إعادة التبلور (الكيمياء)

إعادة التبلور هي فئة واسعة من تقنيات التنقية الكيميائية، وتتميز بإذابة عينة غير نقية في مذيب أو خليط من المذيبات ، يتبعها تغيير في الظروف يحفز تكوين مادة نقية معزولة على شكل بلورات صلبة . ^{[ 1 ]} تعتمد إعادة التبلور كتقنية تنقية على عمليات التجميع الذاتي التلقائية التي تستفيد من الخصائص عالية التنظيم (أي منخفضة الإنتروبيا ) والدورية للبنية الجزيئية للبلورة لتحقيق التنقية.

ينبع الدافع الرئيسي لهذه العملية من اختلاف التفاعلات الجزيئية بين المادة المعزولة والشوائب: فإذا تفاعل جزيء من المادة المعزولة المطلوبة مع أي بلورة منها، فمن المرجح أن يترسب على سطح البلورة المنتظم ويساهم في نموها؛ أما إذا تفاعل جزيء من الشوائب مع أي بلورة من المادة المعزولة، فمن غير المرجح أن يترسب على سطحها المنتظم، وبالتالي يبقى مذابًا في المذيب. تتشكل البلورات الأولية للمادة المعزولة من خلال عمليات التكوين العشوائي ، وتنمو إلى أحجام كبيرة عندما تترسب جزيئات المادة المعزولة الموجودة في المحلول عليها.

أبسط مثال على إعادة التبلور هو التحكم بدرجة حرارة محلول يكون فيه المركب المعزول ذابًا ماصًا للحرارة (ΔH >  0  ) وحاصل ذوبان Ksp يزداد مع ارتفاع درجة الحرارة. يُحضّر محلول مشبع من العينة غير النقية (عادةً ما تكون في حالة غير منتظمة من المادة، مثل مسحوق صلب أو سائل لزج ) بالقرب _من نقطة غليان المذيب أو عندها، ثم يُبرّد المحلول ببطء لتكوين محلول فوق مشبع حيث يكون تكوّن البلورات (وبالتالي تشكّلها) وشيكًا. ^{[ 2 ]}

تُعدّ المركبات المتبلورة ذات أهمية بالغة، لدرجة أن جهوداً كبيرة والعديد من التقارير تصف طرق التبلور. ومن بين الطرق الأكثر شيوعاً: ^{[ 3 ]}

• تبخر بطيء
• تبريد بطيء
• طبقات المذيب
• التبخر المختلط
• انتشار البخار

في حالة بسيطة، يُبرَّد محلول مادة صلبة إلى ما دون مرحلة التشبع. في بعض الحالات، يُحضَّر المحلول باستخدام مذيب ساخن. وفي حالات أخرى، يُستخدم مذيب مختلط، مثل الإيثانول المائي . ^{[ 4 ]} يتبلور جزء من المذاب عند التبريد. ومن الناحية المثالية، يكون الراسب خاليًا من بعض أو معظم الشوائب، التي تكون أكثر قابلية للذوبان في المذيب. ^{[ 5 ]}

تعتمد عملية إعادة التبلور باستخدام مذيبين على أن يكون المنتج أكثر قابلية للذوبان في أحد المذيبين مقارنةً بالمذيب الآخر، والذي يُسمى المذيب المضاد. يجب أن يكون المذيب والمذيب المضاد قابلين للامتزاج. وتُعد نسبة الحجم بين المذيب والمذيب المضاد مهمة، بالإضافة إلى تركيز العينة. ^{[ 6 ] [ 7 ]} يُضاف المذيب المضاد إلى محلول المذاب حتى يبدأ ترسب المادة الصلبة. ثم يُبرد المحلول أو يُترك ليبرد لتحفيز المزيد من التبلور. في أحد أشكال هذه الطريقة، يُوضع المذيب المضاد فوق المحلول.

تخضع المنتجات المُعاد بلورتها غالبًا لتحليل البلورات بالأشعة السينية لتقييم نقائها. ^{[ 8 ]} تتطلب هذه التقنية أن تكون المنتجات المتبلورة منفردة وخالية من التكتلات. ^{[ 8 ]} ترد أدناه عدة طرق لمعالجة هذه الظاهرة.

• التبخر البطيء لمذيب واحد - عادةً ما يُذاب المركب في مذيب مناسب ويُترك المذيب ليتبخر ببطء. بمجرد تشبع المحلول، يمكن تكوين البلورات.

• التبخر البطيء لنظام متعدد المذيبات - كما هو موضح أعلاه، ولكن مع تغير تركيبة المذيب نتيجة تبخر المذيب الأكثر تطايرًا. يصبح المركب أكثر قابلية للذوبان في المذيب المتطاير، وبالتالي يصبح المركب أقل قابلية للذوبان في المحلول تدريجيًا ويتبلور.

• الانتشار البطيء - مشابه لما سبق. مع ذلك، يُسمح لمذيب ثانٍ بالتبخر من وعاء إلى وعاء آخر يحتوي على محلول المركب (انتشار الغاز). ومع تغير تركيبة المذيب نتيجة زيادة كمية المذيب المنتشر غازيًا في المحلول، يصبح المركب أقل ذوبانًا في المحلول ويتحول إلى بلورات.

• الخلط البطيء/السطحي (يُجرى غالبًا في أنبوب الرنين المغناطيسي النووي ). يشبه هذا الأسلوب ما سبق، ولكن بدلًا من انتشار غاز أحد المذيبين في الآخر، يختلط المذيبان (ينتشران) عبر الانتشار السائل-السائل. عادةً ما يُضاف مذيب ثانٍ بعناية فوق المحلول الذي يحتوي على المركب. بمرور الوقت، يختلط المحلولان. ومع تغير تركيب المذيب نتيجة الانتشار، يصبح المركب أقل ذوبانًا في المحلول ويتبلور، عادةً عند السطح البيني. إضافةً إلى ذلك، يُفضل استخدام مذيب أكثر كثافة كطبقة سفلية، و/أو مذيب أكثر سخونة كطبقة علوية، لأن ذلك يُبطئ عملية خلط المذيبين.

• يمكن استخدام معدات متخصصة على شكل حرف "H" للقيام بما سبق، حيث يكون أحد الخطوط الرأسية لحرف "H" عبارة عن أنبوب يحتوي على محلول المركب، والخط الرأسي الآخر لحرف "H" عبارة عن أنبوب يحتوي على مذيب لا يذوب فيه المركب، والخط الأفقي لحرف "H" عبارة عن أنبوب يربط الأنبوبين الرأسيين، ويحتوي أيضًا على مادة زجاجية دقيقة تحد من اختلاط المذيبين.

• بعد الحصول على بلورات مثالية أحادية، يُنصح بحفظها في وعاء محكم الإغلاق مع قليل من سائل التبلور لمنع جفافها. قد تحتوي البلورات المثالية الأحادية على مذيب التبلور داخل بنيتها البلورية . فقدان هذا المذيب الداخلي من البلورات قد يؤدي إلى انهيار بنيتها البلورية وتحولها إلى مسحوق.

• نظرية إعادة التبلور: تيبسون، آر إس (1950-05-01). "نظرية ونطاق وطرق إعادة التبلور" . الكيمياء التحليلية . 22 (5): 628-636 . doi : 10.1021/ac60041a002 . ISSN 0003-2700 . 

• البنية البلورية
• التنوي
• التبلور الجزئي (الكيمياء)