Εισαγωγή.
Μόλις το 80% των αντιδράσεων στο οργανικό εργαστήριο περιλαμβάνουν ένα βήμα που ονομάζεται επαναρροή. Χρησιμοποιείτε έναν διαλύτη αντίδρασης για να διατηρήσετε τα υλικά διαλυμένα και σε σταθερή θερμοκρασία, βράζοντας τον διαλύτη, συμπυκνώνοντάς τον και επιστρέφοντάς τον στη φιάλη. Η μέθοδος παλινδρόμησης χρησιμοποιείται επίσης ευρέως στη σύνθεση φαρμάκων, όπως η αμφεταμίνη και η μεθαμφεταμίνη και άλλες φαινυλαιθυλαμίνες, το LSD, ορισμένα συνθετικά κανναβινοειδή, η ισομερίωση της CBD, το MDMA και πολλές άλλες περιπτώσεις. Αυτή η τεχνική είναι αρκετά απλή, αλλά δεν πρέπει να υποτιμάτε τον κίνδυνο της και να λαμβάνετε όλες τις προφυλάξεις.
Επισκόπηση της παλινδρόμησης.
Μια διάταξη παλινδρόμησης (Εικ. 1) επιτρέπει την βρασμό και τη συμπύκνωση υγρού, με το συμπυκνωμένο υγρό να επιστρέφει στην αρχική φιάλη. Μια διάταξη παλινδρόμησης είναι ανάλογη με μια απόσταξη, με κύρια διαφορά την κατακόρυφη τοποθέτηση του συμπυκνωτή. Το υγρό παραμένει στο σημείο βρασμού του διαλύτη (ή του διαλύματος) κατά την ενεργό παλινδρόμηση.
Μια συσκευή παλινδρόμησης επιτρέπει την εύκολη θέρμανση ενός διαλύματος, αλλά χωρίς την απώλεια διαλύτη που θα προέκυπτε από τη θέρμανση σε ανοικτό δοχείο. Σε μια διάταξη παλινδρόμησης, οι ατμοί του διαλύτη παγιδεύονται από τον συμπυκνωτή και η συγκέντρωση των αντιδρώντων παραμένει σταθερή καθ' όλη τη διάρκεια της διαδικασίας. Ο κύριος σκοπός της παλινδρόμησης ενός διαλύματος είναι η ελεγχόμενη θέρμανση ενός διαλύματος σε σταθερή θερμοκρασία. Για παράδειγμα, φανταστείτε ότι θέλετε να θερμάνετε ένα διάλυμα στους 60℃ για μία ώρα προκειμένου να πραγματοποιήσετε μια χημική αντίδραση. Θα ήταν δύσκολο να διατηρήσετε ένα λουτρό ζεστού νερού στους 60℃ χωρίς ειδικό εξοπλισμό και θα απαιτούσε τακτική παρακολούθηση. Ωστόσο, εάν η μεθανόλη ήταν ο διαλύτης, το διάλυμα θα μπορούσε να θερμανθεί σε ροή και θα διατηρούσε τη θερμοκρασία του χωρίς τακτική συντήρηση στο σημείο βρασμού της μεθανόλης (65℃). Είναι αλήθεια ότι οι 65℃ δεν είναι 60℃ και αν η συγκεκριμένη θερμοκρασία ήταν κρίσιμη για την αντίδραση, τότε θα ήταν απαραίτητος εξειδικευμένος εξοπλισμός θέρμανσης. Συχνά όμως επιλέγεται ως θερμοκρασία αντίδρασης το σημείο βρασμού του διαλύτη λόγω της πρακτικότητάς του.
Διαδικασίες βήμα προς βήμα.
1. Ρίξτε το διάλυμα που πρόκειται να επαναρροφηθεί σε φιάλη στρογγυλού πυθμένα και στερεώστε την στη βάση δακτυλίου ή στο πλέγμα με σφιγκτήρα προέκτασης και μικρό ελαστικό παρέμβυσμα (Εικ. 2 α και βίντεο). Η φιάλη δεν πρέπει να είναι περισσότερο από μισογεμάτη. Στις εικόνες δεν υπάρχουν ελαστικά παρεμβύσματα για άγνωστους λόγους. Εάν χρησιμοποιείτε βρασμό σε υψηλή θερμοκρασία (>150℃) ή θέρμανση με φλόγα, δεν μπορούν να χρησιμοποιηθούν.
2. Προσθέστε μια ράβδο ανάδευσης ή λίγες πέτρες βρασμού για την αποφυγή χτυπημάτων. Οι πέτρες βρασμού δεν πρέπει να χρησιμοποιούνται κατά την επαναρροή πυκνών διαλυμάτων θειικού ή φωσφορικού οξέος, καθώς θα χρωματίσουν το διάλυμα. Για παράδειγμα, όταν χρησιμοποιείται μια ράβδος ανάδευσης για την πρόληψη των προσκρούσεων με πυκνό θειικό οξύ, το διάλυμα παραμένει άχρωμο (Εικ. 2 β). Όταν η ίδια αντίδραση πραγματοποιείται με τη χρήση πέτρας βρασμού, το διάλυμα σκουραίνει κατά τη θέρμανση (Εικ.2 γ) και τελικά μετατρέπει ολόκληρο το διάλυμα σε βαθύ μωβ-καφέ χρώμα (Εικ.2 δ).
2. Προσθέστε μια ράβδο ανάδευσης ή λίγες πέτρες βρασμού για την αποφυγή χτυπημάτων. Οι πέτρες βρασμού δεν πρέπει να χρησιμοποιούνται κατά την επαναρροή πυκνών διαλυμάτων θειικού ή φωσφορικού οξέος, καθώς θα χρωματίσουν το διάλυμα. Για παράδειγμα, όταν χρησιμοποιείται μια ράβδος ανάδευσης για την πρόληψη των προσκρούσεων με πυκνό θειικό οξύ, το διάλυμα παραμένει άχρωμο (Εικ. 2 β). Όταν η ίδια αντίδραση πραγματοποιείται με τη χρήση πέτρας βρασμού, το διάλυμα σκουραίνει κατά τη θέρμανση (Εικ.2 γ) και τελικά μετατρέπει ολόκληρο το διάλυμα σε βαθύ μωβ-καφέ χρώμα (Εικ.2 δ).
3. Τοποθετήστε λαστιχένιους σωλήνες σε έναν συμπυκνωτή (βρέξτε πρώτα τα άκρα για να μπορέσουν να γλιστρήσουν) και στη συνέχεια συνδέστε τον συμπυκνωτή κάθετα στη φιάλη με στρογγυλό πυθμένα. Εάν χρησιμοποιείτε ψηλό συμπυκνωτή, στερεώστε τον συμπυκνωτή στη βάση δακτυλίου ή στο πλέγμα (Σχ. 3 α). Βεβαιωθείτε ότι ο συμπυκνωτής εφαρμόζει καλά στη φιάλη. Σημείωση ασφαλείας: εάν τα κομμάτια δεν είναι σωστά συνδεδεμένα και διαφύγουν εύφλεκτοι ατμοί, ενδέχεται να αναφλεγούν από την πηγή θερμότητας. Μην συνδέετε τη φιάλη με στρογγυλό πυθμένα και τον συμπυκνωτή με πλαστικό κλιπ, όπως φαίνεται στην Εικ.3 с. Τα πλαστικά κλιπ μπορεί μερικές φορές να αποτύχουν (ιδίως όταν θερμαίνονται) και αυτή η διάταξη δεν επιτρέπει την αξιόπιστη απομάκρυνση της φιάλης από την πηγή θερμότητας στο τέλος της παλινδρόμησης.
Σημείωση: Όσο υψηλότερο είναι το σημείο βρασμού του διαλύτη σας (μίγματος διαλύτη), τόσο μικρότερο είναι το μήκος του ψυκτήρα παλινδρόμησης που χρειάζεστε. Αντίθετα, εάν ο διαλύτης σας βράζει σε χαμηλές θερμοκρασίες (αιθέρας), χρησιμοποιήστε τον μακρύτερο συμπυκνωτή παλινδρόμησης Liebig.
4. Συνδέστε τον εύκαμπτο σωλήνα στον κάτω βραχίονα του συμπυκνωτή με τη βρύση νερού και αφήστε τον εύκαμπτο σωλήνα στον πάνω βραχίονα να στραγγίξει στον νεροχύτη (Σχ. 3 β). Είναι σημαντικό το νερό να μπαίνει στο κάτω μέρος του συμπυκνωτή και να βγαίνει από το πάνω μέρος (ώστε το νερό να ρέει ενάντια στη βαρύτητα), διαφορετικά ο συμπυκνωτής θα είναι αναποτελεσματικός, καθώς δεν θα γεμίσει πλήρως.
Σημείωση: Όσο υψηλότερο είναι το σημείο βρασμού του διαλύτη σας (μίγματος διαλύτη), τόσο μικρότερο είναι το μήκος του ψυκτήρα παλινδρόμησης που χρειάζεστε. Αντίθετα, εάν ο διαλύτης σας βράζει σε χαμηλές θερμοκρασίες (αιθέρας), χρησιμοποιήστε τον μακρύτερο συμπυκνωτή παλινδρόμησης Liebig.
4. Συνδέστε τον εύκαμπτο σωλήνα στον κάτω βραχίονα του συμπυκνωτή με τη βρύση νερού και αφήστε τον εύκαμπτο σωλήνα στον πάνω βραχίονα να στραγγίξει στον νεροχύτη (Σχ. 3 β). Είναι σημαντικό το νερό να μπαίνει στο κάτω μέρος του συμπυκνωτή και να βγαίνει από το πάνω μέρος (ώστε το νερό να ρέει ενάντια στη βαρύτητα), διαφορετικά ο συμπυκνωτής θα είναι αναποτελεσματικός, καθώς δεν θα γεμίσει πλήρως.
5. Εάν πολλά διαλύματα θα επαναρροφηθούν ταυτόχρονα (π.χ. εάν πολλοί μαθητές εκτελούν επαναρροή δίπλα-δίπλα), οι σωλήνες από κάθε διάταξη επαναρροής μπορούν να συνδεθούν σε σειρά (Σχ. 4). Για να επιτευχθεί αυτό, ο άνω βραχίονας της "Εγκατάστασης Α" που κανονικά αποστραγγίζεται στον νεροχύτη συνδέεται αντ' αυτού με τον κάτω βραχίονα της "Εγκατάστασης Β." Ο άνω βραχίονας της "Εγκατάστασης Β" στη συνέχεια αποστραγγίζεται στον νεροχύτη. Η σύνδεση συσκευών σε σειρά ελαχιστοποιεί τη χρήση νερού, καθώς το νερό που εξέρχεται από έναν συμπυκνωτή εισέρχεται στον επόμενο. Μπορούν να συνδεθούν σε σειρά αρκετές διατάξεις επαναρροής και η ροή του νερού θα πρέπει να παρακολουθείται για να διασφαλίζεται ότι όλες οι διατάξεις ψύχονται επαρκώς.
6. Αρχίστε να κυκλοφορείτε ένα σταθερό ρεύμα νερού μέσω των σωλήνων (όχι τόσο ισχυρό ώστε ο σωλήνας να αναπηδά από την υψηλή πίεση του νερού). Ελέγξτε και πάλι ότι τα κομμάτια των γυάλινων σκευών εφαρμόζουν με ασφάλεια μεταξύ τους και, στη συνέχεια, τοποθετήστε την πηγή θερμότητας κάτω από τη φιάλη. Ενεργοποιήστε την πλάκα ανάδευσης εάν χρησιμοποιείτε ράβδο ανάδευσης.
α) Εάν χρησιμοποιείτε μανδύα θέρμανσης, συγκρατήστε τον στη θέση του με μια ρυθμιζόμενη πλατφόρμα (π.χ. ένα συρματόπλεγμα / σφιγκτήρα δακτυλίου). Αφήστε μερικά εκατοστά κάτω από τον μανδύα, ώστε όταν ολοκληρωθεί η αντίδραση, ο μανδύας να μπορεί να χαμηλώσει και η φιάλη να ψυχθεί. Εάν ο μανδύας θέρμανσης δεν ταιριάζει απόλυτα με το μέγεθος της φιάλης με στρογγυλό πυθμένα, περιβάλλετε τη φιάλη με άμμο για να δημιουργήσετε καλύτερη επαφή (Εικ. 5 α).
β) Εάν χρησιμοποιείτε λουτρό άμμου, θάψτε τη φιάλη στην άμμο έτσι ώστε η άμμος να είναι τουλάχιστον τόσο υψηλή όσο το επίπεδο του υγρού στη φιάλη (Σχ. 5 β).
γ) Εάν η διάταξη θα μείνει τελικά χωρίς επιτήρηση για μεγάλο χρονικό διάστημα (π.χ. κατά τη διάρκεια της νύχτας), σφίξτε χάλκινο σύρμα πάνω από τα εξαρτήματα των σωλήνων του συμπυκνωτή για να αποτρέψετε τις αλλαγές στην πίεση του νερού που θα προκαλέσουν την αποκόλλησή τους.
7. Εάν η πηγή θερμότητας έχει προθερμανθεί (προαιρετικά), το διάλυμα θα πρέπει να αρχίσει να βράζει εντός πέντε λεπτών. Εάν δεν το κάνει, αυξήστε τον ρυθμό θέρμανσης. Ο κατάλληλος ρυθμός θέρμανσης εμφανίζεται όταν το διάλυμα βράζει έντονα και διακρίνεται ένας "δακτύλιος παλινδρόμησης" περίπου στο ένα τρίτο της διαδρομής προς τον ψυκτήρα. Ο "δακτύλιος παλινδρόμησης" είναι το ανώτερο όριο του σημείου όπου οι καυτοί ατμοί συμπυκνώνονται ενεργά. Σε ορισμένα διαλύματα (π.χ. υδατικό διάλυμα), ο δακτύλιος επαναρροής είναι εμφανής με εύκολα ορατά σταγονίδια στο συμπυκνωτή (Σχ. 6 α+β). Με άλλα διαλύματα (π.χ. πολλοί οργανικοί διαλύτες) ο δακτύλιος επαναρροής είναι πιο λεπτός, αλλά μπορεί να γίνει αντιληπτός με προσεκτική παρατήρηση (Σχ.6 γ). Μπορεί να παρατηρηθεί λεπτή κίνηση στον συμπυκνωτή καθώς το υγρό στάζει στις πλευρές του συμπυκνωτή, ή τα αντικείμενα του φόντου μπορεί να εμφανίζονται παραμορφωμένα από τη διάθλαση του φωτός μέσω του υγρού συμπύκνωσης (στην Εικ.6 δ, ο πόλος της βάσης δακτυλίου παραμορφώνεται).
8. Εάν ακολουθείτε μια διαδικασία κατά την οποία πρέπει να επαναρροφήσετε για ένα συγκεκριμένο χρονικό διάστημα (π.χ. "επαναρροή για μία ώρα"), το χρονικό διάστημα θα πρέπει να αρχίζει όταν το διάλυμα δεν βράζει απλώς αλλά επαναρροφά ενεργά στο κάτω τρίτο του συμπυκνωτή.
9. Η θερμότητα θα πρέπει να μειωθεί εάν ο δακτύλιος επαναρροής ανέβει για να φτάσει στο μισό ή και ψηλότερα του συμπυκνωτή, αλλιώς οι ατμοί θα μπορούσαν να διαφύγουν από τη φιάλη.
10. Αφού ολοκληρωθεί η παλινδρόμηση, απενεργοποιήστε την πηγή θερμότητας και απομακρύνετε τη φιάλη από τη θερμότητα είτε ανασηκώνοντας τη συσκευή παλινδρόμησης προς τα πάνω, είτε ρίχνοντας την πηγή θερμότητας προς τα κάτω (Σχ. 7 α).
9. Η θερμότητα θα πρέπει να μειωθεί εάν ο δακτύλιος επαναρροής ανέβει για να φτάσει στο μισό ή και ψηλότερα του συμπυκνωτή, αλλιώς οι ατμοί θα μπορούσαν να διαφύγουν από τη φιάλη.
10. Αφού ολοκληρωθεί η παλινδρόμηση, απενεργοποιήστε την πηγή θερμότητας και απομακρύνετε τη φιάλη από τη θερμότητα είτε ανασηκώνοντας τη συσκευή παλινδρόμησης προς τα πάνω, είτε ρίχνοντας την πηγή θερμότητας προς τα κάτω (Σχ. 7 α).
Μην κλείνετε τη ροή του νερού που διέρχεται από τον ψυκτήρα μέχρι το διάλυμα να είναι μόνο ζεστό στην αφή. Μετά από μερικά λεπτά ψύξης με αέρα, η φιάλη με στρογγυλό πυθμένα μπορεί να βυθιστεί σε υδατόλουτρο βρύσης για να επιταχυνθεί η διαδικασία ψύξης (Εικ. 7 β).
Ξηρή παλινδρόμηση.
Εάν πρέπει να κρατήσετε τους ατμοσφαιρικούς υδρατμούς μακριά από την αντίδρασή σας, πρέπει να χρησιμοποιήσετε έναν σωλήνα ξήρανσης και τον προσαρμογέα εισόδου στη διάταξη παλινδρόμησης (Εικ. 8). Μπορείτε να τα χρησιμοποιήσετε αυτά εάν πρέπει να κρατήσετε τους υδρατμούς εκτός οποιουδήποτε συστήματος, όχι μόνο της διάταξης παλινδρόμησης.
1. Εάν είναι απαραίτητο, καθαρίστε και στεγνώστε το σωλήνα ξήρανσης. Δεν χρειάζεται να κάνετε λεπτομερή καθαρισμό, εκτός αν υποψιάζεστε ότι το άνυδρο μέσο ξήρανσης δεν είναι πλέον άνυδρο. Εάν το υλικό έχει κολλήσει στο εσωτερικό του σωλήνα, είναι πιθανότατα νεκρό. Θα πρέπει να καθαρίσετε και να επαναφορτίσετε τον σωλήνα στην αρχή της διαδικασίας. Βεβαιωθείτε ότι χρησιμοποιείτε άνυδρο χλωριούχο ή θειικό ασβέστιο. Θα πρέπει να παραμείνει εντάξει σε λίγες χρήσεις. Αν είστε τυχεροί, μπορεί να αναμιχθεί με το λευκό Drierite ενδεικτικό Drierite, ένα ειδικά παρασκευασμένο άνυδρο θειικό ασβέστιο. Αν το χρώμα είναι μπλε, το αποξηραντικό είναι καλό- αν είναι κόκκινο, το αποξηραντικό δεν είναι πλέον ξηρό και θα πρέπει να το ξεφορτωθείτε (βλέπε αποξηραντικά στο κεφάλαιο "Αποξηραντές κενού").
2. Τοποθετήστε ένα χαλαρό πώμα από υαλοβάμβακα ή βαμβάκι για να μην πέσει το μέσο ξήρανσης στη φιάλη αντίδρασης.
3. Συναρμολογήστε τη συσκευή όπως φαίνεται στην εικόνα, με τον σωλήνα ξήρανσης και τον προσαρμογέα πάνω από τον συμπυκνωτή.
4. Σε αυτό το σημείο, τα αντιδραστήρια μπορούν να προστεθούν στη φιάλη και να θερμανθούν με τη συσκευή. Συνήθως, η συσκευή θερμαίνεται ενώ είναι άδεια για να απομακρυνθεί το νερό από τα τοιχώματα της συσκευής.
5. Θερμαίνεται η συσκευή, συνήθως άδεια, σε ατμόλουτρο, δίνοντας σε ολόκληρη τη διάταξη μια στροφή κατά ένα τέταρτο κάθε τόσο για να θερμαίνεται ομοιόμορφα. Ένας καυστήρας μπορεί να χρησιμοποιηθεί εάν δεν υπάρχει κίνδυνος πυρκαγιάς και εάν η θέρμανση γίνεται προσεκτικά. Οι βαριές αρθρώσεις από λειασμένο γυαλί θα ραγίσουν εάν θερμανθούν υπερβολικά.
6. Αφήστε τη συσκευή να κρυώσει σε θερμοκρασία δωματίου. Καθώς ψύχεται, ο αέρας τραβιέται μέσω του σωλήνα ξήρανσης πριν φτάσει στη συσκευή. Η υγρασία του αέρα παγιδεύεται από το μέσο ξήρανσης.
7. Προσθέστε γρήγορα τα ξηρά αντιδραστήρια ή τους διαλύτες στη φιάλη αντίδρασης και συναρμολογήστε ξανά το σύστημα.
8. Πραγματοποιήστε την αντίδραση ως συνήθως ως τυπική παλινδρόμηση.
2. Τοποθετήστε ένα χαλαρό πώμα από υαλοβάμβακα ή βαμβάκι για να μην πέσει το μέσο ξήρανσης στη φιάλη αντίδρασης.
3. Συναρμολογήστε τη συσκευή όπως φαίνεται στην εικόνα, με τον σωλήνα ξήρανσης και τον προσαρμογέα πάνω από τον συμπυκνωτή.
4. Σε αυτό το σημείο, τα αντιδραστήρια μπορούν να προστεθούν στη φιάλη και να θερμανθούν με τη συσκευή. Συνήθως, η συσκευή θερμαίνεται ενώ είναι άδεια για να απομακρυνθεί το νερό από τα τοιχώματα της συσκευής.
5. Θερμαίνεται η συσκευή, συνήθως άδεια, σε ατμόλουτρο, δίνοντας σε ολόκληρη τη διάταξη μια στροφή κατά ένα τέταρτο κάθε τόσο για να θερμαίνεται ομοιόμορφα. Ένας καυστήρας μπορεί να χρησιμοποιηθεί εάν δεν υπάρχει κίνδυνος πυρκαγιάς και εάν η θέρμανση γίνεται προσεκτικά. Οι βαριές αρθρώσεις από λειασμένο γυαλί θα ραγίσουν εάν θερμανθούν υπερβολικά.
6. Αφήστε τη συσκευή να κρυώσει σε θερμοκρασία δωματίου. Καθώς ψύχεται, ο αέρας τραβιέται μέσω του σωλήνα ξήρανσης πριν φτάσει στη συσκευή. Η υγρασία του αέρα παγιδεύεται από το μέσο ξήρανσης.
7. Προσθέστε γρήγορα τα ξηρά αντιδραστήρια ή τους διαλύτες στη φιάλη αντίδρασης και συναρμολογήστε ξανά το σύστημα.
8. Πραγματοποιήστε την αντίδραση ως συνήθως ως τυπική παλινδρόμηση.
Προσθήκη και παλινδρόμηση.
Κάθε τόσο πρέπει να προσθέσετε μια ένωση σε μια διάταξη ενώ η αντίδραση βρίσκεται σε εξέλιξη, συνήθως μαζί με μια παλινδρόμηση. Λοιπόν, δεν ανοίγετε το σύστημα, δεν αφήνετε τοξικές αναθυμιάσεις να βγουν και δεν αρρωσταίνετε για να προσθέσετε νέα αντιδραστήρια. Χρησιμοποιείτε ένα χωνί προσθήκης. Τώρα, μιλήσαμε για τα χωνιά προσθήκης πίσω με τα διαχωριστικά χωνιά (εργαστηριακά γυάλινα σκεύη) όταν εξετάζαμε το στέλεχος, και αυτό μπορεί να σας μπέρδεψε.
Χρήση χωνιού.
Κοιτάξτε την Εικ. 9 α. Πρόκειται για ένα πραγματικό διαχωριστικό χωνί. Βάζετε εδώ μέσα υγρά και τα ανακινείτε και τα εκχυλίζετε. Θα μπορούσατε όμως να χρησιμοποιήσετε αυτό το χωνί για να προσθέσετε υλικό σε μια διάταξη; Όχι. Δεν υπάρχει αλεσμένος γυάλινος σύνδεσμος στο άκρο- και μόνο γυάλινοι σύνδεσμοι ταιριάζουν σε γυάλινους συνδέσμους. Το Σχ. 9 γ δείχνει ένα χωνί προσθήκης που εξισώνει την πίεση. Θυμάστε όταν σας προειδοποιούσαν να αφαιρείτε το πώμα ενός διαχωριστικού χωνιού, ώστε να μη δημιουργείται κενό στο εσωτερικό του χωνιού καθώς το αδειάζετε; Εν πάση περιπτώσει, το πλευρικό όπλο εξισώνει την πίεση και στις δύο πλευρές του υγρού που προσθέτετε στη φιάλη, έτσι ώστε να ρέει ελεύθερα, χωρίς να δημιουργείται κενό και χωρίς να χρειάζεται να αφαιρέσετε το πώμα. Αυτός ο εξοπλισμός είναι πολύ ωραίος, πολύ ακριβός, πολύ περιορισμένος και πολύ σπάνιος. Και αν δοκιμάσετε μια εκχύλιση σε ένα από αυτά, όλο το υγρό θα τρέξει έξω από το σωλήνα στο πάτωμα καθώς κουνάτε το χωνί. Έτσι, επιτεύχθηκε ένας συμβιβασμός (Εικ. 9 β). Δεδομένου ότι πιθανότατα θα κάνετε περισσότερες εκχυλίσεις παρά προσθήκες, με ή χωρίς παλινδρόμηση, ο σωλήνας εξισορρόπησης πίεσης βγήκε, αλλά ο σύνδεσμος από γυαλί εδάφους παρέμεινε. Εκχυλίσεις, κανένα πρόβλημα. Η φύση του στελέχους δεν έχει σημασία. Αλλά κατά τις προσθήκες, θα πρέπει να αναλάβετε την ευθύνη να φροντίσετε να μην δημιουργηθεί δυσάρεστο κενό. Μπορείτε να αφαιρείτε το πώμα κάθε τόσο ή να τοποθετείτε στη θέση του πώματος ένα σωλήνα ξήρανσης και έναν προσαρμογέα εισόδου. Το τελευταίο κρατάει την υγρασία έξω και αποτρέπει τη δημιουργία κενού στο εσωτερικό του χωνιού.
Πώς να ρυθμίσετε
Υπάρχουν τουλάχιστον δύο τρόποι για να στήσετε μια προσθήκη και παλινδρόμηση, χρησιμοποιώντας είτε μια φιάλη τριών λαιμών είτε έναν προσαρμογέα Claisen. Σκέφτηκα να δείξω και τις δύο αυτές ρυθμίσεις με σωλήνες ξήρανσης. Κρατούν την υγρασία του αέρα από το να εισέλθει στην αντίδρασή σας. Αν δεν τους χρειάζεστε, κάντε το χωρίς αυτούς.
Χρήση χωνιού.
Κοιτάξτε την Εικ. 9 α. Πρόκειται για ένα πραγματικό διαχωριστικό χωνί. Βάζετε εδώ μέσα υγρά και τα ανακινείτε και τα εκχυλίζετε. Θα μπορούσατε όμως να χρησιμοποιήσετε αυτό το χωνί για να προσθέσετε υλικό σε μια διάταξη; Όχι. Δεν υπάρχει αλεσμένος γυάλινος σύνδεσμος στο άκρο- και μόνο γυάλινοι σύνδεσμοι ταιριάζουν σε γυάλινους συνδέσμους. Το Σχ. 9 γ δείχνει ένα χωνί προσθήκης που εξισώνει την πίεση. Θυμάστε όταν σας προειδοποιούσαν να αφαιρείτε το πώμα ενός διαχωριστικού χωνιού, ώστε να μη δημιουργείται κενό στο εσωτερικό του χωνιού καθώς το αδειάζετε; Εν πάση περιπτώσει, το πλευρικό όπλο εξισώνει την πίεση και στις δύο πλευρές του υγρού που προσθέτετε στη φιάλη, έτσι ώστε να ρέει ελεύθερα, χωρίς να δημιουργείται κενό και χωρίς να χρειάζεται να αφαιρέσετε το πώμα. Αυτός ο εξοπλισμός είναι πολύ ωραίος, πολύ ακριβός, πολύ περιορισμένος και πολύ σπάνιος. Και αν δοκιμάσετε μια εκχύλιση σε ένα από αυτά, όλο το υγρό θα τρέξει έξω από το σωλήνα στο πάτωμα καθώς κουνάτε το χωνί. Έτσι, επιτεύχθηκε ένας συμβιβασμός (Εικ. 9 β). Δεδομένου ότι πιθανότατα θα κάνετε περισσότερες εκχυλίσεις παρά προσθήκες, με ή χωρίς παλινδρόμηση, ο σωλήνας εξισορρόπησης πίεσης βγήκε, αλλά ο σύνδεσμος από γυαλί εδάφους παρέμεινε. Εκχυλίσεις, κανένα πρόβλημα. Η φύση του στελέχους δεν έχει σημασία. Αλλά κατά τις προσθήκες, θα πρέπει να αναλάβετε την ευθύνη να φροντίσετε να μην δημιουργηθεί δυσάρεστο κενό. Μπορείτε να αφαιρείτε το πώμα κάθε τόσο ή να τοποθετείτε στη θέση του πώματος ένα σωλήνα ξήρανσης και έναν προσαρμογέα εισόδου. Το τελευταίο κρατάει την υγρασία έξω και αποτρέπει τη δημιουργία κενού στο εσωτερικό του χωνιού.
Πώς να ρυθμίσετε
Υπάρχουν τουλάχιστον δύο τρόποι για να στήσετε μια προσθήκη και παλινδρόμηση, χρησιμοποιώντας είτε μια φιάλη τριών λαιμών είτε έναν προσαρμογέα Claisen. Σκέφτηκα να δείξω και τις δύο αυτές ρυθμίσεις με σωλήνες ξήρανσης. Κρατούν την υγρασία του αέρα από το να εισέλθει στην αντίδρασή σας. Αν δεν τους χρειάζεστε, κάντε το χωρίς αυτούς.
Πέτρες βρασμού (Boiling Chips).
Οι πέτρες βρασμού (ή chips βρασμού) είναι μικρά κομμάτια μαύρου πορώδους πετρώματος (συχνά καρβίδιο του πυριτίου) που προστίθενται σε διαλύτη ή διάλυμα. Περιέχουν παγιδευμένο αέρα που βγαίνει με φυσαλίδες καθώς θερμαίνεται ένα υγρό και έχουν μεγάλη επιφάνεια που μπορεί να λειτουργήσει ως χώρος πυρηνοποίησης για το σχηματισμό φυσαλίδων του διαλύτη. Θα πρέπει να προστίθενται σε ψυχρό υγρό, όχι σε υγρό που βρίσκεται κοντά στο σημείο βρασμού του, διαφορετικά μπορεί να ακολουθήσει έντονη έκρηξη φυσαλίδων. Όταν ένα υγρό οδηγείται σε βρασμό χρησιμοποιώντας πέτρες βρασμού, οι φυσαλίδες τείνουν να προέρχονται κυρίως από τις πέτρες (Εικ. 11 β). Οι πέτρες βρασμού δεν μπορούν να επαναχρησιμοποιηθούν, καθώς μετά από μία χρήση, οι σχισμές τους γεμίζουν με διαλύτη και δεν μπορούν πλέον να δημιουργήσουν φυσαλίδες.
Οι πέτρες βρασμού δεν πρέπει να χρησιμοποιούνται κατά τη θέρμανση πυκνών διαλυμάτων θειικού ή φωσφορικού οξέος, καθώς ενδέχεται να υποβαθμίσουν και να μολύνουν το διάλυμα. Για παράδειγμα, το Σχ. 12 δείχνει μια αντίδραση εστεροποίησης Fischer που χρησιμοποιεί πυκνό θειικό οξύ. Όταν χρησιμοποιείται ράβδος ανάδευσης για την αποφυγή προσκρούσεων, το διάλυμα παραμένει άχρωμο (Εικ.12 α). Όταν η ίδια αντίδραση διεξάγεται με τη χρήση πέτρας βρασμού, το διάλυμα σκουραίνει κατά τη θέρμανση (Εικ.12 β) και τελικά μετατρέπει ολόκληρο το διάλυμα σε ένα βαθύ μωβ-καφέ χρώμα (Εικ.12 γ). Εκτός από τη μόλυνση του διαλύματος, το σκούρο χρώμα δυσχεραίνει τον χειρισμό του υλικού με διαχωριστικό χωνί: στην Εικ.12 δ υπάρχουν δύο στρώματα, αν και είναι πολύ δύσκολο να τα δει κανείς.
Μέθοδοι θέρμανσης και ευφλεκτότητα.
- Σε ορισμένα πλαίσια, η επιλογή της πηγής θερμότητας που θα χρησιμοποιηθεί είναι κρίσιμη, ενώ σε άλλα πλαίσια αρκετές θα μπορούσαν να λειτουργήσουν εξίσου καλά. Η επιλογή της πηγής θερμότητας που θα χρησιμοποιηθεί εξαρτάται από διάφορους παράγοντες.
- Διαθεσιμότητα (διαθέτει το ίδρυμά σας τον εξοπλισμό;)
- Ρυθμός θέρμανσης (θέλετε να θερμαίνετε σταδιακά ή γρήγορα;)
- Ευελιξία της θέρμανσης (πρέπει η θερμότητα να κυμαίνεται γύρω από μια συσκευή;)
- Απαιτούμενη τελική θερμοκρασία (τα υγρά χαμηλού βρασμού απαιτούν διαφορετική προσέγγιση από τα υγρά υψηλού βρασμού)
- Ευφλεκτότητα του περιεχομένου
Καθώς η ασφάλεια αποτελεί σημαντικό παράγοντα για τη λήψη εργαστηριακών επιλογών, είναι σημαντικό να λαμβάνεται υπόψη η ευφλεκτότητα του υγρού που πρόκειται να θερμανθεί. Σχεδόν όλα τα οργανικά υγρά θεωρούνται "εύφλεκτα", δηλαδή είναι ικανά να πάρουν φωτιά και να διατηρήσουν την καύση (μια σημαντική εξαίρεση είναι ότι οι αλογονωμένοι διαλύτες τείνουν να είναι μη εύφλεκτοι). Ωστόσο, αυτό δεν σημαίνει ότι όλα τα οργανικά υγρά θα αναφλεγούν αμέσως εάν τοποθετηθούν κοντά σε πηγή θερμότητας. Πολλά υγρά απαιτούν μια πηγή ανάφλεξης (σπινθήρα, σπίρτο ή φλόγα) προκειμένου οι ατμοί τους να πάρουν φωτιά, μια ιδιότητα που συχνά περιγράφεται από το σημείο ανάφλεξης του υγρού. Το σημείο ανάφλεξης είναι η θερμοκρασία στην οποία οι ατμοί μπορούν να αναφλεγούν με μια πηγή ανάφλεξης. Για παράδειγμα, το σημείο ανάφλεξης της αιθανόλης 70% είναι 16,6 ℃, που σημαίνει ότι μπορεί να πάρει φωτιά σε θερμοκρασία δωματίου χρησιμοποιώντας ένα σπίρτο. Ένας καυστήρας Bunsen είναι μια εξαιρετική πηγή ανάφλεξης (και μπορεί να φτάσει σε θερμοκρασίες περίπου 1500 ℃), καθιστώντας τους καυστήρες σοβαρό κίνδυνο πυρκαγιάς με οργανικά υγρά και μια πηγή θερμότητας που πρέπει συχνά να αποφεύγεται.
Μια άλλη σημαντική ιδιότητα κατά τη συζήτηση της αναφλεξιμότητας είναι η θερμοκρασία αυτοανάφλεξης ενός υγρού: η θερμοκρασία στην οποία η ουσία αναφλέγεται αυθόρμητα υπό κανονική πίεση και χωρίς την παρουσία πηγής ανάφλεξης. Αυτή η ιδιότητα είναι ιδιαίτερα διορατική επειδή δεν απαιτεί φλόγα (η οποία συχνά αποφεύγεται στο οργανικό εργαστήριο), αλλά μόνο μια θερμή περιοχή. Μια επιφάνεια θερμαινόμενης πλάκας γυρισμένη στο "υψηλό" μπορεί να φτάσει σε θερμοκρασίες έως και 350 ℃. Σημείωση ασφαλείας: καθώς ο διαιθυλαιθέρας, το πεντάνιο, το εξάνιο και ο πετρελαϊκός αιθέρας χαμηλού βρασμού έχουν θερμοκρασίες αυτοανάφλεξης κάτω από αυτή την τιμή (Εικ. 14), θα ήταν επικίνδυνο να βράσετε αυτούς τους διαλύτες σε μια θερμαινόμενη πλάκα, καθώς οι ατμοί θα μπορούσαν να διαρρεύσουν από το δοχείο και να αναφλεγούν κατά την επαφή τους με την επιφάνεια της θερμαινόμενης πλάκας. Γενικά, θα πρέπει να είστε προσεκτικοί όταν χρησιμοποιείτε μια θερμαντική πλάκα για τη θέρμανση οποιουδήποτε πτητικού, εύφλεκτου υγρού σε ανοιχτό δοχείο, καθώς είναι πιθανό οι ατμοί να υπερβούν το κεραμικό κάλυμμα της θερμαντικής πλάκας και να έρθουν σε επαφή με το θερμαντικό στοιχείο που βρίσκεται από κάτω, το οποίο μπορεί να είναι θερμότερο από 350οC. Για το λόγο αυτό, οι εστίες θερμότητας δεν αποτελούν τη βέλτιστη επιλογή όταν θερμαίνονται ανοιχτά δοχεία με πτητικά οργανικά υγρά, αν και σε ορισμένες περιπτώσεις μπορούν να χρησιμοποιηθούν με προσοχή, όταν είναι ρυθμισμένες στη θέση "χαμηλά" και χρησιμοποιούνται σε καλά αεριζόμενο απορροφητήρα.
Μια άλλη σημαντική ιδιότητα κατά τη συζήτηση της αναφλεξιμότητας είναι η θερμοκρασία αυτοανάφλεξης ενός υγρού: η θερμοκρασία στην οποία η ουσία αναφλέγεται αυθόρμητα υπό κανονική πίεση και χωρίς την παρουσία πηγής ανάφλεξης. Αυτή η ιδιότητα είναι ιδιαίτερα διορατική επειδή δεν απαιτεί φλόγα (η οποία συχνά αποφεύγεται στο οργανικό εργαστήριο), αλλά μόνο μια θερμή περιοχή. Μια επιφάνεια θερμαινόμενης πλάκας γυρισμένη στο "υψηλό" μπορεί να φτάσει σε θερμοκρασίες έως και 350 ℃. Σημείωση ασφαλείας: καθώς ο διαιθυλαιθέρας, το πεντάνιο, το εξάνιο και ο πετρελαϊκός αιθέρας χαμηλού βρασμού έχουν θερμοκρασίες αυτοανάφλεξης κάτω από αυτή την τιμή (Εικ. 14), θα ήταν επικίνδυνο να βράσετε αυτούς τους διαλύτες σε μια θερμαινόμενη πλάκα, καθώς οι ατμοί θα μπορούσαν να διαρρεύσουν από το δοχείο και να αναφλεγούν κατά την επαφή τους με την επιφάνεια της θερμαινόμενης πλάκας. Γενικά, θα πρέπει να είστε προσεκτικοί όταν χρησιμοποιείτε μια θερμαντική πλάκα για τη θέρμανση οποιουδήποτε πτητικού, εύφλεκτου υγρού σε ανοιχτό δοχείο, καθώς είναι πιθανό οι ατμοί να υπερβούν το κεραμικό κάλυμμα της θερμαντικής πλάκας και να έρθουν σε επαφή με το θερμαντικό στοιχείο που βρίσκεται από κάτω, το οποίο μπορεί να είναι θερμότερο από 350οC. Για το λόγο αυτό, οι εστίες θερμότητας δεν αποτελούν τη βέλτιστη επιλογή όταν θερμαίνονται ανοιχτά δοχεία με πτητικά οργανικά υγρά, αν και σε ορισμένες περιπτώσεις μπορούν να χρησιμοποιηθούν με προσοχή, όταν είναι ρυθμισμένες στη θέση "χαμηλά" και χρησιμοποιούνται σε καλά αεριζόμενο απορροφητήρα.
Καθώς η καύση είναι μια αντίδραση στην ατμική φάση, τα υγρά με χαμηλά σημεία βρασμού (< 40 ℃) τείνουν να έχουν χαμηλά σημεία ανάφλεξης και θερμοκρασίες αυτοανάφλεξης, καθώς έχουν σημαντικές πιέσεις ατμών (Σχ.12). Όλα τα υγρά χαμηλού βρασμού πρέπει να αντιμετωπίζονται με μεγαλύτερη προσοχή από τα υγρά με μέτρια σημεία βρασμού (> 60 ℃).
Last edited by a moderator:
