseen tai ristikkoon (kuva 5 c ja d). Pienissä asteikoissa laite tuetaan alustalla (kuva 5 d). Suuren mittakaavan sublimaattori on esitetty kuvassa 5 c.
3. Rasvaa kevyesti liitos, joka yhdistää kaksi sublimaatiolasiastian osaa. Rasvaus onnistuu helposti ruiskulla, joka on täynnä rasvaa. Jos käytät hiottua lasia, voitele kevyesti liitos lähellä sitä päätä, joka ei ole kosketuksissa näytteen kanssa (kuva 5 d).
4. Aseta sublimaatiolaitteen yläosa (kylmäsormi) paikalleen ja kierrä lasitavaran kaksi osaa yhteen rasvan levittämiseksi liitokseen. Kun käytetään hiottua lasia, rasvan pitäisi saada liitoksen alapuolisko muuttumaan läpinäkyväksi ympäriinsä (kuva 6 a). Jos koko liitos muuttuu läpinäkyväksi, rasvaa on käytetty liikaa, ja osa siitä on pyyhittävä pois.
5. Jos rasvaa on käytetty liikaa, se on pyyhittävä pois. Käytä paksuseinäistä kumiletkua (kirkas letku kuvassa 6 a) liittääksesi laitteen tyhjiölähteeseen (tyhjiöjohto tai vesi-imuri). Kytke alipaine. Asetelman ei pitäisi sihistä, tai järjestelmässä on vuoto.
6. Varmista, että järjestelmä on tyhjentynyt. Valmistele kylmäsormi.
5. Jos rasvaa on käytetty liikaa, se on pyyhittävä pois. Käytä paksuseinäistä kumiletkua (kirkas letku kuvassa 6 a) liittääksesi laitteen tyhjiölähteeseen (tyhjiöjohto tai vesi-imuri). Kytke alipaine. Asetelman ei pitäisi sihistä, tai järjestelmässä on vuoto.
6. Varmista, että järjestelmä on tyhjentynyt. Valmistele kylmäsormi.
a) Jos kylmäsormessa on lauhdutin, liitä vesiletkut siten, että alavartta yhdistetään vesihanaan ja ylävartta tyhjennetään lavuaariin (ruskehtavat letkut kuvassa 6 a). Aloita veden kierrättäminen lauhduttimen läpi.
b) Jos kylmäsormi on tyhjä putki, täytä kylmäsormi ääriään myöten jäällä ja kaada sitten vettä niin paljon, että sormi täyttyy noin kolmeen neljäsosaan asti (kuva 6 b). Joissakin tapauksissa kylmäsormi voidaan täyttää kuivajäällä ja asetonilla.
c) Oikea tekniikka on soveltaa tyhjiötä ennen sormen jäähdyttämistä, jotta estetään vesikondensaation muodostuminen, joka voisi pestä kiteet pois kylmästä sormesta.
7. Kuumenna kiinteää ainetta kuumailmapuhaltimella (kuva 6 c) tai Bunsen-polttimella aloittaen hitaasti edestakaisin liikkein ja matalalla lämmöllä. Hiekkakylvyn tai kuumennusmantelin käyttäminen sublimointiin ei ole suositeltavaa, koska lämmitys on usein liian hidasta ja sillä voidaan ohjata lämpöä vain laitteen pohjaan, ei sivuille. Lisää lämmitysnopeutta, jos sublimoituminen ei ala muutamassa minuutissa.
8. Lyhyen ajan kuluessa kylmään sormeen pitäisi alkaa kertyä kiinteää ainetta. Sitä kertyy epäilemättä myös lasiesineiden ulkopinnoille (kuva 6 d). Kiinteä aine voidaan houkutella pois lasiesineen ulkopinnoilta ja kohti kylmää sormea heiluttamalla kuumailmapuhallinta tai poltinta ajoittain lasin sivuja pitkin.
8. Lyhyen ajan kuluessa kylmään sormeen pitäisi alkaa kertyä kiinteää ainetta. Sitä kertyy epäilemättä myös lasiesineiden ulkopinnoille (kuva 6 d). Kiinteä aine voidaan houkutella pois lasiesineen ulkopinnoilta ja kohti kylmää sormea heiluttamalla kuumailmapuhallinta tai poltinta ajoittain lasin sivuja pitkin.
.
9. Jatka sublimointia, kunnes kaikki haihtuva aine on siirtynyt lasiesineen pohjasta kylmään sormeen (kuva 7). Jos yhdiste alkaa tummua, vähennä lämmitysnopeutta hajoamisen estämiseksi.
10. Ota yhteys klemoriin. Poista jäähdytysaine kylmästä sormesta.
10. Ota yhteys klemoriin. Poista jäähdytysaine kylmästä sormesta.
a) Jos käytettiin lauhdutinta, sammuta kiertävä vesi ja poista vesiletkut laitteesta (varovasti, aiheuttamatta suurta sotkua).
b) Jos käytettiin jäävesijäähdytintä, kaavi jää pois, jos mahdollista, ja poista vesi pipetillä (tai suurissa mittakaavoissa kalkkunankeittimellä, kuva 7 a).
11. Anna järjestelmän tulla huoneenlämpöön.
12. Palauta ilmanpaine laitteistoon varovasti (kuva 7 b) ja huomioi, että järjestelmän äkillinen avaaminen aiheuttaa ilman voimakkaan pääsyn laitteistoon ja todennäköisesti kiteiden irtoamisen kylmästä sormesta.
13. Avaa järjestelmä uudelleen. Irrota tyhjennetty kylmäsormi varovasti laitteesta ja raaputa sublimoituneet kiteet kellolasille (kuva 7 c). Vaihtoehtoisesti kiteet huuhdellaan kylmästä sormesta liuottimella suppilon kautta pyöreäpohjaiseen kolviin (kuva 7 d), josta liuotin poistetaan myöhemmin pyöröhaihduttimella.
13. Avaa järjestelmä uudelleen. Irrota tyhjennetty kylmäsormi varovasti laitteesta ja raaputa sublimoituneet kiteet kellolasille (kuva 7 c). Vaihtoehtoisesti kiteet huuhdellaan kylmästä sormesta liuottimella suppilon kautta pyöreäpohjaiseen kolviin (kuva 7 d), josta liuotin poistetaan myöhemmin pyöröhaihduttimella.
Last edited by a moderator:
