Download - Laboratoriumreglement - Scaldalab.scalda.nl/pdf/ALG30.pdf · 2017-12-22 · Roeren en mengen ... Heron bibliotheek, practicum voorschriften scheikunde, deel 5: synthese van A.R. Boer,

Transcript
Page 1: Laboratoriumreglement - Scaldalab.scalda.nl/pdf/ALG30.pdf · 2017-12-22 · Roeren en mengen ... Heron bibliotheek, practicum voorschriften scheikunde, deel 5: synthese van A.R. Boer,

ALG30 Achtergronden Organische Synthese

Samengesteld door; Dik de Vooys

Page 2: Laboratoriumreglement - Scaldalab.scalda.nl/pdf/ALG30.pdf · 2017-12-22 · Roeren en mengen ... Heron bibliotheek, practicum voorschriften scheikunde, deel 5: synthese van A.R. Boer,

1

Inhoudsopgave

Inhoudsopgave ........................................................................................................................................ 1

Verantwoording: ..................................................................................................................................... 3

Achtergrond van de synthese van organische stoffen. .......................................................................... 4

Indeling ............................................................................................................................................... 4

De reactie ............................................................................................................................................ 4

Isolering en zuivering .......................................................................................................................... 5

Scheidingsmethoden........................................................................................................................... 5

Kristallisatie en filtratie ....................................................................................................................... 5

Sublimatie ........................................................................................................................................... 7

Extractie .............................................................................................................................................. 8

Extractie van vaste stoffen. ............................. 8

Vloeistof-vloeistofextractie. ............................ 8

Destillatie bij atmosferische druk ....................................................................................................... 9

Destillatie onder verminderde druk .................................................................................................. 11

Stoomdestillatie ................................................................................................................................ 13

Opstellingen bouwen ............................................................................................................................ 14

Glaswerk............................................................................................................................................ 14

Slijpstukken ............................................ 14

Kolven. ................................................. 15

Opzetten. ............................................... 15

Koelers. ................................................ 16

Trechters. .............................................. 17

Roerders. ............................................... 18

Diversen. ........................................................................................................................................... 18

Apparatuur ............................................................................................................................................ 20

Verwarmen ....................................................................................................................................... 20

Roeren en mengen ............................................................................................................................ 21

Het bouwen van opstellingen ............................................................................................................... 22

Refluxopstelling ................................................................................................................................. 23

Roeropstelling .................................................................................................................................. 24

Destillatie-opstelling ......................................................................................................................... 25

Page 3: Laboratoriumreglement - Scaldalab.scalda.nl/pdf/ALG30.pdf · 2017-12-22 · Roeren en mengen ... Heron bibliotheek, practicum voorschriften scheikunde, deel 5: synthese van A.R. Boer,

2

Vacuümdestillatie-opstelling ............................................................................................................ 26

Stoom-destillatie-opstelling .............................................................................................................. 27

Zuivering vaste stof ............................................................................................................................... 28

Herkristalliseren ................................................................................................................................ 28

Kristalvorming. ......................................... 29

Filtreren onder verminderde druk ........................ 30

Ontkleuren ........................................................................................................................................ 32

Het drogen van vaste stoffen ............................................................................................................ 32

Identificatie ........................................................................................................................................... 33

Bepaling van het smeltpunt .............................................................................................................. 33

Bepaling van de brekingsindex. ........................................................................................................ 34

Infraroodspectra. .............................................................................................................................. 35

Page 4: Laboratoriumreglement - Scaldalab.scalda.nl/pdf/ALG30.pdf · 2017-12-22 · Roeren en mengen ... Heron bibliotheek, practicum voorschriften scheikunde, deel 5: synthese van A.R. Boer,

3

Verantwoording:

Dit dictaat is een bewerking van: Heron bibliotheek, practicum voorschriften scheikunde, deel 5: synthese van A.R. Boer, Drs. G van Brugge en M. Vink. Uitgever is Elsevier (niet meer nieuw te verkrijgen). De tekst is bewerkt om het geschikt te maken als hulp bij het keuzedeel “Verdieping Organische Chemie I en II”.

Page 5: Laboratoriumreglement - Scaldalab.scalda.nl/pdf/ALG30.pdf · 2017-12-22 · Roeren en mengen ... Heron bibliotheek, practicum voorschriften scheikunde, deel 5: synthese van A.R. Boer,

4

Achtergrond van de synthese van organische stoffen.

Indeling De bereiding van chemisch zuivere stoffen zijn drie stadia te onderscheiden:

a. de reactie waarbij de gewenste verbinding ontstaat. Een groot aantal chemische reacties verloopt niet volledig; bovendien kunnen er nevenreacties optreden.

b. de isolering en zuivering van de stof uit het reactiemengsel met behulp van chemische en fysische methoden.

c. identificatie en karakterisering van de stof.

De reactie De omstandigheden waaronder de reacties plaatsvinden, kunnen sterk verschillen. Soms is het voldoende om de reagentia samen te voegen en even te roeren of te schudden, waarna de reactie begint en in korte tijd afgelopen is. In andere gevallen moet het reactiemengsel langdurig worden verhit om tot een redelijke opbrengst te komen, al dan niet onder roeren en eventueel onder verhoogde druk. Is één der reagentia gasvormig, dan is het mogelijk dit via een gasinleidbuis in het reactiemengsel te leiden. De vorming van nevenproducten kan in bepaalde gevallen worden onderdrukt door één der reagentia (vloeibaar of opgelost in een oplosmiddel) druppelsgewijs toe te voegen vanuit een druppeltrechter in het reactievat.

Als de reactie alleen bij verhoogde temperatuur met een redelijke snelheid verloopt, moet het reactiemengsel worden verwarmd. Bij een snelle, exotherme reactie moet de reactiekolf dikwijls worden gekoeld, nadat de reactie is gestart. Een te hoge temperatuur kan een gevaarlijke situatie doen ontstaan, terwijl het vrijwel altijd een lagere opbrengst van de te bereiden stof tot gevolg heeft. De kans op verkoling is ook groter.

In de volgende gevallen is roeren noodzakelijk:

1. het reactiemengsel is of wordt heterogeen van samenstelling. 2. één der reagentia wordt langzaam toegevoegd tijdens de reactie. 3. de reactie is exotherm; in dit geval kan de ontstane warmte snel worden over-

gedragen aan een koelmedium. 4. de reactie moet bij verhoogde temperatuur verlopen; de warmteoverdracht

van de verwarmingsbron naar het reactiemengsel gaat nu sneller.

Page 6: Laboratoriumreglement - Scaldalab.scalda.nl/pdf/ALG30.pdf · 2017-12-22 · Roeren en mengen ... Heron bibliotheek, practicum voorschriften scheikunde, deel 5: synthese van A.R. Boer,

5

Isolering en zuivering Als de reactie afgelopen is, moet het product uit het reactiemengsel in zuivere toestand worden geïsoleerd. Er bestaan hiertoe verschillende scheidingsmethoden zoals filtratie, extractie, kristallisatie, sublimatie, een aantal destillatietechnieken en chromatografische methoden. Deze fysische scheidingsmethoden kunnen worden gecombineerd met chemische reacties. Welke scheidingsmethoden in aanmerking komen en in welke volgorde is afhankelijk van de aard van de stoffen in het reactiemengsel. In principe kan het reactiemengsel bestaan uit gasvormige, vloeibare en vaste stoffen, al dan niet opgelost in een oplosmiddel. In het algemeen zullen de gassen spontaan uit het reactiemengsel ontwijken.

