Laboratuvar Teknikleri - Laboratuvar Çalışmalarında Deneylerde Kullanılan Yöntemler

Laboratuvar Teknikleri - Laboratuvar Çalışmalarında Deneylerde Kullanılan Yöntemler
Laboratuvar Teknikleri - Laboratuvar Çalışmalarında Deneylerde Kullanılan Yöntemler
01Tepkime Karışımlarının Isıtılması (Geri Soğutucu Altında Isıtma)

Kimyasal karışımların bir çözücü içinde saatlerce ya da günlerce ısıtılması gerekmektedir Bunun için karışım bir cam balona alınıp üzerine çözücü ve kaynama taşı konulduktan sonra, balona bir geri soğutucu takılarak ısıtma yapılır (Not: Isıtma işlemine başlamadan önce soğutucudan soğutma suyu geçirilmelidir) Böylece kaynama devam ederken çözücünün de buharlaşması engellenmiş olur

Geri soğutucu altında ısıtma düzeneği

0101 Mutlak Alkol Eldesi
250ml teknik alkol (% 95) içine bir gece önceden etüvde 110 oC de bekletilmiş olan 15 g toz halinde CaO ilave edilir Geri soğutucu altında 3 saat kaynatılıp süzülür Madde vakum damıtması yöntemi ile damıtılıp renkli bir kapta buzdolabında saklanır

CaO + H2O à Ca(OH)2

Burada amaç, etil alkol içinde bulunan suyun kimyasal olarak alınmasıdır Bunun sebebi ise sıvı maddelerin belli yüzdelerde su bulundurması ve bu suyla beraber sanki tek bir maddeymiş gibi kaynama özelliği göstermesidir Yani, azeotropik karışım oluşturmasıdır Azeortop karışımlar, bu sebeple, damıtma yöntemi yardımıyla birbirlerinden ayrılamazlar Bunları ayırmak için ortama uygun kurutucu koyularak madde içinde safsızlık oluşturan su, ya kimyasal olarak ya da fiziksel olarak (kristal suyu bağlama, CuSO45H2O örneği) çekilir

0102 Benzoin Sentezi
5 g (5 ml) taze destillenmiş benzaldehit, 100 ml lik bir balona konulup 125 ml teknik etanol de çözülür Üzerine 1 g KCN ün 3 ml sudaki çözeltisi (Mutlaka sorumlu tarafından hazırlanıp verilmelidir) ilave edilerek su banyosu üzerinde ve geri soğutucu altında 1 saat kaynatılır Sonra, balon buz banyosunda soğutularak oluşan kristaller süzülür Önce birkaç ml soğuk etanol ve sonra da az miktarda soğuk su ile yıkanır Ürün birkaç ml etanolden kristallendirildikten sonra kurutulur ve erime noktası tayin edilir Beyaz kristaller halindeki saf benzoin için EN: 134 oC dir
NOT: Çalışma çeker ocakta yapılmalı ve SİYANÜR ile çalışırken dikkat edilmesi gereken hususlara titizlikle uyulmalıdır

Bu tepkime nükleofilik katılma tepkimesi olup mekanizması ise aşağıdaki gibidir;

0103 Benzoinden Benzil Sentezi
5 g Benzoin iyice toz edilerek 100 ml lik bir balona konularak üzerine 20 ml der HNO3 ilave edilir Balon ağzı açık olarak kaynar bir su banyosunda sık sık çalkalanarak azot oksitlerinin çıkışı bitinceye kadar (yaklaşık 2 saat) ısıtılır Daha sonra, karışıma 15 ml su yavaşça ve karıştırarak ilave edilir Bu sırada oluşan sarı yağ tamamen katılaşmalıdır Kristaller nuçeden süzülür Birkaç kez yıkandıktan sonra kurutulur ve etil alkolden tekrar kristallendirilir Verim: Yaklaşık 28 g ve EN: 95 oC

02 Kristallendirme

Katı bileşiklerin saflaştırılması için iki yöntem kullanılır Birincisi �kristallendirme� ve ikincisi �süblimleştirme� yöntemleridir

