PROSTA DESTYLACJA: PROCES I PRZYKŁADY - CHEMIA - 2025

Prostą destylację jest to proces, w którym opary wytwarzane z cieczy przedstawia się bezpośrednio do kondensatora, w którym niskie temperatury i kondensację pary wodnej.

Służy do oddzielania składników lotnych od składników nielotnych obecnych w cieczy. Służy również do oddzielania dwóch cieczy obecnych w roztworze o bardzo różnych temperaturach wrzenia.

Podstawowa konfiguracja prostej destylacji. Źródło: Pixabay

Prosta destylacja nie jest skuteczną metodą oddzielania dwóch lotnych cieczy obecnych w roztworze. Kiedy jego temperatura wzrasta poprzez dostarczanie ciepła, wzrasta również energia kinetyczna cząsteczek, co pozwala im pokonać siłę kohezji między nimi.

Lotne ciecze zaczynają wrzeć, gdy ich prężność par zrówna się z zewnętrznym ciśnieniem wywieranym na powierzchnię roztworu. Obie ciecze mają wpływ na skład utworzonej pary, przy czym obecność cieczy bardziej lotnej jest większa; to znaczy ten o najniższej temperaturze wrzenia.

Dlatego bardziej lotna ciecz stanowi większość utworzonego destylatu. Proces powtarza się aż do osiągnięcia pożądanej czystości lub najwyższego możliwego stężenia.

Prosty proces destylacji

W przypadku prostej destylacji temperaturę roztworu podnosi się do wrzenia. W tym momencie następuje przejście od stanu ciekłego do gazowego. Obserwuje się to, gdy w roztworze zaczyna się ciągłe bulgotanie.

Ekwipunek

Sprzęt do prostej destylacji zwykle składa się z palnika lub koca grzewczego (patrz zdjęcie); okrągłą kolbę ze szkła ogniotrwałego z wylotem ze szkła szlifowanego, umożliwiającego połączenie; i kilka szklanych koralików (niektóre używają drewnianego patyczka), aby zmniejszyć rozmiar tworzących się pęcherzyków.

Szklane kulki służą jako jądra tworzące pęcherzyki, które umożliwiają powolne wrzenie cieczy, unikając przegrzania, które skutkuje powstaniem pewnego rodzaju gigantycznych pęcherzyków; nawet zdolne do usunięcia dużej ilości cieczy z kolby destylacyjnej.

Do wylotu kolby przymocowany jest ogniotrwały adapter szklany z trzema wylotami, które są wykonane ze szlifowanego szkła. Jedna szyjka jest przymocowana do kolby destylacyjnej, druga szyjka jest przymocowana do chłodnicy, a trzecia szyjka jest zamknięta za pomocą gumowego korka.

Na zdjęciu uchwyt nie ma tego adaptera; zamiast tego termometr i bezpośrednie złącze do skraplacza są umieszczone przez ten sam gumowy korek.

Skraplacz

Skraplacz to urządzenie zaprojektowane do pełnienia funkcji, którą wskazuje jego nazwa: do skraplania przepływającej przez niego pary. Poprzez górny otwór jest połączony z łącznikiem, a przez dolny otwór jest połączony z balonem, w którym gromadzone są produkty destylacji.

W przypadku obrazu używają (choć nie zawsze jest to poprawne) cylindra miarowego, aby od razu odmierzyć destylowaną objętość.

Woda, która krąży przez zewnętrzny płaszcz skraplacza, wpływa do niego przez jego dolną część i wypływa przez górną część. Zapewnia to, że temperatura skraplacza jest dostatecznie niska, aby umożliwić kondensację par wytwarzanych w kolbie destylacyjnej.

Wszystkie części składające się na aparat destylacyjny są mocowane za pomocą zacisków połączonych z metalową podstawą.

Objętość roztworu, który ma być destylowany, umieszcza się w okrągłej kolbie o odpowiedniej pojemności.

Odpowiednie połączenia wykonuje się za pomocą grafitu lub smaru, aby zapewnić skuteczne uszczelnienie i rozpoczyna się nagrzewanie roztworu. Jednocześnie rozpoczyna się przepływ wody przez skraplacz.

Ogrzewanie

W miarę ogrzewania kolby destylacyjnej na termometrze obserwuje się wzrost temperatury, aż do osiągnięcia punktu, w którym temperatura pozostaje stała. Pozostaje tak, nawet jeśli ogrzewanie trwa nadal; chyba że cała lotna ciecz całkowicie wyparowała.

Wyjaśnieniem tego zachowania jest to, że osiągnięto temperaturę wrzenia składnika o najniższej temperaturze wrzenia ciekłej mieszaniny, w której jego prężność par jest równa ciśnieniu zewnętrznemu (760 mm Hg).

W tym momencie cała energia cieplna jest wydatkowana przy przejściu ze stanu ciekłego do stanu gazowego, co wiąże się z wygaśnięciem międzycząsteczkowej siły kohezji cieczy. Dlatego dostarczenie ciepła nie przekłada się na wzrost temperatury.

Ciekły produkt destylacji zbiera się w odpowiednio oznakowanych kolbach, których objętości będą zależały od objętości pierwotnie umieszczonej w kolbie destylacyjnej.

Przykłady

Destylacja wody i alkoholu

Masz 50% roztwór alkoholu w wodzie. Wiedząc, że temperatura wrzenia alkoholu wynosi 78,4 ° C, a temperatura wrzenia wody wynosi około 100 ° C, czy można otrzymać czysty alkohol w prostym etapie destylacji? Odpowiedź brzmi nie.

Ogrzewając mieszaninę alkohol-woda, początkowo osiąga się temperaturę wrzenia najbardziej lotnej cieczy; w tym przypadku alkohol. Powstała para będzie miała wyższy udział alkoholu, ale będzie też dużo wody w parze, ponieważ punkty wrzenia są podobne.

Ciecz zebrana podczas destylacji i kondensacji będzie miała zawartość alkoholu większą niż 50%. Jeżeli ciecz ta jest poddawana kolejnym destylacjom, można uzyskać stężony roztwór alkoholu; ale nie czysty, ponieważ opary będą nadal ciągnąć wodę do określonego składu, tworząc tak zwany azeotrop

Ciekły produkt fermentacji cukrów zawiera 10% alkoholu. To stężenie, które można doprowadzić do 50%, podobnie jak w przypadku whisky, przez prostą destylację.

Separacja ciecz-ciało stałe

Roztwór soli w wodzie tworzy ciecz, która może ulec ulotnieniu, oraz nielotny związek o wysokiej temperaturze wrzenia: sól.

Destylując roztwór można uzyskać czystą wodę w cieczy kondensacyjnej. W międzyczasie na dnie kolby destylacyjnej sole osadzą się.

Alkohol i gliceryna

Istnieje mieszanina alkoholu etylowego o temperaturze wrzenia 78,4ºC i gliceryny o temperaturze wrzenia 260ºC. Po poddaniu prostej destylacji powstałe opary będą miały bardzo wysoki procent alkoholu, bliski 100%.

W ten sposób otrzymamy destylowaną ciecz z procentową zawartością alkoholu, podobną do pary. Dzieje się tak, ponieważ temperatury wrzenia cieczy są bardzo różne.

Bibliografia

1. Claude Yoder. (2019). Destylacja. Chemia przewodowa. Odzyskany z: wiredchemist.com
2. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Chemia. (8th ed.). CENGAGE Learning.
3. Dragani, Rachelle. (17 maja 2018). Trzy przykłady prostych mieszanin destylacyjnych. Nauka. Odzyskany z: sciencing.com
4. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (02 stycznia 2019). Co to jest destylacja? Definicja chemii. Odzyskany z: thinkco.com
5. Dr Welder. (sf). Prosta destylacja. Odzyskany z: dartmouth.edu
6. Uniwersytet Barceloński. (sf). Destylacja. Odzyskany z: ub.edu