Scheidingsmethoden De volgende scheidingsmethoden zullen worden besproken: kristallisatie en filtratie, sublimatie, extractie, destillatie, vacuümdestillatie en stoomdestillatie.

Kristallisatie en filtratie Is de gezochte verbinding een vaste stof, dan komen kristallisatie en filtratie in aanmerking als scheidingsmethode. Hierbij vindt er een overgang plaats van de vloeibare naar de vaste fase. Kristalliseren van de te isoleren stof uit het reactiemengsel is mogelijk als de oplosbaarheid van de stof in een bepaald oplosmiddel kleiner is dan die van de andere componenten. Bovendien moet de oplosbaarheid van de stof bij lage temperatuur veel kleiner zijn dan bij het kookpunt van het oplosmiddel.

Page 7: Laboratoriumreglement - Scaldalab.scalda.nl/pdf/ALG30.pdf · 2017-12-22 · Roeren en mengen ... Heron bibliotheek, practicum voorschriften scheikunde, deel 5: synthese van A.R. Boer,

6

In de volgende figuur is de oplosbaarheid van oxaalzuur in water is uitgezet tegen de temperatuur.

Als een oplossing van oxaalzuur die bij 100 °C verzadigd is, wordt afgekoeld tot 20 °C, dan kristalliseert er (b - a) gram oxaalzuur uit.

Is de stof gekristalliseerd uit de oplossing, dan kunnen de nog opgeloste en vloeibare bijproducten worden verwijderd door filtratie. Meestal moet de verbinding nog verder worden gezuiverd. Hiertoe wordt een oplosmiddel gezocht dat aan de volgende eisen voldoet:

de verontreinigingen moeten of goed of zeer slecht oplosbaar zijn. de oplosbaarheid van de te zuiveren stof moet snel toenemen bij

temperatuurverhoging. het kookpunt van het oplosmiddel mag niet te hoog zijn; bij voorkeur lager dan

100 °C. het oplosmiddel mag niet reageren met de stof.

Meestal is de gezochte stof niet volledig zuiver na éénmaal kristalliseren. De geïsoleerde vaste stof kan dan opnieuw worden gekristalliseerd, al dan niet met behulp van hetzelfde oplosmiddel. Bij het kristallisatieproces kunnen gekleurde, min of meer polymere verontreinigingen storen. Deze bijproducten zijn gemakkelijk te verwijderen door aan de oplossing ontkleuringskool toe te voegen en vervolgens enkele minuten te verwarmen. Enkele milligrammen kool per gram stof zijn meestal voldoende. De hete oplossing wordt nu gefiltreerd, waarna het filtraat helder en kleurloos moet zijn.

Page 8: Laboratoriumreglement - Scaldalab.scalda.nl/pdf/ALG30.pdf · 2017-12-22 · Roeren en mengen ... Heron bibliotheek, practicum voorschriften scheikunde, deel 5: synthese van A.R. Boer,

7

Sublimatie Bij sublimatie gaat een stof bij verwarming van de vaste toestand direct over in de gasvorm. Deze methode kan worden toegepast als de andere componenten in het mengsel bij de sublimatietemperatuur van de gezochte stof een veel lagere dampdruk hebben. Een zuivere stof kan in drie aggregatietoestanden voorkomen, en wel in gasvormige (G), vloeibare (L) en vaste toestand (S). Afhankelijk van druk en temperatuur kan er evenwicht bestaan tussen de vaste en vloeibare aggregatietoestand, tussen de vloeibare en de gasfase en tussen de vaste fase en de gasfase. Zo bestaat er bij een druk van 101,3 kPa (1 atm.) evenwicht tussen ijs en water bij 0 °C en tussen water en waterdamp bij 100 °C water. Het verband tussen druk (p ) , temperatuur (T ) en de drie aggregatietoestanden van een zuivere stof wordt weergegeven in onderstaande grafiek.

De lijn bd geeft weer bij welke temperatuur en druk er evenwicht is tussen de vaste en vloeibare fase (smeltlijn). Op de lijn ab is er evenwicht tussen de vaste fase en de gasfase (sublimatielijn). De lijn bc geeft het evenwicht aan tussen de vloeibare fase en gasfase (kooklijn). De drie lijnen snijden elkaar in het tripelpunt (b), dat voor elke stof vast ligt. Er heerst hier evenwicht tussen de vaste, vloeibare en gasvormige toestand. Wordt een hoeveelheid vaste stof in een afgesloten ruimte verwarmd tot e °C, dan zal in de evenwichtstoestand de dampspanning f zijn en gaat de vaste stof over in de dampfase (sublimatie). Stijgt de temperatuur tot g °C, dan smelt de vaste stof en is de druk h. Wordt de temperatuur tenslotte bij een constante druk van h verhoogd tot k °C, dan is er evenwicht tussen de vloeistoffase en de gasfase; de vloeistof kookt. Naast aggregatietoestand wordt ook het begrip fase gebruikt. Zo zijn twee niet mengbare vloeistoffen in een bekerglas wel in dezelfde aggregatietoestand, maar zijn het twee fasen, begrenst door een scheidingsvlak.

Page 9: Laboratoriumreglement - Scaldalab.scalda.nl/pdf/ALG30.pdf · 2017-12-22 · Roeren en mengen ... Heron bibliotheek, practicum voorschriften scheikunde, deel 5: synthese van A.R. Boer,

8

Extractie Pogingen een vaste stof te isoleren en te zuiveren via kristallisatie kan falen. Kristallisatie kan bijvoorbeeld worden belemmerd door de aanwezigheid van olieachtige verontreinigingen in het reactiemengsel. In dat geval komen extractie en/of een van de destillatietechnieken in aanmerking. Overigens kunnen destillatietechnieken ook worden toegepast bij het isoleren van vloeibare verbindingen.

Extracties worden vaak uitgevoerd in combinatie met omkeerbare reacties. Er bestaan verschillende extractiemethoden, die zowel in uitvoering als in achtergronden verschillen. Deze methoden kunnen worden ingedeeld in twee groepen.

Bij de ene groep maakt men gebruik van het verschil in oplosbaarheid van vaste stoffen in een oplosmiddel.

De andere groep van extractiemethoden berust op de verdeling van een stof over twee onderling niet mengbare vloeistoffen.

Extractie van vaste stoffen.

Een mengsel van vaste stoffen wordt langdurig in contact gebracht met een oplosmiddel. Bij de juiste keuze van het oplosmiddel zal vrijwel alleen de te isoleren stof in oplossing gaan. De vaste bijproducten worden vervolgens van de oplossing gescheiden door filtratie. Deze extractiemethode wordt toegepast bij de isolering van cafeïne uit theestof met behulp van chloroform. Behalve cafeïne gaan er ook gekleurde verbindingen in oplossing die in een later stadium worden verwijderd. De resterende vaste stof (celmateriaal) wordt door filtratie van de oplossing gescheiden.

Vloeistof-vloeistofextractie.

Volgens de wet van Nernst zal een stof die min of meer oplosbaar is in twee onderling niet mengbare vloeistoffen, zich in een constante verhouding verdelen over de beide fasen, als: - de temperatuur constant is. - de concentraties klein zijn. - de opgeloste stof geen associatie of dissociatie vertoont. In veel gevallen is er sprake van water en een organische vloeistof en heeft de organische vloeistof een kleinere dichtheid. In dat geval zal de organische vloeistof boven de waterige oplossing drijven.

Page 10: Laboratoriumreglement - Scaldalab.scalda.nl/pdf/ALG30.pdf · 2017-12-22 · Roeren en mengen ... Heron bibliotheek, practicum voorschriften scheikunde, deel 5: synthese van A.R. Boer,

9

Destillatie bij atmosferische druk

Vaste stoffen en vloeistoffen kunnen door destillatie bij atmosferische druk in zuivere toestand worden verkregen als de kookpunten niet te hoog zijn en als er bij deze temperaturen geen ontleding optreedt. Als een mengsel van benzeen (kookpunt 80 °C) en tolueen (kookpunt 110 °C) aan de kook wordt gebracht, blijkt in de dampfase naar verhouding meer benzeen aanwezig te zijn dan in de vloeistoffase. Op dit veel voorkomende verschijnsel is de scheiding van een mengsel van twee stoffen door destillatie gebaseerd.

Deze grafiek wordt een kookdiagram genoemd. x is de de molfractie benzeen. De figuur kan worden geconstrueerd door van een aantal mengsels van benzeen en tolueen met verschillende samenstelling de temperaturen van de kokende vloeistoffen (kookpunten) te meten en de samenstelling van de damp bij deze temperaturen (dauwpunten) te bepalen. Door de kookpunten te verbinden ontstaat de kookpuntslijn ACB. Op analoge wijze ontstaat de dauwpuntslijn ADB. Uit het kookdiagram is af te lezen dat bij een temperatuur van 71 °C het vloeistofmengsel een samenstelling x1, heeft en de damp de samenstelling x2. De damp is dus rijker aan benzeen. Als deze damp na snelle en volledige condensatie wordt afgevoerd, is er een vloeistof met samenstelling x2 ontstaan. Wordt deze vloeistof tot koken verwarmd, dan zal de bijbehorende dampfase de samenstelling x3 hebben, enz. Zo kan in een aantal stappen tamelijk zuiver benzeen worden verkregen. Bij dit type scheiding spreekt men van eenvoudige destillatie. Het scheiden van een mengsel op bovenstaande manier is echter een omslachtig proces.

Page 11: Laboratoriumreglement - Scaldalab.scalda.nl/pdf/ALG30.pdf · 2017-12-22 · Roeren en mengen ... Heron bibliotheek, practicum voorschriften scheikunde, deel 5: synthese van A.R. Boer,

10

Een snellere en betere scheiding wordt tot stand gebracht door de condenserende damp niet volledig af te voeren, maar grotendeels weer terug te laten vloeien in de kokende vloeistof. De apparatuur is schematisch weergegeven:

Het mengsel van benzeen en tolueen met samenstelling x1 wordt in het kookvat A verwarmd tot het kookpunt. De damp (temperatuur 71 °C en samenstelling x,) stijgt op en wordt aan het oppervlak van de condensor C gecondenseerd. Zolang kraan D gesloten is, vloeit het condensaat (temperatuur T2 °C) via kolom B weer terug in het kookvat A. Op elk punt in de kolom vindt er warmte-uitwisseling plaats tussen de dalende vloeistof en de opstijgende damp. Het gevolg is dat de vluchtige component (benzeen) overgaat van de vloeibare fase naar de dampfase, terwijl de minder vluchtige component (tolueen) overgaat van damp naar vloeistof. Tenslotte zal er op elke hoogte in de kolom evenwicht ontstaan tussen de opstijgende damp en de neerdalende vloeistof, waarbij bovenin de kolom vrijwel zuivere benzeendamp aanwezig is. Een goede scheiding wordt verkregen als er tussen de opstijgende damp en de neerdalende vloeistof een intensief contact is, en als de hoeveelheid condensaat die terugvloeit naar A groot is t.o.v. de hoeveelheid damp die na condensatie via D wordt afgevoerd. Uitgaande van een mengsel met samenstelling x, (zie kookdiagram) gaat men bij deze methode in een groot aantal kleine stapjes in de kooklus naar links en eindigt bij zuiver benzeen. Op deze manier wordt de rectificerende destillatie uitgevoerd.

Page 12: Laboratoriumreglement - Scaldalab.scalda.nl/pdf/ALG30.pdf · 2017-12-22 · Roeren en mengen ... Heron bibliotheek, practicum voorschriften scheikunde, deel 5: synthese van A.R. Boer,

11

Azeotropie. Bij pogingen een mengsel van water en ethanol op bovenstaande wijze te scheiden, wordt een destillaat verkregen dat voor 96% uit ethanol bestaat. Zuivere ethanol kan op deze manier niet worden verkregen. Bij bestudering van het kookdiagram blijkt dat vloeistof en damp bij één temperatuur dezelfde samenstelling hebben; scheiding door destillatie is in dit geval niet mogelijk. Men spreekt hier van een azeotropisch mengsel. De kooklus kan een minimum- en een maximumtemperatuur vertonen; er ontstaat dan een minimum- respectievelijk maximumazeotroop (zie afbeelding). Het verschijnsel azeotropie komt zeer veel voor; men dient er in de praktijk dan ook terdege rekening mee te houden.

Page 13: Laboratoriumreglement - Scaldalab.scalda.nl/pdf/ALG30.pdf · 2017-12-22 · Roeren en mengen ... Heron bibliotheek, practicum voorschriften scheikunde, deel 5: synthese van A.R. Boer,

12

Destillatie onder verminderde druk Het kookpunt van organische stoffen bij 101,3 kPa kan zo hoog zijn, dat er bij de gefractioneerde destillatie van een mengsel thermische ontleding optreedt. Dit is te vermijden door de destillatie uit te voeren bij een druk lager dan 101,3 kPa. In de praktijk wordt de destillatie onder verminderde druk (vacuümdestillatie) vaak uitge-voerd bij 1,5-2 kPa (waterstraalpomp) of bij drukken van 0,2 kPa en lager (oliepomp). De kookpunten van zowel vloeistofmengsels als van zuivere vloeistoffen dalen naarmate de druk lager is. Als het kookpunt van de te isoleren stof bekend is bij een druk van 101,3 kPa (1 atm.), kan een redelijke schatting van het kookpunt bij elke druk lager dan 101,3kPa (760mm kwik) worden gemaakt met behulp van een nomogram.

Ter illustratie is aangegeven hoe het kookpunt van aniline bij 2 kPa (15 mm kwik) is af te lezen als gegeven is dat bij 101,3 kPa (760 mm kwik) het kookpunt 184°C bedraagt, nl. 70 °C.

Page 14: Laboratoriumreglement - Scaldalab.scalda.nl/pdf/ALG30.pdf · 2017-12-22 · Roeren en mengen ... Heron bibliotheek, practicum voorschriften scheikunde, deel 5: synthese van A.R. Boer,

13

Stoomdestillatie Behalve door vacuümdestillatie kunnen stoffen met een hoog kookpunt ook worden gescheiden door middel van stoomdestillatie. Deze methode kan worden toegepast als de te isoleren stof weinig mengbaar is met water en de dampspanning bij 100 °C voldoende hoog is. De scheiding wordt bij atmosferische druk uitgevoerd door stoom te leiden in het reactiemengsel. De damp van de gezochte stof wordt met waterdamp afgevoerd en in de koeler gecondenseerd. Hierbij treedt ontmenging op. De dampspanning van het kokende mengsel bedraagt 100 kPa, de dampdrukken van de beide componenten in de dampfase zullen elk afzonderlijk kleiner zijn dan 100 kPa. Het kookpunt van het mengsel zal dan ook lager dan 100 °C zijn.

Als de dampdruk van de organische stof niet al te klein is en de stof een grote molmassa heeft, dan kan er in korte tijd een redelijke hoeveelheid organische stof worden over gedestilleerd. Tenslotte kan de organische stof via extractie met een apolair oplosmiddel (ether, petroleumether) uit het destillaat worden verkregen.

Page 15: Laboratoriumreglement - Scaldalab.scalda.nl/pdf/ALG30.pdf · 2017-12-22 · Roeren en mengen ... Heron bibliotheek, practicum voorschriften scheikunde, deel 5: synthese van A.R. Boer,

14

Opstellingen bouwen

Glaswerk

Slijpstukken

Van rubberstoppen en kurken als verbindingen tussen de verschillende delen van een opstelling waarin een synthese wordt uitgevoerd, wordt in het moderne laboratorium weinig gebruik meer gemaakt. Thans wordt glaswerk gebruikt dat voorzien is van slijpstukken welke in verschillende maten kunnen voorkomen. De meest gebruikte zijn NS 14.5 en NS 24, hoewel ook NS 19 en NS 29 veel voorkomen. NS betekent normaal slijpstuk of ook wel normal sleeve. Dit houdt in, dat alle hulzen en kernen van een bepaalde maat op elkaar passen. Bij slijpstukken zonder deze aanduiding hoeft dit niet het geval te zijn.

Om het gaan vastzitten van slijpstukken te voorkomen, dient de bovenkant van de kern met een dun laagje vaseline of siliconenvet te worden ingesmeerd alvorens in de huls te worden gestoken. Teveel vet veroorzaakt onnodige verontreiniging van de te bereiden stof. Een goed ingevet slijpstuk is juist helder doorzichtig. Slijpstukverbindingen die ondanks goede voorzorgen toch zijn gaan vastzitten, kunnen meestal uit elkaar worden gehaald na kort verwarmen van de huls in warm water. Gebruik hierbij altijd een doek om de handen te beschermen bij eventuele breuk. Lukt het niet, laat het dan over aan een deskundige.

Page 16: Laboratoriumreglement - Scaldalab.scalda.nl/pdf/ALG30.pdf · 2017-12-22 · Roeren en mengen ... Heron bibliotheek, practicum voorschriften scheikunde, deel 5: synthese van A.R. Boer,

15

Kolven.

Hierbij onderscheid men platbodemkolven voor verzepingen en extracties, rondbodemkolven voor het destilleren en het uitvoeren van de reacties. De kolven kunnen voorzien zijn van één of meer halzen. Ook rekent men onder de kolven de erlenmeyer en de af zuigerlenmeyer.

Opzetten.

Men onderscheidt de opzet voor het uitbreiden van het aantal halzen van een kolf, de

destillatie-opzet, de spijker-opzet (vigreux) en de claisen-opzet. Bij deze laatste opzet wordt de thermometer geplaatst in de hals waaraan de zijtuit bevestigd is. Het is mogelijk dat opzet en kolf een geheel vormen

Page 17: Laboratoriumreglement - Scaldalab.scalda.nl/pdf/ALG30.pdf · 2017-12-22 · Roeren en mengen ... Heron bibliotheek, practicum voorschriften scheikunde, deel 5: synthese van A.R. Boer,

16

Koelers.

De eenvoudigste koeler is de liebigkoeler, die hoofdzakelijk bij destillaties wordt gebruikt, doch ook kan dienen als terugvloeikoeler bij hoog kokende vloeistoffen. Bij reflux van laag kokende vloeistoffen is het beter een bolkoeler of een spiraalkoeler te gebruiken, omdat deze een groter koeloppervlak hebben. Voor zeer hoog kokende vloeistoffen (kookpunt > 200 °C) wordt een luchtkoeler gebruikt. Het koelen vindt plaats met koud stromend water, waarbij het water altijd ingeleid wordt bij het laagst gelegen slangstukje. Bij refluxkoeling is dit niet in overeenstemming met het tegenstroomprincipe

Page 18: Laboratoriumreglement - Scaldalab.scalda.nl/pdf/ALG30.pdf · 2017-12-22 · Roeren en mengen ... Heron bibliotheek, practicum voorschriften scheikunde, deel 5: synthese van A.R. Boer,

17

Trechters. Bij de trechters onderscheidt men naast de gewone trechter, de vultrechter, de scheitrechter, de druppeltrechter en de afzuigtrechter. De gewone trechter wordt gebruikt om vloeistof door een nauwe opening te gieten. Moet een vaste stof door een nauwe hals in een kolf worden gebracht, dan kan men beter een vultrechter gebruiken.

Een scheitrechter wordt gebruikt voor het scheiden van niet mengbare vloeistoffen. Moet een vloeistof of een oplossing langzaam aan een reactiemengsel worden toegevoegd, dan gebruikt men een druppeltrechter. Hierbij heeft het cilindrische model voordelen boven het bolvormige, omdat het minder plaats inneemt in de opstelling. Bovendien is er meestal een schaalverdeling op aangebracht. Als er bij het toedruppelen in het reactievat overdruk zou kunnen ontstaan, dan wordt een druppeltrechter gebruikt voorzien van een buis die de ruimte onder en boven de kraan met elkaar verbindt (tegendrukdruppeltrechter). Wanneer een vaste stof uit een oplossing verwijderd moet worden, kan een porseleinen of glazen afzuigtrechter worden gebruikt. Dit kan echter ook met een glazen trechter voorzien van een vouwfilter. De porseleinen trechter wordt ook wel Büchnertrechter genoemd. Voor kleine hoeveelheden heeft een glazen of porseleinen hirschtrechter de voorkeur.

Page 19: Laboratoriumreglement - Scaldalab.scalda.nl/pdf/ALG30.pdf · 2017-12-22 · Roeren en mengen ... Heron bibliotheek, practicum voorschriften scheikunde, deel 5: synthese van A.R. Boer,

18

Roerders.

Afhankelijk van het reactiemengsel kan men diverse roerders gebruiken, waarbij het roergedeelte is aangepast aan de grootte van de kolf en aan de gewenste menging van dc inhoud. Het zou te ver gaan om alle modellen met hun specifieke eigenschappen hier te bespreken. Volstaan wordt met de eenvoudige vaste

vleugelroerder voor homogene systemen, de teflon vleugelroerder voor heterogene systemen in kolven met nauwe halzen en de draadroerder of herschbergroerder, die vooral gebruikt wordt bij kolven met weinig ruimte voor de roerder en bij reacties met fijn verdeeld natrium. Om te voorkomen dat een roerder gaat slingeren moet voor een doelmatige geleiding worden gezorgd met behulp van een roergeleider. Bij roeren onder reflux wordt het ontsnappen van damp tegengegaan door bij geleider (a) een stukje slang aan te brengen dat voor een goede afsluiting zorgt

tussen geleider en roerder. Bij geleider (b) zorgen twee kunststofringen in de plastic schroef voor een goede afdichting. Om het soepel draaien van de roerder te bevorderen worden regelmatig enige druppels paraffineolie op de geleider aangebracht.

