Kristallendirme

Kristallendirme
DENEYİN ADI : Kristallendirme
DENEYİN AMACI : Elimizde bulunan benzoik asidin kristallendirme yöntemi yardımıyla kristallendirerek saflandırılmasını gözlemlemek.
TEORİK BİLGİ : Ayırma ve Saflandırma Yöntemleri :
Buharlaştırma : Buharlaştırma işlemi çözeltinin hacmini azaltmak yada kuru hale getirmek için yapılır. Sıvılar genellikle porselen kapsüllerde buharlaştırılır. Bunun sebebi porselen kapsüllerde yapılan buharlaştırma işleminin daha çabuk olmasıdır. Buharlaştırma yapılırken kabın üzerine uygun çaplı bir saat camı konularak sıçrama yada dışardan yabancı madde girme olasılığı engellenmiş olur. Saat camı sıçrayan maddeyi tutarak yeniden kaba alınmasını sağlar. Sıçramanın azaltılması için yüksek ısıdan kaçınılmalı ve sıvı devamlı karıştırılmalıdır. Çözeltinin suyu tamamen buharlaştırılacaksa işlemin sonuna doğru düşük ısıda çalışılmalıdır.
Çok az miktardaki sıvılar için tüplerde yapılan buharlaşma işlemi sırasında tüpü devamlı sallamak ve kaynamaya engel olmak gerekir. Buharlaştırma işleminde genellikle su buharı kullanılır. Su banyolarının ısısı 100 ºC den az olduğu için yüksek ısı ile maddede oluşabilecek değişiklik engellenmiş olur. Gliserin ve yağ banyoları ise yüksek sıcaklık için kullanılır. Buharlaştırma yapılırken çıplak alev kullanıldığı takdirde kabın kırılması veya maddenin kimyasal yapısında değişmeler gibi istenmeyen durumlar oluşabilir. Bu nedenle kum banyosu, telli asbest levha kullanıla bilinir.

Çöktürme : Gravimetrik analizlerde çok sık kullanılan çöktürme işlemi, iki çözeltinin tepkimeye girmesi sonucunda istenilen maddenin çöktürülmesi esasına dayanır. Bu işlem sırasında oluşan katıya çökelti, işleme de çöktürme denir.
Bu yöntemde çökeltinin fiziksel özellikleri, saflık derecesi, çözeltideki diğer maddelerin özellikleri önemli olup dikkat edilmesi gereken unsurlardır. Çöktürme işleminin yavaş olması elde edilen maddenin daha saf olmasını sağlar. Çöktürme işlemi beherde yapılır. Çöktürme çözeltisi bir pipet yardımı ile ve yavaşça eklenmelidir. Bu arada kap devamlı karıştırılarak tepkimenin bölgesel olmaması sağlanır. Bu şekilde elde edilen çökelti miktarı daha fazla olur. Bu işlem yüksek ısıda yapıldığı takdirde kristaller daha büyük olur. Bu da süzülmeyi kolaylaştırır.
Çöktürme işleminden sonra, çökmenin tam olup olmadığını anlamak için çözeltiden bir kaç damla alınarak saat camına koyulur ve üzerine çöktürücü reaktiften bir kaç damla eklenir. Eğer çözeltide bir bulanma gözlenirse çökme işleminin tamamlanmadığı anlaşılır. Ana çözeltiye çöktürücü reaktif eklenmeye devam edilir.Daha sonra bir süre bekletilerek süzme işlemine geçilir. Bekletme sırasında çökeltideki diğer maddelerin miktarında azalma olur. Ayrıca iri kristaller oluşarak süzülme işlemi kolaylaşır. Bazı maddelerde ise bekletmek sakıncalı olabilir ve hemen süzülmesi gerekir.



