الكيمياء المدرسية — من الصف الأول إلى الصف الثاني عشر · Grades 1–12

28التخليق: المردود والنقاوة

الأسبرين من أكثر الأدوية استعمالًا في العالم. وتبدأ قصته بلحاء الصفصاف، الذي طالما مُضغ لمقاومة الألم والحمى؛ وفي القرن التاسع عشر رُدّت المادة الفعالة في اللحاء إلى عائلة من المركبات حضّر منها الكيميائيون حمض الساليسيليك. ولأن حمض الساليسيليك أقسى على المعدة من أن يؤخذ بجرعات كبيرة، فقد حُوّل إلى مادة ألطف، هي حمض الأسيتيل ساليسيليك: الأسبرين. واليوم يُصنع بالأطنان في مفاعلات فولاذية، بالتفاعل نفسه الذي يستطيع مختبر مدرسي أن يجريه في عصر يوم واحد. وصنع المادة ليس إلا نصف العمل: فلا بد أيضًا من فصلها عن كل ما سواها في الدورق، وتنقيتها، والتحقق منها، ووزنها لمعرفة كم حُصل فعلًا مما كان ممكنًا.

ما تعرفه من قبل

الاستخلاص، والتقطير، وكروماتوغرافيا الطبقة الرقيقة ومعامل الاحتجاز؛ والجسم الصلب النقي ينصهر عند درجة حرارة حادة معروفة (الفصل 22). والمرشِّح يحجز الجسم الصلب ويمرر السائل (الفصل 3). وجدول التقدّم يعطي أكبر كمية من الناتج انطلاقًا من المتفاعل المحدِّد (الفصل 27).

مفاعلات فولاذية في مصنع للأدوية: تخليق مختبري، مكبَّر مليون مرة.

28.1 مراحل التخليق

تعريف 28.1 (التخليق، والناتج الخام)

التخليق تحضير نوع كيميائي بتفاعل كيميائي واحد أو أكثر، انطلاقًا من أنواع أخرى. والجسم الصلب أو السائل المستعاد مباشرة من خليط التفاعل، قبل أي تنقية، هو الناتج الخام: فهو لا يزال يحوي متفاعلات ونواتج ثانوية ومذيبًا.

طريقة 28.2 (التخطيط للتخليق)

يجري التخليق في أربع مراحل:

التفاعل: اخلط المتفاعلات بالكميات المناسبة، وكثيرًا ما يكون أحدها بزيادة، وسخّن إن لزم.
العزل: افصل الناتج الخام عن خليط التفاعل (الترشيح، الاستخلاص).
التنقية: أزل الشوائب من الناتج الخام (إعادة التبلور للجسم الصلب، والتقطير للسائل).
التحليل: تحقق من هوية الناتج ونقاوته (درجة الانصهار، الكروماتوغرافيا)، ثم زِنه واحسب المردود.

مثال 28.3 (صنع الأسبرين)

يتفاعل حمض الساليسيليك مع أنهيدريد الإيثانويك (ويسمى أيضًا أنهيدريد الخل) فيعطي الأسبرين وحمض الإيثانويك:

\ce{C7H6O3 + C4H6O3 -> C9H8O4 + C2H4O2}

\text{حمض الإيثانويك} + \text{الأسبرين} \longleftarrow \text{أنهيدريد الإيثانويك} + \text{حمض الساليسيليك}.

يوضع الأنهيدريد بزيادة، حتى يتفاعل حمض الساليسيليك كله؛ وحمض الإيثانويك المتكوّن ناتج ثانوي.

صنع الأسبرين، بالصيغ المرسومة (كل رأس من رؤوس السداسي ذرة كربون، تحمل ذرة هيدروجين حيث لا يُرسم شيء آخر؛ ويشرح فصل لاحق هذا الاختصار). والمجموعة -OH على حلقة حمض الساليسيليك تأخذ نصف الأنهيدريد؛ ويخرج النصف الآخر حمضَ إيثانويك. — صنع الأسبرين، بالصيغ المرسومة (كل رأس من رؤوس السداسي ذرة كربون، تحمل ذرة هيدروجين حيث لا يُرسم شيء آخر؛ ويشرح فصل لاحق هذا الاختصار). والمجموعة $\ce{-OH}$ على حلقة حمض الساليسيليك تأخذ نصف الأنهيدريد؛ ويخرج النصف الآخر حمضَ إيثانويك.

28.2 التسخين بالارتداد

تعريف 28.4 (التسخين بالارتداد)

التسخين بالارتداد تسخين خليط تفاعل في دورق يعلوه مكثّف رأسي: تصعد الأبخرة، وتبرد في المكثّف، ويعود السائل إلى الدورق.

قضية 28.5 (لماذا الارتداد)

التسخين يسرّع معظم التفاعلات؛ والارتداد يسمح بالتسخين المدة اللازمة عند درجة غليان الخليط دون أن يضيع أي متفاعل أو ناتج أو مذيب على هيئة بخار.

برهان. لا يمكن أن ترتفع درجة حرارة سائل يغلي فوق درجة غليانه، وكل بخار يفلت من السائل يُكثَّف ويُعاد: فلا يغادر شيء الجهاز، الذي يبقى مفتوحًا من أعلاه حتى لا يتراكم الضغط. ∎

التسخين بالارتداد. يدخل الماء البارد غلاف المكثّف من الأسفل ويخرج من الأعلى، حتى يبقى الغلاف ممتلئًا دائمًا.

ملاحظة 28.6 (دخول الماء من الأسفل)

لو دخل الماء من الأعلى لانحدر مباشرة إلى الأسفل وترك الجزء العلوي من الغلاف مملوءًا بالهواء؛ أما إذا دخل من الأسفل فعليه أن يملأ الغلاف كله قبل أن يخرج.

28.3 العزل والتنقية

تعريف 28.7 (الترشيح تحت التفريغ)

الترشيح تحت التفريغ ترشيح يُسحب فيه السائل عبر ورق الترشيح بالامتصاص: قمع مسطح بصفيحة مثقبة (قمع بوخنر) يوضع على دورق ذي ذراع جانبية موصول بمضخة تفريغ.

الترشيح تحت التفريغ بقمع بوخنر: تسحب المضخة السائل بسرعة وتترك الجسم الصلب شبه جاف.

تعريف 28.8 (إعادة التبلور)

إعادة التبلور تنقّي جسمًا صلبًا بإذابته في أصغر حجم ممكن من مذيب ساخن، ثم ترك المحلول يبرد: فيتبلور الناتج، وهو أقل ذوبانًا بكثير في البارد، بينما تبقى الشوائب، الموجودة بمقادير صغيرة، ذائبة.

طريقة 28.9 (إعادة تبلور جسم صلب)

اختر مذيبًا يذوب فيه الناتج كثيرًا وهو ساخن ولا يكاد يذوب فيه وهو بارد.
أضف المذيب الساخن شيئًا فشيئًا إلى الجسم الصلب الخام، حتى يذوب كله فقط.
اترك المحلول يبرد ببطء، ثم في حمام ثلجي: فتتكوّن بلورات.
اجمعها بالترشيح تحت التفريغ، واغسلها بقليل من المذيب المثلَّج، وجففها.

إعادة التبلور في أربع خطوات. تبقى الشوائب ذائبة في المذيب البارد وتنتقل إلى الراشح.

ملاحظة 28.10 (الخسائر لا مفر منها)

حتى وهو بارد يُبقي المذيب بعض الناتج ذائبًا. فالأسبرين يذوب في الماء بنحو $3.3\,\mathrm{g}/\mathrm{L}$ عند $25\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ ، وبثلاثة أضعاف ذلك عند $37\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ ، وبأكثر بكثير وهو أسخن: فكل ميليلتر من الراشح ومن ماء الغسل يحمل معه قليلًا من الأسبرين. فإعادة التبلور تشتري النقاوة بثمن من الكتلة.

28.4 تحليل الناتج

قضية 28.11 (اختباران للنقاوة)

يكون الجسم الصلب المخلَّق نقيًا، في حدود هذين الاختبارين، حين:

ينصهر انصهارًا حادًا عند درجة الانصهار المذكورة في الجداول؛
يعطي على صفيحة كروماتوغرافيا الطبقة الرقيقة بقعة واحدة، في ارتفاع عيّنة من المادة النقية نفسه.

برهان. نقبله: فالشائبة تخفض درجة الانصهار وتمدّها على مجال (الفصل 22)، والنوع الثاني يقطع عادة مسافة مختلفة على الصفيحة. ∎

كروماتوغرافيا الناتج الخام (C) والناتج المعاد تبلوره (R) إلى جانب الأسبرين النقي (A) وحمض الساليسيليك (S)، تحت الأشعة فوق البنفسجية. لا يزال الناتج الخام يحوي حمض الساليسيليك؛ أما الناتج المعاد تبلوره فلا.

28.5 المردود

تعريف 28.12 (المردود)

المردود $\eta$ للتخليق هو نسبة كمية الناتج المحصَّلة فعلًا، نقيةً وجافة، إلى أكبر كمية يمكن أن يعطيها المتفاعل المحدِّد:

\eta = \frac{n_{\text{المحصَّلة}}}{n_{\max}} ,

ويُعطى عادة بالنسبة المئوية.

قضية 28.13 (المردود من الكتل)

بما أن الكميتين المحصَّلة والقصوى تخصان الناتج نفسه، وكتلته المولية $M$ ، فالمردود هو أيضًا نسبة الكتلتين:

\eta = \frac{m_{\text{المحصَّلة}}}{m_{\max}}, \qquad m_{\max} = n_{\max} \times M,

حيث تأتي $n_{\max}$ من جدول التقدّم، عند $x = x_{\max}$ .

برهان. $m_{\text{المحصَّلة}} / m_{\max} = (n_{\text{المحصَّلة}} M) / (n_{\max} M) = n_{\text{المحصَّلة}} / n_{\max}$ . ∎

مثال 28.14 (مردود تخليق صغير)

تتفاعل $1.38\,\mathrm{g}$ من حمض الساليسيليك ( $M = 138.0\,\mathrm{g}/\mathrm{mol}$ )، أي $0.0100\,\mathrm{mol}$ ، مع أنهيدريد الإيثانويك بزيادة. فأكبر كمية من الأسبرين $0.0100\,\mathrm{mol}$ ، أي $0.0100 \times 180.0 = 1.80\,\mathrm{g}$ . فإذا حُصل على $1.35\,\mathrm{g}$ من الأسبرين النقي الجاف، كان $\eta = 1.35 / 1.80 = 0.75$ ، أي مردود قدره $75\,\%$ .

ملاحظة 28.15 (لماذا تقل المردودات عن 100 %)

يضيع شيء من الناتج في كل مرحلة: يلتصق بالأدوات الزجاجية، ويذوب في الراشح وماء الغسل، ويبقى في إعادة التبلور؛ وبعض التفاعلات تعطي أيضًا نواتج جانبية، أو تتوقف قبل أن يُستهلك المتفاعل المحدِّد. والمردود الذي يتجاوز $100\,\%$ علامة خطأ دائمًا، وفي الغالب ناتج وُزن وهو لا يزال رطبًا أو غير نقي.

في المختبر — صنع الأسبرين

في دورق جاف يخلط المعلم حمض الساليسيليك مع زيادة من أنهيدريد الإيثانويك وبضع قطرات من حمض يسرّع التفاعل، ويسخّن الخليط بالارتداد في حمام مائي عند نحو $80\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ ربع ساعة. وبعد التبريد يُضاف ماء بارد: فيتفاعل معه الأنهيدريد الزائد، ويخرج الأسبرين، القليل الذوبان في الماء البارد، بلورات بيضاء. فتُجمع بالترشيح تحت التفريغ، ويُعاد تبلورها، وتُجفف، وتُوزن، وتُقاس درجة انصهارها.

السلامة

أنهيدريد الإيثانويك قابل للاشتعال، وضار إذا ابتُلع أو استُنشق، ويسبب حروقًا شديدة للجلد والعينين: يتناوله المعلم تحت ساحبة الغازات، بالقفازات والنظارات الواقية. وحمض الساليسيليك ضار إذا ابتُلع وقد يؤذي العينين. والأسبرين المصنوع في المختبر لا يؤخذ أبدًا دواءً.

أقراص الأسبرين: يحوي كل منها كتلة موزونة من المادة النقية، ممزوجة بمادة رابطة.

28.6 تمارين

تمرين 28.1 ★

كان يمكن لتخليق أن يعطي على الأكثر $5.0\,\mathrm{g}$ من الناتج؛ وحُصل على $4.2\,\mathrm{g}$ من الناتج النقي الجاف. احسب المردود.

حل

حل التمرين 28.1.

$\eta = 4.2 / 5.0 = 0.84$ ، أي مردود قدره $84\,\%$ .

تمرين 28.2 ★

رتّب هذه المراحل من تخليق: قياس درجة الانصهار؛ والتسخين بالارتداد؛ وإعادة التبلور؛ والترشيح تحت التفريغ للناتج الخام؛ ووزن المتفاعلات.

حل

حل التمرين 28.2.

وزن المتفاعلات؛ والتسخين بالارتداد؛ والترشيح تحت التفريغ للناتج الخام؛ وإعادة التبلور؛ وقياس درجة الانصهار.

تمرين 28.3 ★

في تركيب الارتداد، لماذا يُدخَل ماء التبريد في المكثّف من الأسفل؟ ولماذا يُترك أعلى المكثّف مفتوحًا؟

حل

حل التمرين 28.3.

إذا دخل الماء من الأسفل ملأ الغلاف كله قبل أن يخرج من الأعلى، فيُبرَّد المكثّف على طوله كله. ويُترك الأعلى مفتوحًا حتى لا يكون الجهاز مغلقًا: فتسخين جهاز مغلق يرفع الضغط فيه وقد يفجّره.

تمرين 28.4 ★

ما الخاصيتان اللتان يجب أن تكونا في مذيب لإعادة تبلور ناتج؟ وإلى أين تنتهي الشوائب؟

حل

حل التمرين 28.4.

يجب أن يذوب الناتج كثيرًا في المذيب الساخن ولا يكاد يذوب في المذيب البارد. والشوائب، الموجودة بمقادير صغيرة، تبقى ذائبة في المذيب البارد وتنتهي في الراشح.

تمرين 28.5 ★

تنصهر عيّنة من الأسبرين المخلَّق بين $124\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ و $130\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ . والأسبرين النقي ينصهر عند نحو $135\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ . هل العيّنة نقية؟ وماذا يجب أن يُفعل؟

حل

حل التمرين 28.5.

لا: فهي تنصهر تحت $135\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ وعلى مدى عدة درجات، وهذه علامة جسم صلب غير نقي. فيجب أن يُعاد تبلورها، وتُجفف، ويُعاد قياس درجة انصهارها.

تمرين 28.6 ★★

تتفاعل $2.00\,\mathrm{g}$ من حمض الساليسيليك مع أنهيدريد الإيثانويك بزيادة؛ ويُحصل على $2.03\,\mathrm{g}$ من الأسبرين النقي الجاف. احسب أكبر كتلة ممكنة من الأسبرين، والمردود.

حل

حل التمرين 28.6.

$n = 2.00 / 138.0 = 0.0145\,\mathrm{mol}$ من حمض الساليسيليك، وهو المتفاعل المحدِّد؛ $m_{\max} = 0.0145 \times 180.0 = 2.61\,\mathrm{g}$ ؛ $\eta = 2.03 / 2.61 = 0.78$ ، أي $78\,\%$ .

تمرين 28.7 ★★

تزن تلميذة أسبرينها وهو لا يزال رطبًا فتجد مردودًا قدره $104\,\%$ . علّل. وهل يعطي وزن الناتج الخام، غير المنقى لكنه جاف، مردودًا أعلى من المردود الحقيقي أم أدنى منه؟

حل

حل التمرين 28.7.

الكتلة الموزونة تشمل الماء، فهي أكبر من كتلة الأسبرين: فيكون المردود المحسوب أعلى من اللازم، بل يتجاوز هنا $100\,\%$ على نحو مستحيل. والناتج الخام الجاف لا يزال يحوي شوائب (حمض ساليسيليك لم يتفاعل، ونواتج ثانوية) تضيف هي أيضًا كتلة: فيكون مردوده أيضًا أعلى من المردود الحقيقي للأسبرين النقي.

تمرين 28.8 ★★

اذكر ميزتين للترشيح تحت التفريغ على الترشيح العادي عبر مخروط من الورق، لجمع البلورات.

حل

حل التمرين 28.8.

هو أسرع بكثير، ويترك البلورات أجف بكثير، لأن الامتصاص يسحب معظم السائل؛ كما يسهل غسل البلورات على القمع وكشطها عن ورق الترشيح المسطح.

تمرين 28.9 ★★

على صفيحة كروماتوغرافيا قطعت جبهة المذيب $5.0\,\mathrm{cm}$ . وقطعت بقعة ناتج مخلَّق $3.1\,\mathrm{cm}$ ، وبقعة الأسبرين النقي $3.1\,\mathrm{cm}$ ، وبقعة حمض الساليسيليك $2.2\,\mathrm{cm}$ . احسب معاملات الاحتجاز الثلاثة. وماذا يمكن أن نستنتج عن الناتج؟

حل

حل التمرين 28.9.

الناتج $3.1/5.0 = 0.62$ ؛ والأسبرين $3.1/5.0 = 0.62$ ؛ وحمض الساليسيليك $2.2/5.0 = 0.44$ . فالناتج يتنقل كالأسبرين ولا يُظهر بقعة لحمض الساليسيليك: إنه أسبرين، ولم يُكشف فيه حمض ساليسيليك.

تمرين 28.10 ★★

ذوبانية ناتج في مذيبين هي:

المذيب	بارد ( $20\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ )	ساخن (قرب الغليان)
A	$2\,\mathrm{g}/\mathrm{L}$	$150\,\mathrm{g}/\mathrm{L}$
B	$80\,\mathrm{g}/\mathrm{L}$	$120\,\mathrm{g}/\mathrm{L}$

أي المذيبين أفضل لإعادة التبلور؟ ولكتلة $3.0\,\mathrm{g}$ من الناتج الخام، ما حجم المذيب الساخن اللازم تقريبًا، وما أكبر كتلة تبقى ذائبة بعد التبريد؟

حل

حل التمرين 28.10.

المذيب A: الناتج كثير الذوبان فيه ساخنًا، ولا يكاد يذوب فيه باردًا؛ أما المذيب B فيُبقي معظم الناتج ذائبًا حتى وهو بارد. ومع A تحتاج $3.0\,\mathrm{g}$ إلى نحو $3.0 / 150 = 0.020\,\mathrm{L}$ ، أي $20\,\mathrm{mL}$ من المذيب الساخن؛ وبعد التبريد يبقى ذائبًا على الأكثر $2 \times 0.020 = 0.04\,\mathrm{g}$ .

تمرين 28.11 ★★

لماذا لا يُملأ الدورق الكروي في تركيب الارتداد أبدًا أكثر من نصفه؟ ولماذا يُضاف حصى الغليان؟

حل

حل التمرين 28.11.

السائل الذي يغلي يحتاج إلى حيز فوقه: فيجب ألا تبلغ الرغوة والرذاذ المكثّف. وحصى الغليان يعطي البخار أماكن صغيرة تتكوّن فيها الفقاعات، فيغلي السائل بهدوء بدلًا من أن يغلي في فورات مفاجئة.

تمرين 28.12 ★★★

يُصنع دواء في مرحلتين، مردوداهما $80\,\%$ و $70\,\%$ . ما المردود الكلي؟ وكم يكون لثلاث مراحل مردود كل منها $90\,\%$ ؟ ولماذا يحاول الكيميائيون صنع الأدوية في أقل عدد ممكن من المراحل؟

حل

حل التمرين 28.12.

$0.80 \times 0.70 = 0.56$ : $56\,\%$ . وثلاث مراحل مردود كل منها $90\,\%$ : $0.90^3 = 0.73$ ، أي $73\,\%$ . فكل مرحلة تضيّع شيئًا من الناتج (ومن الوقت والمال)، والخسائر تتضاعف: وكلما قلّت المراحل كثر الناتج الباقي في النهاية.

تمرين 28.13 ★★★

يذوب الأسبرين في الماء بنحو $3.3\,\mathrm{g}/\mathrm{L}$ عند $25\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ . تُغسل البلورات بحجم $50\,\mathrm{mL}$ من الماء في هذه الدرجة. ما كتلة الأسبرين التي قد تضيع على الأكثر؟ ولماذا يُبرَّد ماء الغسل في الثلج أولًا؟

حل

حل التمرين 28.13.

على الأكثر $3.3 \times 0.050 = 0.17\,\mathrm{g}$ من الأسبرين. والماء المثلَّج يذيب من الأسبرين أقل من ذلك، لأن ذوبانيته تنخفض مع درجة الحرارة.

تمرين 28.14 ★★★

تُخلط $2.76\,\mathrm{g}$ من حمض الساليسيليك مع $0.0500\,\mathrm{mol}$ من أنهيدريد الإيثانويك. وبعد التفاعل يُضاف ماء يُتلف الأنهيدريد الزائد: $\ce{C4H6O3 + H2O -> 2C2H4O2}$ .

املأ جدول تقدّم التخليق؛ ما كمية الأنهيدريد المتبقية؟
ما الكمية الكلية لحمض الإيثانويك الموجودة في النهاية؟

حل

حل التمرين 28.14.

$n_0(\text{حمض الساليسيليك}) = 2.76 / 138.0 = 0.0200\,\mathrm{mol}$ ، والأنهيدريد $0.0500\,\mathrm{mol}$ : فحمض الساليسيليك هو المحدِّد، $x_{\max} = 0.0200\,\mathrm{mol}$ ، ويبقى $0.0500 - 0.0200 = 0.0300\,\mathrm{mol}$ من الأنهيدريد.
يعطي التخليق $0.0200\,\mathrm{mol}$ من حمض الإيثانويك، ويعطي إتلاف الزائد $2 \times 0.0300 = 0.0600\,\mathrm{mol}$ : أي $0.0800\,\mathrm{mol}$ في المجموع.

تمرين 28.15 ★★★

على مصنع أن يصنع $1.00\,\mathrm{t}$ من الأسبرين، بمردود كلي قدره $85\,\%$ انطلاقًا من حمض الساليسيليك. ما كتلة حمض الساليسيليك التي يجب أن يشتريها؟

حل

حل التمرين 28.15.

$n(\text{الأسبرين}) = 1.00 \times 10^{6} / 180.0 = 5.56 \times 10^{3}\,\mathrm{mol}$ . ومع مردود $85\,\%$ ، يلزم من حمض الساليسيليك: $5.56 \times 10^{3} / 0.85 = 6.54 \times 10^{3}\,\mathrm{mol}$ ، أي $6.54 \times 10^{3} \times 138.0 = 9.0 \times 10^{5}\,\mathrm{g}$ ، أي نحو $0.90\,\mathrm{t}$ .

28.7 مسألة: صنع الأسبرين

مسألة 28.1

مسألة نهاية الأسبوع — من ثلاثة غرامات من حمض الساليسيليك إلى مرطبان من الأسبرين النقي: ما المردود؟

يصنع صف الأسبرين. في الدورق: $3.0\,\mathrm{g}$ من حمض الساليسيليك و $6.0\,\mathrm{mL}$ من أنهيدريد الإيثانويك، كثافته $1.08\,\mathrm{g}/\mathrm{mL}$ ، مع بضع قطرات من حمض؛ ويُسخَّن الخليط بالارتداد. والناتج الخام المجموع بالترشيح تحت التفريغ يزن $3.6\,\mathrm{g}$ وهو رطب و $3.3\,\mathrm{g}$ بعد التجفيف. وبعد إعادة التبلور والتجفيف يبقى $2.7\,\mathrm{g}$ من البلورات البيضاء.

الجزء الأول — التفاعل.

تحقق من أن المعادلة $\ce{C7H6O3 + C4H6O3 -> C9H8O4 + C2H4O2}$ موزونة.
احسب الكتل المولية لحمض الساليسيليك وأنهيدريد الإيثانويك والأسبرين وحمض الإيثانويك.
سمِّ المتفاعلات، والناتج المطلوب، والناتج الثانوي.
لماذا يُسخَّن الخليط بالارتداد لا في دورق مفتوح؟

الجزء الثاني — أكبر كتلة ممكنة.

احسب الكمية الابتدائية لحمض الساليسيليك.
احسب كتلة أنهيدريد الإيثانويك، ثم كميته.
املأ جدول التقدّم. أي المتفاعلين محدِّد؟ أعطِ $x_{\max}$ .
استنتج أكبر كتلة ممكنة من الأسبرين.
لماذا يوضع الأنهيدريد، لا حمض الساليسيليك، بزيادة؟

الجزء الثالث — العزل والتنقية.

لماذا لا يمكن استعمال الكتلة الرطبة، $3.6\,\mathrm{g}$ ، لحساب مردود؟
احسب مردود الناتج الخام الجاف.
لماذا تُنقص إعادة التبلور الكتلة؟
غُسلت البلورات بحجم $30\,\mathrm{mL}$ من الماء عند $25\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ ، حيث يذوب الأسبرين بنحو $3.3\,\mathrm{g}/\mathrm{L}$ . ما أكبر كتلة قد تضيع بهذه الطريقة؟
احسب مردود الناتج النقي.

الجزء الرابع — التحقق من الناتج.

تنصهر البلورات المعاد تبلورها انصهارًا حادًا عند $135\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ . ماذا يبيّن ذلك؟
انصهر الناتج الخام بين $120\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ و $131\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ . ماذا يبيّن ذلك؟
على صفيحة كروماتوغرافيا يعطي الناتج الخام بقعتين، إحداهما في ارتفاع الأسبرين النقي والأخرى في ارتفاع حمض الساليسيليك؛ ويعطي الناتج المعاد تبلوره بقعة واحدة، في ارتفاع الأسبرين. استنتج.
قطعت بقعة الناتج المعاد تبلوره $3.1\,\mathrm{cm}$ وقطعت جبهة المذيب $5.0\,\mathrm{cm}$ . احسب معامل احتجازه.
بين التفاعل وإعادة التبلور، أي جزء من العمل أضاع من الأسبرين أكثر؟
اذكر الجواب النهائي: ما مردود التخليق؟

حل

حل المسألة 28.1.

1. C: $7 + 4 = 11$ و $9 + 2 = 11$ ؛ H: $6 + 6 = 12$ و $8 + 4 = 12$ ؛ O: $3 + 3 = 6$ و $4 + 2 = 6$ . موزونة.

2. حمض الساليسيليك $7 \times 12.0 + 6 \times 1.0 + 3 \times 16.0 = 138.0\,\mathrm{g}/\mathrm{mol}$ ؛ والأنهيدريد $4 \times 12.0 + 6 \times 1.0 + 3 \times 16.0 = 102.0\,\mathrm{g}/\mathrm{mol}$ ؛ والأسبرين $9 \times 12.0 + 8 \times 1.0 + 4 \times 16.0 = 180.0\,\mathrm{g}/\mathrm{mol}$ ؛ وحمض الإيثانويك $2 \times 12.0 + 4 \times 1.0 + 2 \times 16.0 = 60.0\,\mathrm{g}/\mathrm{mol}$ .

3. المتفاعلات: حمض الساليسيليك وأنهيدريد الإيثانويك؛ والناتج المطلوب: الأسبرين؛ والناتج الثانوي: حمض الإيثانويك.

4. التسخين يسرّع التفاعل؛ وفي الارتداد تُكثَّف الأبخرة وتُعاد، فلا يضيع أي متفاعل أو ناتج.

5. $n = 3.0 / 138.0 = 0.0217\,\mathrm{mol}$ .

6. $m = 6.0 \times 1.08 = 6.48\,\mathrm{g}$ ؛ و $n = 6.48 / 102.0 = 0.0635\,\mathrm{mol}$ .

7. حمض الساليسيليك: $0.0217 - x$ ؛ والأنهيدريد $0.0635 - x$ ؛ والأسبرين وحمض الإيثانويك: $x$ . ينفد حمض الساليسيليك أولًا: $x_{\max} = 0.0217\,\mathrm{mol}$ ، وحمض الساليسيليك هو المحدِّد.

8. $m_{\max} = 0.0217 \times 180.0 = 3.91\,\mathrm{g}$ .

9. حتى يتحول حمض الساليسيليك كله إلى أسبرين: فالمتبقي منه يبقى ممزوجًا بالأسبرين ويصعب نزعه، بينما يُتلف الأنهيدريد الزائد بالماء المضاف في النهاية، ويُغسل حمض الإيثانويك الذي يعطيه.

10. فهي تشمل الماء: $3.6\,\mathrm{g}$ تعطي مردودًا زائفًا $3.6 / 3.91 = 92\,\%$ .

11. $3.3 / 3.91 = 0.84$ : $84\,\%$ من الناتج الخام الجاف، وهو غير نقي.

12. تُنزع الشوائب، ويبقى جزء من الأسبرين ذائبًا في المذيب البارد وفي ماء الغسل.

13. $3.3 \times 0.030 = 0.10\,\mathrm{g}$ على الأكثر.

14. $\eta = 2.7 / 3.91 = 0.69$ : $69\,\%$ .

15. درجة انصهار حادة عند قيمة الأسبرين النقي: فالبلورات أسبرين، ونقية.

16. انصهار تحت $135\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ وعلى مدى واسع: فالناتج الخام كان غير نقي.

17. كان الناتج الخام يحوي الأسبرين وحمض ساليسيليك لم يتفاعل؛ وقد نزعت إعادة التبلور حمض الساليسيليك.

18. $R_f = 3.1 / 5.0 = 0.62$ .

19. نحو المقدار نفسه في كل منهما: من $3.91\,\mathrm{g}$ الممكنة إلى $3.3\,\mathrm{g}$ من الناتج الخام، ومن $3.3\,\mathrm{g}$ إلى $2.7\,\mathrm{g}$ في إعادة التبلور، أي نحو $0.6\,\mathrm{g}$ في كل منهما. وبما أن الناتج الخام لم يكن أسبرين نقيًا، فإن الجزء الأول من العمل أضاع في الحقيقة من الأسبرين أكثر قليلًا من $0.6\,\mathrm{g}$ .

20. مردود التخليق نحو $69\,\%$ .

المصطلحات المعرَّفة في هذا الفصل

عرض كل المصطلحات (852) في المسرد