Diversen.

De allonge wordt bij het destilleren gebruikt om de vloeistof uit de liebigkoeler in het opvangvat te laten lopen. Het zijtuitje wordt bij destilleren onder verminderde druk verbonden met de waterstraalluchtpomp. Bij destillaties waarbij schadelijke of brandbare dampen vrijkomen, kunnen deze door een slang aan de zijtuit naar een gasval worden geleid. Vrijwel altijd moeten er bij een destillatie meerdere fracties worden opgevangen. Bij destilleren onder verminderde druk zou het destillatie-evenwicht nadelig worden beïnvloed door het opheffen van het vacuüm bij het verwisselen van het opvangvat. Om dit te voorkomen gebruiken we een spin. Hierdoor is het mogelijk om drie of vier fracties te verzamelen.

Page 20: Laboratoriumreglement - Scaldalab.scalda.nl/pdf/ALG30.pdf · 2017-12-22 · Roeren en mengen ... Heron bibliotheek, practicum voorschriften scheikunde, deel 5: synthese van A.R. Boer,

19

Bij de driehoek volgens Perkin is het aantal op te vangen fracties onbeperkt. Het overspatten bij het destilleren (met stoom) kan worden tegengegaan met een spatbol. Moet een experiment worden uitgevoerd onder uitsluiting van vocht, dan wordt op de apparatuur een calciumchloridebuis aangebracht. De afgebeelde wasfles wordt gebruikt bij syntheses met gasinleiding. In de wasfles bevindt zich een geschikte wasvloeistof waar het gas doorgeleid wordt. Het geheel fungeert dan tevens als bellenteller. Bij vacuümdestillaties doet een lege wasfles vaak dienst als beveiliging tegen terugslag. Om thermometers en glasbuizen op de kolf te bevestigen wordt een thermometerhouder gebruikt.

Page 21: Laboratoriumreglement - Scaldalab.scalda.nl/pdf/ALG30.pdf · 2017-12-22 · Roeren en mengen ... Heron bibliotheek, practicum voorschriften scheikunde, deel 5: synthese van A.R. Boer,

20

Apparatuur

Verwarmen Moet een reactie bij verhoogde temperatuur worden uitgevoerd, dan worden de uitgangsstoffen met een geschikt oplosmiddel in een rondbodemkolf gebracht. Voor het verwarmen van de rondbodemkolf, staan verschillende verwarmingsbronnen ter beschikking. Voor brandbare stoffen wordt meestal een waterbad (≤ 100 °C) of een oliebad (≤ 200 °C) gebruikt. Deze baden dienen dan elektrisch verwarmd te worden en niet door een vlam. Indien bij zeer hoge temperaturen moet worden gewerkt, kan men een luchtbad, zandbad, of metaalbad (Wood’s metaal) gebruiken. Verwarmen met een vlam is alleen verantwoord als er geen brandgevaar is. De verwarmingsmantel is geschikt voor het verwarmen over een groot temperatuurgebied. Deze wordt elektrisch verwarmd en de temperatuur kan geregeld worden door een energieregelaar. Infraroodlampen hebben als verwarmingsbron het voordeel dat de temperatuur nauwkeurig kan worden ingesteld en gehandhaafd. Moet een vloeistof beneden het kookpunt op een bepaalde temperatuur worden verhit, dan moet de vloeistof worden geroerd om een gelijkmatige warmteverdeling te krijgen. Ter voorkoming van kookvertraging worden voor het verhitten enkele kooksteentjes in de vloeistof gebracht. Koelen Indien bij verlaagde temperatuur moet worden gewerkt, of wanneer er sprake is van sterke warmteontwikkeling, waarbij de reactiewarmte moet worden afgevoerd, dient uitwendig te worden gekoeld. Afhankelijk van de gewenste temperatuur kan een van de onderstaande koelmedia worden gebruikt: water > 15 °C ijs/water 0 tot + 10 °C ijs/zout (3 :1) 0 tot — 20 °C vast koolstofdioxide/aceton -20 tot — 70 °C vloeibare stikstof -196 °C

Bij sommige reacties in waterig milieu kan effectieve koeling worden verkregen door ijs in het reactievat te brengen.

Page 22: Laboratoriumreglement - Scaldalab.scalda.nl/pdf/ALG30.pdf · 2017-12-22 · Roeren en mengen ... Heron bibliotheek, practicum voorschriften scheikunde, deel 5: synthese van A.R. Boer,

21

Roeren en mengen Voor het mengen van stoffen worden mechanisch aangedreven roerders gebruikt. Kleine hoeveelheden worden veelal geroerd met behulp van een magneetroerder. Hierbij wordt in de vloeistof een met teflon bekleed magneetstaafje (roervlo) gebracht dat door een buiten het bekerglas of rondbodemkolf roterende magneet wordt rondgedraaid. Een magneetroerder kan ook voorzien zijn van een verwarmingselement, waardoor regelbare menging èn verwarming mogelijk is. Ook maakt men dikwijls gebruik van een roermotor. Deze wordt verbonden met een glasstaaf waarvan het uiteinde is voorzien van een roerlichaam, dat is aangepast aan de omstandigheden. Een zeer goede menging kan worden verkregen met een vibromenger. Deze veroorzaakt verticale vibratie van een glazen of metalen plaatje waarin kegelvormige uitsparingen zijn aangebracht. Hierdoor ontstaat een snelle vloeistofstroom. Voor het mengen van een heterogeen systeem kan men een schudmachine of mixer gebruiken. Genoemde apparatuur is in verschillende types verkrijgbaar.

Page 23: Laboratoriumreglement - Scaldalab.scalda.nl/pdf/ALG30.pdf · 2017-12-22 · Roeren en mengen ... Heron bibliotheek, practicum voorschriften scheikunde, deel 5: synthese van A.R. Boer,

22

Het bouwen van opstellingen

Bij het uitvoeren van een experiment is het van groot belang dat de apparatuur waarmee wordt gewerkt, juist is opgebouwd. Ondeugdelijk gebouwde opstellingen veroorzaken spanning tussen de verschillende onderdelen, hetgeen vaak tot breuk leidt. Gebeurt dit tijdens een experiment, dan kan zich een bijzonder gevaarlijke situatie voordoen (brand en/of explosie). Bij het bouwen van iedere opstelling wordt begonnen met het statief. Dit dient altijd met de statiefvoet naar voren op tafel geplaatst te worden. Omdat altijd elektriciteit en/of koelwater nodig is, dienen aansluitingen hierop in de nabijheid te zijn. Op de statiefvoet wordt een labolift geplaatst, die 5-10 cm is opgedraaid en hierop

plaatst men het eventueel benodigde verwarmingsapparaat. De rondbodemkolf wordt zodanig geklemd, dat deze juist op of in het verwarmingsapparaat past. Klemmen dienen zodanig in de moffels te worden aangebracht, dat ze ondersteund worden. Kolven worden bij voorkeur om het slijpstuk geklemd. Het vastdraaien van de klem moet zeer voorzichtig gebeuren. Goed geklemd glaswerk kan met enige weerstand nog juist rondgedraaid worden. Als een koeler in de opstelling moet worden opgenomen, dient deze van te voren voorzien te zijn van passende stukken koelerslang. De opbouw van een aantal opstellingen wordt hierna puntsgewijs beschreven.

Page 24: Laboratoriumreglement - Scaldalab.scalda.nl/pdf/ALG30.pdf · 2017-12-22 · Roeren en mengen ... Heron bibliotheek, practicum voorschriften scheikunde, deel 5: synthese van A.R. Boer,

23

Refluxopstelling

Volgorde van opbouw: - statief - rondbodemkolf - koeler * plaats van de klemmen Om spanning te voorkomen, moet de opstelling precies evenwijdig aan het statief worden opgebouwd.

Page 25: Laboratoriumreglement - Scaldalab.scalda.nl/pdf/ALG30.pdf · 2017-12-22 · Roeren en mengen ... Heron bibliotheek, practicum voorschriften scheikunde, deel 5: synthese van A.R. Boer,

24

Roeropstelling

Volgorde van opbouw:

1. statief 2. 3 hals-rondbodem 3. roergeleider + roerder 4. roermotor 5. eventuele andere onderdelen

* plaats van de klemmen

Het is aan te bevelen om bij het aanbrengen van de roerder deze voorzichtig op de bodem van de kolf te zetten. Vervolgens moet de roermotor zo worden vastgezet, dat het verbindingsstukje (een stukje vacuümslang) juist boven de roerstaaf komt. De roerstaaf wordt nu voorzichtig in het verbindingsstukje geschoven. Wanneer een koeler gebruikt moet worden, dient deze te worden ondersteund door een klem. Kleinere onderdelen zoals een druppeltrechter worden meestal niet geklemd. De roerstaaf wordt nu voorzichtig in het verbindingsstukje geschoven. Kleinere onderdelen zoals een druppeltrechter worden meestal niet geklemd.

Page 26: Laboratoriumreglement - Scaldalab.scalda.nl/pdf/ALG30.pdf · 2017-12-22 · Roeren en mengen ... Heron bibliotheek, practicum voorschriften scheikunde, deel 5: synthese van A.R. Boer,

25

Destillatie-opstelling

Volgorde van opbouw 1. 3 statieven 2. destillatiekolfrondbodemkolf 3. destillatieopzet 4. koeler 5. ontvanger 6. destillatiethermometer * plaats van de klemmen

Bij de destillatie-opstelling moeten 3 statieven worden gebruikt, die met de voet naar voren naast elkaar worden opgesteld. De koeler moet in het verlengde van de zijtuit van de opzet aan het middelste statief worden geklemd en moet rusten op het vaste gedeelte van de klem. Door de klem iets los te draaien kan de koeler aan de opzet worden geschoven, waarna de klem weer wordt vastgedraaid. De ontvangstkolf wordt aan het derde statief bevestigd. Alleen bij kleine opstellingen kan deze aan de tweede statief worden bevestigd.

Page 27: Laboratoriumreglement - Scaldalab.scalda.nl/pdf/ALG30.pdf · 2017-12-22 · Roeren en mengen ... Heron bibliotheek, practicum voorschriften scheikunde, deel 5: synthese van A.R. Boer,

26

Vacuümdestillatie-opstelling

De capillair wordt gemaakt door het uiteinde van een glasbuis te verhitten en uit te trekken tot een haarfijn buisje. Het uitgetrokken gedeelte wordt op ongeveer 2 mm van de kolfbodem afgebroken. Vóór het aanbrengen moet eerst worden gecontroleerd of de capillair open is. Blaas hiertoe krachtig door de capillair en houd het uit einde in een bekerglaasje met aceton (belletjes). Wanneer gedestilleerd wordt met behulp van een oliepomp, dient deze altijd beveiligd te worden tegen schadelijke dampen. Hiertoe plaatst men tussen de manometer en de pomp een ‘koude val’. Deze kan bestaan uit een gasval die in een dewarvat met droogijs geplaatst is. Voor het meten van drukken tussen 1-10 kPa gebruikt men een gesloten manometer. Dit is meestal het geval bij gebruik van een waterstraalpomp. Met een oliepomp kunnen lagere drukken (ca. 1 Pa) gehaald worden. In dit geval gebruikt men een McLeod-manometer. In de opstelling moet altijd een luchtinlaatkraan met terugslagkolf worden opgenomen.

Page 28: Laboratoriumreglement - Scaldalab.scalda.nl/pdf/ALG30.pdf · 2017-12-22 · Roeren en mengen ... Heron bibliotheek, practicum voorschriften scheikunde, deel 5: synthese van A.R. Boer,

27

Stoom-destillatie-opstelling

Volgorde van opbouw

1. statieven 2. rondbodemkolf 3. spatbol 4. koeler 5. allonge 6. ontvanger 7. stoominleidbuis

plaats van de klemmen

Stoom kan worden verkregen met behulp van een stoomketel of stoomgenerator.

Page 29: Laboratoriumreglement - Scaldalab.scalda.nl/pdf/ALG30.pdf · 2017-12-22 · Roeren en mengen ... Heron bibliotheek, practicum voorschriften scheikunde, deel 5: synthese van A.R. Boer,

28

Zuivering vaste stof

Herkristalliseren Bij herkristalliseren uit water wordt een bekerglas of een erlenmeyer gebruikt. Bij een organisch oplosmiddel wordt een rondbodemkolf met een bolkoeler gebruikt. Breng de vaste stof met enkele glasparels of kooksteentjes in de kolf of het beker-glas. Voeg een kleine hoeveelheid oplosmiddel toe en breng het mengsel aan de kook. Voeg nu, terwijl de oplossing aan de kook gehouden wordt, zoveel oplosmiddel toe tot de oplossing juist helder is. Eventueel onoplosbare verontreinigingen worden verwijderd door te filtreren over een voorverwarmde büchnertrechter(stoombüchner) of door een warmwater trechter met filter. Wanneer deze niet voorradig zijn kan gewerkt worden met een voorverwarmde filter en voorzien van een vouwfilter.