Süzme : Bir karışımda sıvı fazın katı fazdan ayrılması için uygulanan işleme süzme denir. İyi bir kristallendirme ile saflaştırma işlemi iyi yapılmış süzme işlemine bağlıdır. Süzme işlemi iki şekilde gerçekleştirilir. Bunlarda birisi huni kullanılarak yapılan basit süzme, diğeri ise goch krozesi kullanılarak yapılan vakum altında süzmedir.
a) Huni İle Basit Süzme : Sıcak çözeltilerin süzülmesi sırasında ısı kaybı elden geldiği kadar önlenmelidir. Aksi takdirde sıcaklık düşmesi ile çözünürlük azalacağından süzgeç kağıdında ve huni borusunda kristaller meydana gelir ve bunlar süzmeyi güçleştirir. Soğumayı önlemek için hızlı süzmek veya huni ve süzgeç kağıdındaki kristalleşmeyi önlemek için süzmeye başlamadan önce bunların ısıtılması gereklidir.İşlem için önce filtre kağıdı doğru şekilde katlanıp huni içerisine yerleştirilmelidir. Süzgeç kağıdı daha sonra çözücü ile ıslatılarak huni içerisine tam olarak oturması sağlanır. Erlenin üzerine yerleştirilen huni içerisine süzme yapılacak çözelti yavaşça dökülür. Alttaki erlende kala kısma süzüntü denir. Çözeltinin döküldüğü kap süzüntü ile tekrar çalkalanarak bir defa daha süzülür.
b) Vakum Altında Süzme : Süzülmesi zor olan çözeltiler için genellikle bu yöntem tercih edilir. Vakum hem süzmeyi hızlandırır ve hem de kristallerin ana çözeltiden tamamen ayrılmasını sağlar . Bu yöntemde genellikle nuçe hunisi ve erleni kullanılır. Süzgeç kağıdı, nuçe hunisinin çapına göre kesilir ve huninin delikli olan altını tamamen kaplar. Kağıt kati suretle yan taraflara taşmamalıdır. Çözücü ile ıslatılan bu süzgeç kağıdı nuçenin tabanına konur ve kenarları, ucu yuvarlatılmış bir baget veya tırnak ucu ile huninin çeperine yerleştirilir. Nuçe hunisi bir lastik tıpa ile erlenin üstüne takılır. Erlenin yan borusu bir lastik hortumla su trompa bağlanır. Su trompuda musluğa bağlanır. Su trompunun olmadığı durumlarda hortum direk musluğa bağlanabilir. Önce tromp çalıştırılarak vakum yapılır, sonra süzülecek madde nuçe hunisine dökülmeye başlanır. Süzme işleminde yavaş emiş, hızlı emişten daha etkindir, çünkü hızlı emişte çok ince taneler sürüklenerek süzgeç kağıdının üzerine yapışırlar ki bu durum kağıdın geçirgenliğini azaltır. Süzülecek çözelti bittiği zaman su musluğu kapatılır nuçe erleni nuçe krozesinden ayrılır. Bir pens yardımı ile filtre kağıdı dikkatlice nuçe krozesinden çıkarılır.
Damıtma :Bir sıvıyı ısıtıp önce buhar haline,sonra da buharı soğutup tekrar sıvıya dönüştürülmesine damıtma denir. Kaynama noktaları farklı sıvılardan oluşan karışımlar damıtma yoluyla ayrılabilir. Karışım kaynatıldığında önce kaynama noktası düşük olan buharlaşır. Bu buhar yoğunlaştırılıp tekrar sıvı elde edilir. Kolonya bu yöntemle su ve alkole ayrılabilir.Bu yöntemle sıvıları kaynama noktasına göre ayırırız.Örneğin su ve alkol karışımını düşünelim. Cam balona su ve alkol karışımını koyup, ısıttığımızda 78 oC’ de alkol kaynar alkol buharı soğutucudan geçerken sıvı hale geçer ve sudan ayrılır. Yine safsu elde etmek için; örneğin musluk suyunu cam balona koyup kaynattığımızda, saf su karşıdaki balona geçer ve saf suyu elde etmiş oluruz.

4 çeşit damıtma yöntemi vardır;

a)Adi Damıtma:Bu yöntem kaynama noktaları birbirinden farklı sıvıların birbirinden ayrılması için ve kaynama noktası tayini yönteminde kullanılır.

b) Su Buharı Damıtması:Birbiri içinde hemen hemen hiç çözünmeyen sıvıların damıtılması ise su buharı damıtması ile yapılır. Ancak, bu sıvıların su ile de karışmamaları gereklidir. Bu damıtma işleminde su ile karışmayan sıvılar kendi kaynama noktalarından daha düşük sıcaklıkta damıtılırlar.

c) Vakum Yardımı ile Damıtma: Kaynama noktası çok yüksek olan sıvıların veya kaynama noktasına ulaşmadan ısıl bozunmaya uğrayan maddelerin damıtılmalarında ‘’vakumlu damıtma’’ tekniği uygulanır.
d) Fraksiyonlu Damıtma: Bir karışımdaki kaynama noktaları birbirine çok yakın maddelerin fraksiyon başlığı kullanılarak ayrıştırılması (saflaştırılması) olayına fraksiyonlu damıtma denir.

Süblimleşme: Bazı bileşikler, erimeden katı fazdan direk gaz fazına geçerler. Bu fiziksel olaya süblimleşme denir. Örneğin katı CO2 (kuru buz),katı iyot ve naftalin oda sıcaklığında ve normal atmosfer basıncı altında katı halden gaz hale geçer.Bir bileşiğin süblimleşebilmesi için, erime noktasının altındaki bir sıcaklıkta göreceli olarak yüksek buhar basıncına sa¬hip olması gereklidir. Bazı katılarda tanecikler arası çekim kuvveti düşüktür. Buda süblimleşme olayının gerçekleşmesine neden olur.Örneğin, kanfor'un (e.n. 180°C) erime noktası civarında buhar basıncı 370 mm. Hg. dır. Kanfor, atmosfer basıncında ısıtıldığı zaman 180° de erir ve 208°C de kaynar. Ancak dış basınç 370 mm Hg'ın altına düşürüldüğü zaman katı kanfor doğrudan gaz faza geçer. Bu yüzden kanfor 370 mm Hg basıncının altında kolaylıkla Yukarıdal atm. basınç altında kolaylıkla süblimleşebilen bir bileşiğin faz diyagramı görülmektedir. Süblimleştirme ile katıları saflaştırmada en kolay düzenek buzla soğutulan bir saat camı kapatılmış bir petri kabıdır.
Ekstraksiyon :Ekstraksiyon organik kimyada tepkime karışımlarından ya da doğal olarak oluşan maddelerden bir bileşiği ayırmak için kullanılır Genellikle sulu çözeltilerden ya da süspansiyonlardan bir bileşiği ayırmak için kullanılır. Bu işlem bir çözücü yardımı ile yapılır. Sulu çözeltiyi ya da süspansiyonu su ile karışmayan bir orga¬nik çözücü ile çalkalanır ve oluşan fazların birbirinden ayrılması beklenir.. Burada temel prensip bileşiğin iki ayrı fazda kısmi dağılımına dayanır. Madde sulu ve organik fazda göreceli çözünürlüklerine göre dağılacaktır. Örneğin, inorganik tuzlar organik çözücülerde hemen hemen hiç çözünmezler ve böylece sulu fazda kalacaklardır. Hidrokarbonlar ve bunların halojen türevleri gibi H-bağı yapamayan bileşikler de suda hemen hemen hiç çözünmezler, böylece organik fazda kalacaklardır. Daha sonra organik çözücünün uçurulmasıyla saf organik bileşik elde edilir.
Kristallendirme : Organik reaksiyonlar sonunda ayrılan katı organik bileşikler nadiren saftırlar. Esas olarak elde edilmek istenen maddenin yanı sıra ortamda safsızlıklarda bulunma ihtimali çok fazladır. yapılan bir işlemdir.
Katı maddenin uygun çözücüde çözülüp soğutulması ile kristaller meydana gelir. Oluşan bu kristaller maddenin ilk haline göre daha saf olmakla birlikte, bu işlemin tekrarlanması istenen maddenin saflık derecesini arttırır. Elde edilen ham ürüne doğrudan kristallendirme uygulanmamalıdır. Bazı safsızlıklar kristallenme hızını düşürür, hatta kristal oluşumunu tamamen önleyebilirler. Böylece önemli miktarda madde kaybı olabilir. Bundan dolayı kristallendirmeden önce, gerekirse su buharı damıtması, ayrımsal damıtma gibi ön saflaştırma yöntemleri uygulanmalıdır.
Katıların kristallendirilerek saflaştırılmaları verilen bir çözücü veya çözücü karışımındaki farklı çözünürlüklerine dayanır. Kristallendirme işlemi yapılırken şu sıra izlenmelidir. edilmelidir.
1. Saf olmayan maddenin uygun bir çözücüde kaynama noktası veya biraz yakın bir sıcaklıkta çözülmesi,
2. Sıcak çözeltinin çözülmemiş madde ve tozlardan süzülerek ayrılması,
3. Sıcak çözeltinin soğumaya bırakılıp çözünmüş maddenin kristallenmesi,
4. Kristallerin çözücü fazından ( ana çözelti ) ayrılması.
Oluşan kristallerin kurutulduktan sonra saflıkları genellikle erime noktalarına bakılarak kontrol edilir, saf değillerse madde saf çözücüden yeniden kristallendirilir. Bu işlem erime noktası sabit saf madde elde edilinceye kadar tekrarlanır.
Kristallendirme işleminde kullanılacak bir çözücü seçilirken bu çözücünün saflaştırılacak maddenin iyi oluşacak kristallerini vermeli, safsızlıkları kolayca çözmeli veya düşük sıcaklıkta az çözüyor olmalı, madde ile reaksiyona girmemeli, düşük kaynama noktasına sahip
olmalı.
En fazla kullanılan çözücüler; saf su (kaynama noktası 100º C), dietil eter (kaynama noktası 35º C), aseton (kaynama noktası 56º C),kloroform (kaynama noktası 61º C), metil alkol (kaynama noktası 64,5º C), karbontetraklorür (kaynama noktası 77º C), petrol eteri (kaynama noktası 40-60º C),etil alkol (kaynama noktası 78º C) dir.
Kristallenme işlemi su şekilde yapılır. Örnek seçilen uygun çözeltide çözdürülür. Çözelti geri soğutucu altında bir süre kaynatılır. Çözelti sıcak iken süzgeç kağıdından süzülür. Süzüntü üzeri saat camı kapatılarak bekletilir. Eğer küçük kristallere elde edilmek isteniyorsa süzüntü hızlı bir şekilde soğutulmalıdır. Soğuma süresi uzadıkça kristallerin boyutu artacaktır.
Kristalleştirme işlemi, doymuş çözelti meydana getirmesi için kimyasal maddenin uygun çözücüye ilave edilmesi ile olur. Kaynama noktasına gelindiğinde çözelti içinde erimeyen yabancı maddeler süzülür. Süzülen kısım soğutularak kristaller elde edilir. Soğutma işlemi yavaş olduğu takdirde kristaller büyük olur. Kristalleştirmede maddenin özellikleri önemlidir. Eğer maddenin sıcak çözücü ile soğuk çözücüdeki erime oranı birbirine yakın ise buharlaştırma yapılır. Yüksek ısıda maddenin bileşimi değişebileceğinden bu işlem oda ısısında vakumda yapılır. Kristallerin daha saf elde edilmesi için buhner hunisinden vakumla süzülmesi tercih edilir. Az eriyen kristaller soğuk su ile fazla eriyen kristaller ise alkolle yıkanır. Daha sonra santrifüje edilerek oda ısısında kurutulur.

DENEYİN YAPILIŞI :
*2 g benzoik aside,yeterince metanol ilave edilirse oda sıcaklığında çözündüğü görülür.
*2 g benzoik aside,yeterince n-hegzan ilave edilirse oda sıcaklığında çözünmediği görülür
*2 g benzoik aside, yeterince saf su ilave edilirse oda sıcaklığında çözünmediği görülür.
*2 g benzoik aside, yeterince aseton ilave edilirse oda sıcaklığında çözündüğü görülür.
*2 g benzoik aside,yeterince diklorometan ilave edilirse oda sıcaklığında çözündüğü görülür.
*** Bu koşullara göre seçilebilecek en uygun çözgen saf sudur...!!!

2 g benzoik asite 50 ml saf su eklenilir, sıcak su banyosu yapılarak benzoik asidin saf su içerisinde çözünmesi sağlanır. Çözünme tamamlanınca önceden sıcak su ile ıslatılmış süzgeç kağıdından süzdürülür. Daha sonra 15 – 20 dk soğuk su banyosu yaptırdıktan sonra tekrar süzme işlemi yapılır, kurumaya bırakılır, kuruduktan sonra tartım işlemi yapılarak verim hesabı yapılır.
KİMYASAL TABLOSU:
Çözücü Formül Polarite indeksi Molar Ağırlık(g/mol) Reaktif İndeks Kaynama Noktası(oC) Donma Noktası(oC) Buhar Basıncı Dipol Moment
Metanol CH3OH 6,6 32,04 1,329 65 -98 128 1,70
n-hegzan C6H14 0,0 86,18 1,375 68,9 -94 160 0
Saf Su H2O 9,0 18,01 1,333 100,0 0 23 1,85
Aseton CH3COCH3 5,4 58,08 1,359 56,2 -95 233 2,7
Diklorometan CH2Cl2 3,4 84,93 1,424 40,0 -95 453 1,60
Benzoik Asit C6H5COOH 3,4 122,12 1,321 249 121-123
KULLANILAN KİMYASALLAR:
Benzoik asit : Beyaz renkli iğne ve yaprakçık görünümünde bir maddedir. Gıdalarda mikrobik bozulmayı önlemek için kullanılır. En çok kullanıldığı alanlar, meyve suyu, marmelat, reçel, gazlı içecekler, turşular, ketçap ve benzeri ürünlerdir. Benzoik asit, bir çok bitkinin yaprak, kabuk ve meyvelerinde bulunur. Benzoik asit, genellikle sodyum tuzu olarak (sodyum benzoat) kullanılır. İlâve edildiği gıdanın tadını etkiler.

Metanol :
Elde edilişi: Metanol ilk defa 1661’de odunun kuru kuruya damıtılmasıyla elde edildi. Damıtma ürününde % 1,5-3 metanol, % 10 asetik asit, % 0,5 aseton ve başkaları bulunmaktadır.
Endüstride, karbonmonoksit ile hidrojenin reaksiyonundan elde edilir.
Bu metodla saf metanol elde edilirse de sıcaklığın 30-40 derece yükselmesi halinde n- propanol ve izobutanol teşekkül edebilir.
Özellikleri : Saf metanol 64,6 derecede kaynayan akışkan bir sıvı olup, parlak olmayan mavimsi bir alevle yanar. Bütün organik çözücülerde her oranda çözünür. Fraksiyonlu destilasyonla sulu çözeltisinden % 99’luk bir saflıkta elde edilir. Susuz (mutlak) metanol elde etmek için Mg kullanılır:
2CH3OH+Mg ® (CH3O)2Mg+H2
(CH3O)2Mg + H2O ® 2CH3OH + MgO
Çok az miktardaki metanol canlı organizma için zehirdir. Kalıcı yaralar, bozukluklar meydana getirir. Mesela 25 gram metanol içilirse gözler kör olur.
Kullanılışı: Endüstride çözücü ve motor yakıtlarının bir bileşeni olarak geniş çapta kullanılır. Formaldehit ve anilin boyalarının elde edilişinde kullanılır. Ayrıca metillendirme vasıtası olarak organik sentezlerde ve alkolün içilmezliğini sağlamada yaygın olarak kullanılır.
Aseton: Inci Dünya Savaşına gelinceye kadar, A.B.D.de üretilen asetonun tümü, piroligniüs (pyroligneous) asidden elde olunan, kalsyum asetatın kuru distilasyonu ile yapılmıştır. Çift bazlı dumansız barut üretimi için, savaş zamanının aseton isteğindeki artım, Weizmann tarafından geliştirilen. nişastaya sahip tahılların fermentasyonu ile butil alkol ve aseton üretimini önemli bir proses yapmıştır.

VERİM HESABI:
Verilen Benzoik Asit = 2 g Süzgeç Kağıdı= 0,67 g
Bulunan Saf Benzoik Asit =2,16 –0,67 =1,49 g