Kristallendirme, katı maddelerin beraberlerinde bulundurdukları safsızlıklardan kurtularak saf halde elde edilme yöntemidir Bu yöntem birkaç basamaktan oluşmaktadır;

a) Katı karışımın veya katı bileşiğin sıcak çözücüde çözünmesi,
b) Eğer çözünmeden kalan katı kısımlar varsa bunların sıcakken süzülmesi,
c) Süzüntünün kristallendirme tamamlanıncaya kadar kendi haline bırakılarak soğutulması,
d) Kristallerin süzülerek çözücüden ayrılması ve
e) Kristallerin uygun bir ortamda kurutulması

Yukarıda sıralanan kristallendirme işlemi birkaç kez yapılırsa daha saf madde edilir Kristallendirme için gerekli olan uygun çözücünün bulunması bazen çok zor olabilir Çözücü seçiminde bazı teorik yaklaşımlar bulunabilir Benzer yapıdaki bileşiklerin birbirlerini çözebildikleri bilinmektedir Örneğin: Metanol (CH3OH), etanol (C2H5OH) ve asetik asit (CH3COOH) birer �OH grubu içeren bileşiklerdir ve bu bileşikler, birbirleriyle ve su ile karışabilme özelliğine sahiptirler Polariteleri birbirine yakın olan maddeler birbirlerini çözerler Su ile hidrojen bağı yapabilen bileşikler (-OH-NH, -COOH grubu içerenler) su ve alkol gibi polar çözücülerde çözünüp apolar çözücülerde çözünmezler Bunun için aşağıdaki işlemler uygulanmaktadır,

a) Maddeyi sıcakken çok çözüp, soğukta hiç çözmemeli,
b) Maddeyle tepkimeye girmemeli,
c) Kaynama noktası düşük olmalı,
d) Ucuz olmalıdır

Laboratuvar Teknikleri - Laboratuvar Çalışmalarında Deneylerde Kullanılan Yöntemler

0201 Benzoik Asit Sentezi: (Benzonitrilin Hidrolizi ile)

100 ml lik bir balona 2 ml benzonitril ve 25 ml % 10 luk sodyum hidroksit çözeltisi konur Balona kaynama taşı konduktan sonra bir geri soğutucu takılarak 40-50 dakika kaynatılır Karışım buz parçaları bulunan behere dökülerek asidik oluncaya kadar seyreltik HCl çözeltisi damla damla ilave edilir (pH kağıdı ile kontrol edilir) Bu sırada benzoik asit çöker Çökelek süzülüp 15 ml saf su ile yıkanarak sıcak sudan kristallendirilir EN: 122 oC

0202 m-Dinitrobenzen Sentezi

Bir çeker ocak içinde 100 ml lik bir balona 28 ml derişik H2SO4 konulur Üzerine yavaşça ve muslukta soğutarak 2 ml derişik (dumanlı) HNO3 ilave edilir Bu asit karışımına 10 g nitrobenzen karıştırarak azar azar katılır Balona bir geri soğutucu takılıp sık sık çalkalanarak su banyosu üzerinde 30 dakika ısıtılır Karışım soğutulur ve içinde 60 ml soğuk su bulunan bir behere kuvvetlice karıştırılarak dökülür Katılaşan m-dinitrobenzen trompta süzülür ve su ile yıkanır Ham ürün etanolden kristallendirilir Verim: Yaklaşık 24 g ve EN: 89-90 oC dir

0203 Aseton Semikarbazon Sentezi

1 g Semikarbazit hidroklorür ve 15 g kristalize sodyum asetat bir deney tüpü içine alınıp üzerine 10 ml su ilave edilerek çözünmesi sağlanır Üzerine 1 ml aseton ilave edilir Ağzı kapatılan tüp 10 dakika kadar şiddetle çalkalandıktan sonra buzlu su ile soğutulur Oluşan aseton semikarbazon kristalleri süzülüp az miktarda soğuk su ile yıkanıp su veya seyreltik alkolden kristallendirilir EN: 187 oC

0204 Siklohekzanon Fenilhidrazon

100 ml lik bir beher içinde 10 ml suda 1 g fenilhidrazin hidroklorür ve 15 g kristalize sodyum asetat çözülür Oluşan çözelti bulanık ise 100 ml lik bir erlene süzülür Bu karışımın üzerine 05 ml Siklohekzanon�un 8 ml sudaki çözeltisi ilave edilip erlenin ağzı kapatılarak çökelek oluşuncaya kadar kuvvetlice çalkalanır Oluşan kristaller süzülüp 25 ml su ile yıkanır Oluşan siklohekzanon fenilhidrazon seyreltik alkolden kristallendirilir EN: 77 oC dir

03 Süblimleştirme

Katı bir maddenin sıvı hale geçmeden buhar haline veya tersine gaz halindeki bir maddenin sıvılaşmadan katı hale geçmesine süblimleştirme denir Bu işlem normal atmosfer basıcında veya vakum (düşük basınç) da yapılabilmektedir Bu işlemin temelinde katı maddenin ısıtılması sonucu, erime noktasına gelmeden buhar basıncının atmosfer basıncına eşitlenmesidir Normal atmosfer basıncı altında bir erime noktasına sahip bir bileşik süblimleştirilmek istenirse düşük basınçlı ortamda bu işlem yapılabilir Bunu yapabilmek için, önce bileşiğin erime noktası anındaki buhar basıncı bulunur Daha sonra çalışma basıncı, bu erime anındaki buhar basıncından daha aşağıda uygulanırsa madde süblimleştirilebilir

0301 Naftalenin Süblimleştirilmesi
Süblimleştirme düzeneği kurulduktan sonra beherin içine 2 g saf olmayan naftalen konulur Beher yavaş yavaş ısıtılarak madde süblimleştirilir Süblimleşen madde tüpün dibinden kazınarak alınır

Aynı metodla hidrokinon da süblimleşmektedir Süblimleşme düzeneği
04 Damıtma (Destilasyon)

Sıvı karışımların birbirlerinden ayrılması için uygulanan temel yöntem damıtma yöntemidir Bu yöntemin temeli ise, sıvıları kaynama noktaları arasındaki farklardan yararlanılarak birbirlerinden ayırmaktır Bu kaynama noktaları farklarının az veya çok olmasına göre damıtma yöntemi birkaç çeşide ayrılmaktadır

0401 Basit Damıtma
Kaynama noktaları arasındaki farkları çok fazla olan sıvıları birbirinden ayırmada kullanılır
Deney: Nitrobenzen sentezi:

25 ml derişik H2SO4 100 ml lik bir balona konulup üzerine yavaş yavaş ve çalkalayarak 2 ml derişik HNO3 ilave edilir Bu sırada ısınan asid karışımı musluk suyu ile oda sıcaklığına kadar soğutulur Sonra üzerine 18 ml benzen yavaş yavaş ve çalkalayarak katılır Bu ilave sırasında karışımın sıcaklığı 50-60 oC yi aşmamalıdır Eğer geçecek olursa benzen ilavesine ara verilerek soğuk su ile dıştan soğutma yapılmalıdır Bundan sonra balona bir geri soğutucu takılır ve su banyosu üzerinde 40 45 dakika ısıtılır Bu sırada balon zaman zaman su banyosu üzerinden alınıp kuvvetlice çalkalanarak iyice karışma sağlanır Bunu izleyerek balon içeriği 20 ml soğuk su içine dikkatlice dökülür ve bir baget ile iyice karıştırılarak durulmaya bırakılır Nitrobenzen beherin dibinde toplanır Üstteki asidik çözelti dekante ile uzaklaştırılır Beherdeki sıvı karışımı kuru bir ayırma hunisine alınır Altta toplanmış olan nitrobenzen dikkatlice ikinci bir ayırma hunisine alınarak önce seyreltik NaOH çözeltisi ve sonra saf su ile iyice çalkalanır Her iki işlemde de alt fazdaki nitrobenzen kuru bir erlende toplanır Böylece temizlenmiş Nitrobenzen, içine susuz CaCl2 katılarak çalkalanır Şayet berrak bir ayırım olmazsa kısa bir süre su banyosunda ısıtılarak berrak bir ayırım sağlanır Nitrobenzenzen dikkatlice bir damıtma balonuna süzülüp hava damıtması yapılır (Burada damıtma yapılırken soğutucudan su geçirilmemelidir) KN: 210-211 oC

Not: Damıtma esnasında sıcaklığın 214 oC nin yukarısına çıkmasına müsade edilmemeli ve hiçbir zaman balonun içi tamamen kuruyuncaya kadar ısıtılmamalıdır Bu esnada oluşabilecek farklı nitro bileşiklerinden dolayı patlama olabilir

Basit Damıtma Düzeneği

0402Ayrımsal Damıtma

Sıvı karışımları arasındaki kaynama noktası farkı çok küçükse ayırma ve saflaştırma işlemi olarak bu yöntem uygulanır Bu sistemin sanayide uygulama alanı da Petrol sanayisidir Sabit kaynama noktasına sahip olan karışımlara azeotropik karışımlar denir Bu karışımdaki bileşenleri birbirinden ayırmak için ayrımsal damıtma sistemi uygulanır Ayrımsal damıtma sonunda bazı kirlilik ve renklilik oluşabilir Bunu gidermek için son olarak basit damıtma uygulanmalıdır

Deney: Asetamit Sentezi: 50 ml lik yuvarlak dipli balon içine 77 g amonyum asetat ve 8 ml glasiyel asetik asit ile birkaç kaynama taşı konur Reaksiyon karışımı bir amyant üzerinde hafifçe kaynayacak şekilde ısıtılmaya başlanır Bir saatlik ısıtma sonucunda ısıtma hızı artırılır ve reaksiyonda oluşan su ile asetik asidin bir kısmının yavaş ve düzenli olarak damıtılması sağlanır Damıtma sırasında sıcaklık yaklaşık 110 oC ye kadar yükselir ve uzun süre (yaklaşık 25 saat) 110-112 oC de sabit kalır Damıtmaya 85 ml destilat toplanıncaya kadar devam edilir Bundan sonra balon, termometre 140 oC yi gösterinceye kadar kuvvetlice ısıtılır ve 100 oC nin altına kadar soğumaya terkedilir Erimiş haldeki ham ürün hemen hemen saf asetamit ten ibarettir ve miktarı 68 g dır Eğer daha fazla saflaştırılmak istenirse bu madde bir hava soğutma düzeneğinde damıtılır Asetamit büyük kısmı 215 oC de olmak üzere 195-230 oC de damıtılır Saf aset amit için KN: 223 oC dir Elde edilen saf ve renksiz aset amit için verim 57 g ve EN: 81 oC dir

Basit Damıtma Düzeneği
(Not: Soğutucudan su geçirilmezse hava damıtması olur)

0403 Düşük Basınç Altında Damıtma (Vakum Damıtması)

Kendi kaynama noktasına gelmeden bozunan ve kaynama noktası çok yüksek olan bileşikleri bozunmadan elde edebilmek için uygulanan işlemdir Burada düşük basınç uygulamak için kullanılan malzeme vakum pompası ve su trompudur Bir sıvı ısıtıldığında buhar basıncı dış basınca eşit olunca kaynama başlar Bu sebeple damıtma sisteminde dış basınç düşürüldüğü takdirde bileşiğin daha düşük bir sıcaklıkta kaynayarak da mıtılması sağlanır Bir maddenin atmosfer basıncından daha düşük bir basınç altındaki kaynama noktasını kesin olarak hesaplamak mümkün değildir Ancak aşağıdaki formül ile yaklaşık bir değer bulunmaktadır

Burada: P: Uygulanan dış basınç
T: P basıncında sıvının kaynama noktası (oK)
T1: Sıvının kaynama noktası (oK)

Deney: Benzaldehitin Saflaştırılması: 20 g (yaklaşık 195 ml) teknik benzaldehit alınır ve içerdiği benzoik asidi uzaklaştırmak için iki kez 10 ar ml % 5 lik Na2CO3 çözeltisi ile çalkalandıktan sonra sulu faz ayrılır Benzaldehit fazı iki kez 10 ar ml su ile yıkanır ve ayrılarak 5 g susuz MgSO4 ile kurutulup süzülürBundan sonra 30 mm Hg nin altında vakum damıtması yapılarak saflaştırılır Bu esnada meydana gelebilecek oksidasyon olayını önlemek için toplama kabına az miktarda hidrokinon ilave edilir Saf benzaldehitin kırılma indisi: 15450 dir

0404 Su Buharı Damıtması
Suda çözünmeyen bir çok sıvı ve katı bileşikler, çözeltileri içinden su buharı geçirilerek saflaştırılabilirler Ancak, bu koşullarda saflaştırılacak bileşik uçucu olmamalıdır Bu teknik özellikle normal basınçta 100 oC nin üstünde kaynayan ve kaynama noktasında veya kaynama noktasının altında bozunan bileşiklerin saflaştırılabilmesi için önemlidir Böyle durumlarda vakum damıtması yerine su buharı damıtması uygulanır Su buharı damıtması, uçucu olmayan katı maddelerle bir arada bulunabilen az miktardaki uçucu yabancı maddelerin uzaklaştırılmasında ve reçinemsi reaksiyon ürünlerinden uçucu veya suda çözünmeyen bileşiklerin elde edilmesinde kullanılabilir

Deney (1): a-Metil İndol Sentezi: Yuvarlak dipli ufak bir balon içine 4 g fenil hidrazin ve 4 ml aseton konularak karıştırılır Su ayrılması nedeniyle karışım bulanır Balon bir kaynar su banyosuna daldırılarak 45 dakika ısıtılır ve bunu izleyerek 12 g susuz ZnCl2 ilave edilip 180 oC lik bir yağ banyosunda karıştırılarak birkaç dakika tutulur Oluşan koyu renkli erimiş kütle yaklaşık 4 misli hacimde seyreltik HCl ilavesi ile yuvarlak dipli düzenek balonuna aktarılır ve a�metil indol bu balondan su buharı damıtması ile damıtılır

a-metil indol

Yağ şeklinde distillenen ürün kısa zamanda katılaşır ve kurutulduktan sonra petrol eterinden kristallendirilir EN: 59 oC

Deney (2): Karanfil Tohumundan Karanfil Yağı Eldesi: 250 ml lik yuvarlak dipli bir balon içine 10 g ince toz edilmiş karanfil tohumu konulduktan sonra üzerine 100 ml su ilave edilip su buharı damıtma düzeneği kurulur 100 ml destilat toplanıncaya kadar damıtma yapılır Destilat bir ayırma hunisine alınır ve iki kez 10 ar ml CHCl3 ile veya CH2Cl2 ile özütleme yapılır Bir su banyosu üzerinde organik faz uçurulur ve karanfil yağı tartılıp verim hesaplanır Karanfil yağını tanımak için madde dibromür haline çevrilebilir

Bu amaçla ele geçen karanfil yağı küçük bir beher içine konulur Bunun üzerine birkaç ml hekzan ilave edilip homojen bir çözünme sağlanır Diğer yandan bromu hekzandaki çözeltisi bir pipet yardımıyla damla damla numuneye ilave edilir Bromun kırmızı renginin her bir damlada kaybolmasıyla maddemizi tanımış oluruz
(NOT: Aynı deney anason bitkisi için de yapılabilir Anetol, anason bitkisinin ana bileşenidir)

05Ekstraktsiyon (Çekme, Özütleme)
Özütleme veya çekme işlemi olarak da bilinir Bir karışımda bulunan herhangi bir maddenin bir çözücüden diğer bir çözücüye alınma işlemidir

Özütleme, teorik olarak dağılma kanunu ile ifade edilir Dağılım kanununa göre, birbirleriyle karışmayan farklı iki sıvıda çözünen bir maddenin bu iki fazdaki derişimleri oranı belli bir sıcaklıkta sabittir Sıcaklık değiştikçe değişir Maddenin birinci fazdaki derişimi C1 ve ikinci fazdaki derişimi C2 olunca, aşağıdaki bağıntı ortaya çıkmaktadır;

K = C2 / C1 (K = Dağılma sabiti)


Soxhlet Cihazı Sürekli sıvı-sıvı özütleme düzenekleri

Bir organik bileşik bir kere yapılan özütleme ile organik bir faza tamamen alınamayabilir Bunun için birden fazla özütleme işlemi uygulanması gereklidir Bu işlemin hesabını kolaylaştırmak için bir denklem vardır,
Xn = Xo (KVo/(KVo + V1))n
Xn = n defa özütleme sonunda sulu fazda kalan madde miktarı
Xo = Başlangıçta sulu fazdaki madde miktarı
n = Yapılan özütleme sayısı
K = Dağılma katsayısı
Vo = Suyun hacmi
V1 = Organik sıvının hacmi

Bilindiği gibi, bir defa yapılan özütleme işlemi sonunda organik faza geçen madde miktarından birden fazla sayıda yapılan özütleme sonunda organik faza geçen madde miktarı daha fazladır

Deney (1): Çaydan Kafein Eldesi: Bir purin türevi olan kafein çay yapraklarından özütlenebilir Bunun için 250 ml lik bir erlene 10 g çay, 100 ml su ve 5 g toz halindeki CaCO3 konulur Erlen sık sık çalkalanarak yavaş yavaş ısıtılır 30 dakika kaynatıldıktan sonra sıcak olarak süzülür Süzgeç kağıdının üstünde kalan madde iyici sıkılarak tüm maddenin süzülmesi sağlanır (Burada CaCO3 ün kullanılmasının sebebi tannik asidin Ca-tuzu halinde tutulup kafeinin sulu faza geçmesini sağlamaktır)

Süzüntü, oda sıcaklığına soğutulup bir ayırma hunisine alınır 10 ml lik kısımlar halinde CHCl3 ile 3 kez özütleme yapıldıktan sonra özütler birleştirilir Karışım CaCl2 ile kurutulup süzülür Beherdeki kloroform fazı bir çeker ocakta iyice buharlaştırıldıktan sonra elde edilen ürün 3-4 ml benzende su banyosunda ısıtılarak çözülür Çözelti 40 oC ye kadar soğutulup üzerine 10 ml petrol eteri veya benzeri bir çözücü ilave edilerek maddenin çökmesi sağlanır Elde katı madde yine aynı çözücü ile yıkanıp kurutulur Verim hesabı kullanılan çay miktarına göre yapılır

Deney (2): Benzen ve Benzoik Asit Karışımının Birbirinden Ayrılması: 25 ml dietileter içinde 05 g benzoik asit ve 05 g benzen çözülür Bu çözelti ayırma hunisine alınıp 20 ml % 10 luk NaOH çözeltisi ile iyice çalkalanarak faz ayrılması için beklenir Alttaki sulu faz ile eter fazı ayrı erlenlere alınır

Sulu NaOH ile yapılan bu özütlemede benzoik asit, sodyum benzoata dönüşerek eterli fazdan sulu faza geçer

Eterli faza 3-4 adet CaCl2 granülü ilave edilerek kuruma sağlanır ve süzülür Daha sonra bir su banyosunda eter fazı uçurularak benzen elde edilir
Sodyum benzoat içeren sulu çözeltiye asidik oluncaya kadar % 10 luk HCl ilave edilir Böylece sodyum benzoat tekrar benzoik aside dönüşür Madde süzülüp kurutulduktan sonra erime noktasına bakılır EN: 123 oC