Page 30: Laboratoriumreglement - Scaldalab.scalda.nl/pdf/ALG30.pdf · 2017-12-22 · Roeren en mengen ... Heron bibliotheek, practicum voorschriften scheikunde, deel 5: synthese van A.R. Boer,

29

Kristalvorming. Om een goed kristallisaat te krijgen, moet de oplossing waarin zich het preparaat bevindt langzaam en rustig afkoelen. Er ontstaan dan grote kristallen, waarbij de kans op insluiting van verontreinigingen kleiner is. Tijdens het kristalliseren moet de kolf afgesloten zijn met een horlogeglas, zodat er geen verdamping kan optreden. Ten gevolge van deze verdamping daalt de temperatuur snel, hetgeen leidt tot een te snelle kristallisatie en het ontstaan van een rand van vaste stof aan het glasoppervlak. Het kristallisatieproces komt niet altijd spontaan op gang bij tem-peratuurdaling. De oplossing wordt dan sterk oververzadigd, wat kan leiden tot een abrupte kristallisatie of ontmenging (olievorming). In dat geval kan kristallisatie worden bevorderd door stoten, krassen met een glasstaaf of toevoegen van ent-kristallen. Ontmenging vindt dikwijls plaats bij de hogere vetzuren en dicarbonzuren, zoals adipinezuur en azelainezuur. Deze stoffen scheiden zich af als oliedruppels of zelfs als een olielaag. Wanneer deze olielaag vast wordt, zal veel verontreiniging worden ingesloten. Doet dit verschijnsel zich voor, dan moet aan de oplossing extra oplosmiddel worden toegevoegd. Na verwarmen wordt dan onder snel roeren uitwendig afgekoeld met ijswater.

Page 31: Laboratoriumreglement - Scaldalab.scalda.nl/pdf/ALG30.pdf · 2017-12-22 · Roeren en mengen ... Heron bibliotheek, practicum voorschriften scheikunde, deel 5: synthese van A.R. Boer,

30

Filtreren onder verminderde druk De in een oplossing gevormde kristallen kunnen van de vloeistof (moederloog) worden afgezonderd door filtratie. De onderstaande afbeelding geeft de hiervoor benodigde opstelling weer. Op een afzuigkolf wordt met behulp van een doorboorde rubberstop of een conische ring een büchnertrechter geplaatst waarvan de grootte is aangepast aan de hoeveelheid kristallen. In de büchnertrechter wordt een rondfilter gebracht dat alle gaatjes in de bodem bedekt en niet tegen de binnenwand opstaat. De afzuigkolf wordt aan een statief geklemd en via een terugslagkolf verbonden met een waterstraal- pomp. Omdat bij lage druk wordt afgezogen dient als verbinding dikwandig rubberslang (zgn. vacuümslang) te worden genomen. Dunwandig slang zal onder deze omstandigheden dichtgedrukt worden, waardoor het afzuigen wordt bemoeilijkt. Om veiligheidsredenen moet de afzuigkolf voorzien zijn van een beschermhoes. De terugslagkolf moet voorkomen dat bij vermindering van de waterdruk of dichtdraaien van de waterkraan, water in de afzuigkolf kan stromen. Met behulp van de luchtinlaatkraan kan men een bepaalde druk instellen. Het vacuüm wordt opgeheven door eerst de luchtinlaatkraan voorzichtig te openen en pas daarna de waterkraan dicht te draaien. Bij sommige typen waterstraalpompen is een terugslagventiel in de vorm van een klep of kogel ingebouwd.

Alvorens met filtreren te beginnen, wordt het filter bevochtigd met oplosmiddel en vastgezogen. Er wordt dan zoveel mogelijk van de moederloog op het filter gebracht en afge-zogen. Vervolgens wordt het vacuüm weer opgeheven door de luchtinlaatkraan te openen. De vaste stof wordt nu met de rest van de moederloog zo volledig mogelijk op het filter gebracht en tot juist droog gefiltreerd. De kristallen moeten in dit stadium nog enigszins vochtig blijven omdat zich anders, vooral bij vluchtige oplosmiddelen, onzuiverheden op de kristallen afzetten. Indien nodig, kan de kolf worden nagespoeld met wat moederloog (filtraat) of koud oplosmiddel. De kristalmassa wordt op het filter gewassen, door deze in contact te brengen met zo weinig mogelijk koud oplosmiddel; indien noodzakelijk, wordt er voorzichtig ge-roerd.

Page 32: Laboratoriumreglement - Scaldalab.scalda.nl/pdf/ALG30.pdf · 2017-12-22 · Roeren en mengen ... Heron bibliotheek, practicum voorschriften scheikunde, deel 5: synthese van A.R. Boer,

31

Hierna wordt de wasvloeistof weer afgezogen tot de kristallen juist droog vallen, enz. Na de laatste keer wassen wordt het oplosmiddel scherp afgezogen, zodat de kristallen vrijwel droog zijn. Als de vaste stof uit zeer fijnverdeelde kristallen bestaat of amorf is, kunnen er in de filterkoek scheuren ontstaan, waardoor de filtratie nadelig wordt beïnvloed. Dit kan worden voorkomen door de kristalmassa regelmatig aan te drukken met een spatel of glazen stop. Vaak moeten voor het uitwassen gekoelde oplosmiddelen worden gebruikt. Bij moeilijk filtreerbare mengsels kunnen de kristallen ook uit de moederloog worden geïsoleerd door centrifugeren.

Page 33: Laboratoriumreglement - Scaldalab.scalda.nl/pdf/ALG30.pdf · 2017-12-22 · Roeren en mengen ... Heron bibliotheek, practicum voorschriften scheikunde, deel 5: synthese van A.R. Boer,

32

Ontkleuren Het ruwe reactieproduct is vaak donker gekleurd. Om een zuivere stof te krijgen moeten de producten die deze kleur veroorzaken worden verwijderd. Hiertoe wordt de oplossing met ontkleuringskool (norit of beenderkool) gedurende ca. 5 minuten verwarmd. De hoeveelheid bedraagt meestal 1 g kool op 100 g van de te zuiveren verbinding. De gekleurde verontreiniging, doch ook een deel van het preparaat, wordt door de ontkleuringskool geadsorbeerd. Hierna wordt de oplossing warm gefiltreerd door een dubbel papierfilter. Loopt er norit door het filter, dan moet opnieuw worden gefiltreerd, waarbij het filter tevoren is dichtgeslibd met een warme norit-suspensie.

Het drogen van vaste stoffen Een vaste stof, die nog water of een organisch oplosmiddel bevat, kan aan de

lucht worden gedroogd, door het in een dunne laag uit te spreiden op filtreerpapier. Het geheel moet worden afgedekt met een horlogeglas of met filtreerpapier. Deze methode is tamelijk tijdrovend. Sneller en effectiever kan het preparaat in een elektrische stoof worden gedroogd. De temperatuur van de droogstoof moet duidelijk lager zijn dan het smeltpunt van de desbetreffende stof. Zo nodig kan eerst met een weinig stof worden getest of de temperatuur niet te hoog is. De beste methode om water en ook laag kokende oplosmiddelen te verwijderen is te drogen onder verminderde druk. Hiertoe wordt een vacuümexsiccator gebruikt.

