Chọn đến phần học sinh cần nhanh chóng thông qua mục lục bằng cách click đến phần đó
Lý thuyết trọng tâm
I. Phương pháp chưng cất
1. Nguyên tắc
Chưng cất là phương pháp tách chất dựa vào sự khác nhau về nhiệt độ sôi của các chất trong hỗn hợp ở một áp suất nhất định.
2. Cách tiến hành
- Chất lỏng cần tách được chuyển sang pha hơi (bằng cách đun nóng)
- Làm lạnh cho hơi ngưng tụ
- Thu lấy chất lỏng ở khoảng nhiệt độ thích hợp
3. Ứng dụng
Phương pháp chưng cất dùng để tách các chất lỏng ra khỏi hỗn hợp các chất có nhiệt độ sôi khác nhau nhằm thu được chất lỏng tinh khiết hơn.
4. Các loại chưng cất
a) Chưng cất thường
Dùng để tách các chất lỏng có nhiệt độ sôi khác nhau nhiều.
Thiết bị gồm:
- Bình cầu có nhánh (chứa hỗn hợp cần tách)
- Nhiệt kế (đo nhiệt độ hơi)
- Ống sinh hàn (làm lạnh hơi)
- Bình hứng (thu chất lỏng ngưng tụ)
- Đá bọt (giúp sôi đều, tránh sôi bùng)
- Nguồn nhiệt (bếp điện, đèn cồn)
Ví dụ: Chưng cất ethanol từ dung dịch ethanol – nước (nấu rượu)
- Nhiệt độ sôi của ethanol: 78,3°C
- Nhiệt độ sôi của nước: 100°C
- Khi đun nóng, ethanol bay hơi trước → ngưng tụ → thu được rượu có nồng độ cao hơn
b) Chưng cất phân đoạn
Dùng để tách hai hay nhiều chất lỏng có nhiệt độ sôi khác nhau không nhiều và tan lẫn hoàn toàn trong nhau.
Đặc điểm: Có thêm cột cất phân đoạn giúp tách các chất có nhiệt độ sôi gần nhau.
Nguyên lý: Khi đun nóng, chất có nhiệt độ sôi thấp hơn sẽ bay hơi ra trước rồi được ngưng tụ và thu lấy ở bình hứng.
Ví dụ: Chưng cất phân đoạn dầu mỏ để tách các phân đoạn xăng, dầu hỏa, dầu diesel…
c) Chưng cất lôi cuốn hơi nước
Dùng để tách các chất có nhiệt độ sôi cao và không tan trong nước.
Nguyên lý:
- Hơi nước đi qua nguyên liệu, kéo theo hơi chất hữu cơ
- Hỗn hợp hơi nước và hơi chất hữu cơ cùng đi qua ống sinh hàn ngưng tụ
- Chất hữu cơ (không tan trong nước) tách thành lớp riêng
Ứng dụng: Tách tinh dầu từ thực vật (tinh dầu sả, tinh dầu bạc hà, tinh dầu tràm…)
Bảng so sánh các loại chưng cất:
| Phương pháp | Điều kiện áp dụng | Ví dụ |
|---|---|---|
| Chưng cất thường | Các chất có nhiệt độ sôi khác nhau nhiều | Nấu rượu (ethanol 78,3°C và nước 100°C) |
| Chưng cất phân đoạn | Các chất có nhiệt độ sôi khác nhau không nhiều, tan lẫn hoàn toàn | Chưng cất dầu mỏ |
| Chưng cất lôi cuốn hơi nước | Chất có nhiệt độ sôi cao, không tan trong nước | Tách tinh dầu |
II. Phương pháp chiết
1. Nguyên tắc
Chiết là phương pháp tách biệt và tinh chế hỗn hợp các chất dựa vào sự hòa tan khác nhau của chúng trong hai môi trường không trộn lẫn vào nhau.
2. Cách tiến hành
a) Chiết lỏng – lỏng
Mục đích: Tách các chất hữu cơ hòa tan trong nước.
Cách tiến hành:
- Dùng một dung môi có khả năng hòa tan chất cần chiết
- Dung môi này không trộn lẫn với dung môi ban đầu (nước)
- Dung môi có nhiệt độ sôi thấp (để dễ loại bỏ sau khi chiết)
- Lắc dung môi chiết với hỗn hợp → chất hữu cơ chuyển sang dung môi chiết
- Dùng phễu chiết để tách riêng các lớp chất lỏng
Lưu ý: Khi hai chất lỏng không trộn lẫn được vào nhau, chất lỏng nào có khối lượng riêng nhỏ hơn sẽ tách thành lớp ở phía trên.
Ví dụ: Tách β-carotene từ nước ép cà rốt bằng hexane
- Hexane không tan trong nước và có khối lượng riêng nhỏ hơn nước
- β-carotene tan tốt trong hexane
- Sau khi lắc và để yên → lớp hexane (chứa β-carotene, màu cam) nổi lên trên
b) Chiết lỏng – rắn
Mục đích: Tách chất hữu cơ ra khỏi hỗn hợp rắn.
Cách tiến hành: Dùng dung môi lỏng hòa tan chất hữu cơ để tách chúng ra khỏi hỗn hợp rắn.
Ví dụ:
- Ngâm rượu thuốc (dùng rượu để chiết các hoạt chất từ dược liệu)
- Phân tích thổ nhưỡng
- Phân tích dư lượng thuốc bảo vệ thực vật trong nông sản
3. Ứng dụng
| Loại chiết | Ứng dụng |
|---|---|
| Chiết lỏng – lỏng | Tách lấy chất hữu cơ khi nó ở dạng nhũ tương hoặc huyền phù trong nước |
| Chiết lỏng – rắn | Ngâm rượu thuốc, phân tích thổ nhưỡng, phân tích dư lượng thuốc bảo vệ thực vật trong nông sản |
III. Phương pháp kết tinh
1. Nguyên tắc
Kết tinh là phương pháp tách biệt và tinh chế hỗn hợp các chất rắn dựa vào:
- Độ tan khác nhau của các chất
- Sự thay đổi độ tan theo nhiệt độ
2. Cách tiến hành
| Bước | Thao tác | Mục đích |
|---|---|---|
| Bước 1 | Hòa tan chất rắn lẫn tạp chất vào dung môi để tạo dung dịch bão hòa ở nhiệt độ cao | Hòa tan hoàn toàn chất cần tinh chế |
| Bước 2 | Lọc nóng loại bỏ chất không tan | Loại bỏ tạp chất không tan |
| Bước 3 | Để nguội và làm lạnh dung dịch thu được | Chất cần tinh chế sẽ kết tinh (do độ tan giảm) |
| Bước 4 | Lọc để thu được chất rắn | Thu tinh thể chất cần tinh chế |
Dung môi thường dùng: nước, ethanol, acetone, ether, ethyl acetate… hoặc hỗn hợp của chúng.
Yêu cầu của dung môi:
- Hòa tan tốt chất cần tinh chế ở nhiệt độ cao
- Hòa tan kém chất cần tinh chế ở nhiệt độ thấp
Lưu ý: Thực hiện kết tinh lại nhiều lần trong cùng một dung môi hoặc trong các dung môi khác nhau sẽ thu được tinh thể chất cần tinh chế tinh khiết hơn.
3. Ứng dụng
Phương pháp kết tinh được dùng để tách và tinh chế các chất rắn.
Ví dụ: Tinh chế đường đỏ thành đường trắng
- Hòa tan đường đỏ vào nước nóng
- Thêm than hoạt tính để khử màu, khuấy, lọc → dung dịch trong suốt không màu
- Cô bớt nước, để nguội → thu được đường trắng ở dạng tinh thể
→ Đường trắng tinh khiết hơn đường đỏ vì đã loại bỏ được các chất màu và tạp chất.
IV. Sắc ký cột
1. Nguyên tắc
Sắc kí cột là phương pháp tách biệt và tinh chế hỗn hợp các chất dựa vào sự phân bố khác nhau của chúng giữa pha động và pha tĩnh.
| Thành phần | Đặc điểm |
|---|---|
| Pha động | Dung môi và dung dịch mẫu chất cần tách di chuyển qua cột |
| Pha tĩnh | Một chất rắn có diện tích bề mặt rất lớn, có khả năng hấp phụ khác nhau các chất trong hỗn hợp cần tách (ví dụ: silica gel, aluminium oxide…) |
Nguyên lý: Khi dung môi chạy qua cột, các chất hữu cơ được tách ra ở từng phân đoạn khác nhau (do khả năng hấp phụ khác nhau).
2. Cách tiến hành
| Bước | Thao tác |
|---|---|
| Bước 1 | Sử dụng các cột thủy tinh có chứa các chất hấp phụ dạng bột (pha tĩnh), thường là aluminium oxide, silica gel… |
| Bước 2 | Cho hỗn hợp cần tách lên cột sắc kí |
| Bước 3 | Cho dung môi thích hợp chảy liên tục qua cột sắc kí |
| Bước 4 | Thu các chất hữu cơ được tách ra ở từng phân đoạn khác nhau sau khi đi ra khỏi cột sắc kí |
| Bước 5 | Loại bỏ dung môi để thu được chất cần tách |
3. Ứng dụng
Phương pháp sắc kí cột thường dùng để tách các chất hữu cơ có hàm lượng nhỏ và khó tách ra khỏi nhau.
Bảng tổng hợp các phương pháp tách biệt và tinh chế
| Phương pháp | Nguyên tắc | Đối tượng áp dụng | Ví dụ thực tiễn |
|---|---|---|---|
| Chưng cất | Nhiệt độ sôi khác nhau | Hỗn hợp chất lỏng | Nấu rượu, chưng cất dầu mỏ, tách tinh dầu |
| Chiết lỏng – lỏng | Độ hòa tan khác nhau trong 2 dung môi không trộn lẫn | Chất hữu cơ hòa tan trong nước | Tách β-carotene từ nước ép cà rốt |
| Chiết lỏng – rắn | Dung môi lỏng hòa tan chất từ hỗn hợp rắn | Chất hữu cơ trong hỗn hợp rắn | Ngâm rượu thuốc, phân tích thổ nhưỡng |
| Kết tinh | Độ tan thay đổi theo nhiệt độ | Hỗn hợp chất rắn | Làm đường cát, đường phèn, tinh chế muối |
| Sắc kí cột | Phân bố khác nhau giữa pha động và pha tĩnh | Chất có hàm lượng nhỏ, khó tách | Tách hợp chất thiên nhiên |
ThS. Lê Thị Mai Nhi
(Người kiểm duyệt, ra đề)
Chức vụ: Trưởng ban biên soạn môn Hoá Học THPT
Trình độ: Thạc sĩ Hóa học, Chứng chỉ hạng II, Chứng chỉ STEM, Ngoại ngữ B1
Kinh nghiệm: 10+ năm kinh nghiệm tại Trường THPT Chuyên Nguyễn Huệ