6.3 Vriesdrogen

Vriesdrogen is het proces van het sublimeren van een oplosmiddel, meestal water, waarbij het gaat om de vaste stof die overblijft, nadat alle oplosmiddel is gesublimeerd. Deze techniek wordt vaak gebruikt om hitte en zuurstof gevoelige producten van natuurlijke oorsprong te winnen (zoals eiwitten en vitaminen en andere biochemische stoffen) vanuit verdunde waterige oplossingen.

De waterige oplossing van een substantie die moet worden gevriesdroogd wordt gewoonlijk eerst ingevroren waarna het onderworpen wordt aan een vacuüm van ongeveer 10-3 mm kwikdruk. Het water sublimeert en condenseert vervolgens als ijs op het oppervlak van een grote koude condensor. Het monster blijft gedurende het gehele proces bevroren, zonder dat externe koeling hoeft te worden toegepast. Dit wordt veroorzaakt door de hoge sublimatiewarmte nodig voor de verdamping: hierdoor wordt de temperatuur van het monster nooit hoger dan 0 oC.

Vriesdrogen wordt op grote schaal toegepast bij het maken van instant koffie, thee, soep, rijst en allerlei soorten van water ontdaan voedsel voor bijvoorbeeld lichtgewicht kamperen.

 

 

6.4 Opgaven

Basisvragen (zelf controle vragen)

  1. Geef het principe van sublimatie kort in eigen woorden weer.
  2. Teken de opstelling en geef de minimale benodigdheden voor het uitvoeren van een sublimatieproces.
  3. -Wat geldt voor de moleculaire interacties van stoffen die gemakkelijk sublimeren?
    - Waarvan is dat meestal een gevolg?
    - Wat is het gevolg voor de dampdruk van deze stoffen t.o.v. 'normale' vaste stoffen?
  4. Wat is de temperatuur van ijswater wanneer het een poosje staat en er nog steeds ijs in zit?
  5. Wat bedoelt men met de 'koude vinger' bij sublimatie. Wat is de functie van de koude vinger?
  6. Noem twee problemen die kunnen optreden als er te snel wordt verwarmd tijdens het sublimeren.
  7. Zoek op. bijvoorbeeld in Binas, hoeveel: 1 mm kwikdruk in atmosfeer is; wat 1 Torr is; hoeveel Pascal (Pa) 1 atmosfeer (atm) is; en hoeveel Pa 1 bar is.
  8. Geef duidelijk aan wat het verschil is tussen sublimeren en vriesdrogen.
  9. Noem producten die met behulp van de vriesdroogtechniek worden gemaakt.

Opdrachten

  1. Van een stof X is bekend dat het tripelpunt bij 10 C ligt. Bij welke temperatuur zal deze stof ongeveer smelten bij 1 atmosfeer?
  2. In onderstaande figuur is een diagram gegeven van een hypothetische stof die niet sublimeert bij de normale druk van 1 atm.
  3. lemand laat sperzieboontjes vriesdrogen bij -20 ˚C en 50 mm kwikdruk. Noem twee manieren waarop het vriesdrogen kan worden versneld.
  4. Mottenballen hing men vroeger veel in kledingskasten die weinig werden gebruikt. Er werd hierbij gebruik gemaakt van een stof die sublimeert. Het gas is veelal irriterend voor motten. Zou je op grond van deze gegevens de werking van motballen kunnen uitleggen? 

    1.  Wat is het kookpunt van deze stof bij 1 atmosfeer?
    2.  Wat is het smeltpunt van deze stof bij 1 atmosfeer?
    3. De druk wordt gereduceerd tot 0.5 atmosfeer. Wat is dan de temperatuur waarbij verdamping of sublimatie plaatsvindt?
    4.  Lees de temperatuur en druk bij het tripelpunt af.
    5. Hoe zou je te werk gaan als je deze stof zou moeten zuiveren met behulp van sublimatie?
  1. Geef met een tekening op molecuulschaal in stappen weer wat er gebeurt als een onzuiverheid zich wil nestelen in het kristal.
  2. Zoek voor de volgende stoffen het sublimatiepunt op bij een druk van 40 mm kwikdruk. (Dit vacuüm kan je gemakkelijk halen met een waterstraalpomp.) Aanwijzing: zoek dit op in "Het handbook of chemistry and physics"[10]. Dampdruk is in het engels: "vapor pressure". Geef tevens aan of de stof sublimeert of verdampt bij die temperatuur. Vraag: hoe is dit te zien in de tabel van "het Handbook"? De stoffen zijn: water, jood(I2), hexachloorbenzeen (C6Cl6), aluminiumchloride(AlCl3), 1,4 dibroombenzeen (C6H4Br2).

vorige pagina volgende pagina

   
     
home
Deze website is gemaakt door Oxbo

Scheidingsmethoden in de organische chemie