Page 34: Laboratoriumreglement - Scaldalab.scalda.nl/pdf/ALG30.pdf · 2017-12-22 · Roeren en mengen ... Heron bibliotheek, practicum voorschriften scheikunde, deel 5: synthese van A.R. Boer,

33

Identificatie

Bepaling van het smeltpunt Voor kristallijne verbindingen is de bepaling van het smeltpunt de meest gebruikte fysische methode om een indruk van de zuiverheid te krijgen. Wanneer een kleine hoeveelheid (ca. 10 mg) van een vaste stof in een dunwandige glazen capillair wordt verwarmd, zullen op een bepaald moment enkele kristallen vloeibaar worden. De temperatuur wordt afgelezen en genoteerd (beginsmeltpunt). Wordt doorgegaan met zacht verwarmen, dan zal na enige tijd alle vaste stof zijn gesmolten. Weer wordt de temperatuur afgelezen en genoteerd (eindsmeltpunt). Het verschil tussen de beide temperaturen is dan het waargenomen smelttraject. Is de te onderzoeken stof zeer zuiver, dan vindt men geen merkbaar smelt traject, doch een smeltpunt. Het vullen van de aan één kant dichtgesmolten capillair gaat het gemakkelijkst door deze enkele keren met de open kant in een beetje fijngewreven stof te steken. Door de capillair vervolgens enige malen door een glazen buis (ca. 75 cm) op de tafel te laten vallen, zal de stof zich op de bodem van de capillair verzamelen. Hiermee dient zolang te worden doorgegaan, tot de hoogte van de hoeveelheid stof in de capillair ongeveer 5 mm is.

Bij de uitvoering van een smeltpuntsbepaling worden twee smeltpuntscapillairen ge-vuld met vaste stof. Een van de capillairen wordt vervolgens in een smeltpuntsapparaat geplaatst en de smelttemperatuur wordt globaal bepaald door snel op te warmen (ca. 10 C per minuut). Na afkoelen tot ongeveer 20 C beneden de afgelezen temperatuur wordt de tweede capillair in het apparaat geplaatst. De verwarming wordt nu zo ingesteld, dat de temperatuurstijging niet meer bedraagt dan 1 °C per minuut. Bij deze opwarmsnelheidbedraagt de nauwkeurigheid van het gevonden smeltpunt of smelttraject ca. 1 °C.

Page 35: Laboratoriumreglement - Scaldalab.scalda.nl/pdf/ALG30.pdf · 2017-12-22 · Roeren en mengen ... Heron bibliotheek, practicum voorschriften scheikunde, deel 5: synthese van A.R. Boer,

34

Bepaling van de brekingsindex. Bij het onderzoeken of het beoordelen van vloeistoffen is het vaak van belang de brekingsindex van die stoffen te kennen. Met de refractometer kan deze fysische constante worden bepaald in vier decimalen. De schaalverdeling is afleesbaar in drie decimalen. Uitvoering van de meting. Breng het prismablok van de refractometer met behulp van een rondpompthermostaat op de gewenste temperatuur. Open het prismablok en breng met een druppelpipet enige druppels van de vloeistof op het vrijgekomen vlak van het meetprisma. Raak hierbij het glas beslist niet aan! Sluit het prismablok en zoek de grens van de totale reflectie in het kijkerbeeld, door de stand van het prismablok ten opzichte van de kijker langzaam te verstellen. Vaak wordt de grens zichtbaar als een brede gekleurde band. Door aan de compensatorknop te draaien kan de grenslijn kleurloos gemaakt worden. Stel nu de ‘licht-donker’ grenslijn in op het snijpunt van de kruisdraden en lees de brekingsindex af. Open het instrument en maak de prisma’s schoon met alcohol en lenspapier. Gezichtsveld in het oculair van de refractometer nadat de grens licht-donker juist op het snijpunt van de kruisdraden is geplaatst;

nD = 1,3990; suikergehalte 39,7%

Opmerkingen: 1. Bij het bepalen van de brekingsindex van zeer vluchtige stoffen, kan het voordeel

bieden om de vloeistof door de vulopening tussen de gesloten prisma’s te brengen. 2. De schaalverdeling dient zo nu en dan gecontroleerd te worden. Als ijkstof kan

gedestilleerd water worden gebruikt. 3. De temperatuur van de vloeistof is bij het meten van de brekingsindex een belang-

rijke factor. De invloed van de temperatuur op de brekingsindex is bij glas te ver-waarlozen, maar bij vloeistoffen niet. Bij hogere temperatuur wordt de stof optisch minder dicht door uitzetting en dientengevolge zal de brekingsindex lager zijn. De afwijking per graad varieert van 5-10-5 tot 5-10-4, afhankelijk van de stof. Is de temperatuurcorrectiefactor niet bekend, dan kan deze bepaald worden door de brekingsindex te meten bij bijv. 20 °C en 25 °C en het verschil per graad te berekenen. Het is van groot belang dat de metingen van de brekingsindices worden uitgevoerd bij constante temperatuur.

Page 36: Laboratoriumreglement - Scaldalab.scalda.nl/pdf/ALG30.pdf · 2017-12-22 · Roeren en mengen ... Heron bibliotheek, practicum voorschriften scheikunde, deel 5: synthese van A.R. Boer,

35

Infraroodspectra.

Het IR-spectrum van een zuivere organische stof vertoont dikwijls een groot aantal scherpe pieken. Deze komen overeen met de vibratiefrequenties van de verschillende atoomgroepen in het molecuul. De plaats van een piek in het IR- spectrum, d.w.z. de golflengte waarbij een bepaalde atoomgroep absorbeert, is min of meer onafhankelijk van de andere atoomgroepen in het molecuul. Aangezien elke atoomgroep één of meer karakteristieke vibratiefrequenties heeft, kan men een atoomgroep identificeren met behulp van het IR-spectrum. De belangrijkste banden liggen in het gebied tussen 4000 en 625 cm 1 (2,5-16 ppm).

Binding Klasse verbindingen Golfgetal (in cm-1 )

C-H alkanen 2850-2960 (m-s)

1350-1470 (w-m)

C-H alkenen 3020-3080 (in)

675-1000 (s)

C-H aromatische ringen 3000-3100 (m)

675- 870 (v)

C-H alkynen 3300 (s)

C=C alkenen 1640-1680 (v)

C≡C alkynen 2100-2260 (v)

C-C aromatische ringen 1500-1600 (v)

C-O alcoholen, ethers, carbonzuren, esters 1080-1300 (s)

C=O aldehyden, ketonen, esters, carbonzuren

1690-1760 (s)

O-H alcoholen, fenolen (monomeer) alcoholen, fenolen (waterstofbruggen) carbonzuren

3610-3640 (v) 3200-3600 brede banden

2500-3000 brede banden

N-H Aminen 3300-3500 (m)

C-N aminen 1180-1360 (s)

C≡N nitrillen 2210-2260 (v)

-NO2 nitroverbindingen 1515-1560 (s)

1 345-1385 (s)

In de tabel zijn de golfgetallen van een aantal atoomgroepen waarbij absorptie optreedt, vermeld. De afkortingen vw (very weak), w (weak), v (variable), m (medium), s (strong), vs (very strong) hebben betrekking op de mate waarin iR-straling wordt geabsorbeerd. Behalve voor het opsporen van atoomgroepen kan een IR-spectrum ook worden gebruikt voor identificatie van een onbekende stof. Als van een onbekende stof en van een referentiestof de beide IR-spectra identiek zijn, is de kans zeer groot dat de onbekende en de referentiestof aan elkaar gelijk zijn. Vooral het gebied van 1250-625 cm-1 is voor elke stof in hoge mate karakteristiek; men duidt het wel aan met de term ‘fingerprint gebied'.

Page 37: Laboratoriumreglement - Scaldalab.scalda.nl/pdf/ALG30.pdf · 2017-12-22 · Roeren en mengen ... Heron bibliotheek, practicum voorschriften scheikunde, deel 5: synthese van A.R. Boer,

36

Voorbeelden: