Protocol de distilare fracționată
Transcriere
Distilarea este una dintre cele mai frecvent utilizate tehnici pentru purificarea lichidelor în medii de laborator și reprezintă până la 95% din toate procesele de separare industrială.
Această metodă separă și purifică lichidele pe baza volatilității lor sau a tendinței moleculelor sale de a scăpa din faza lichidă sub formă de vapori gazoși. Pentru a distila o soluție, este încălzită până când cei mai volatili compuși încep să se vaporizeze. Vaporii rezultați sunt apoi condensați într-un lichid purificat, cunoscut sub numele de distilat, și colectați.
Cele mai frecvente metode de distilare sunt: distilarea simplă, care utilizează doar un ciclu de vaporizare-condensare și distilarea fracționată, care utilizează mai multe cicluri de vaporizare-condensare.
Acest videoclip va revizui principiile din spatele distilării simple și fracționate, aparatele tipice de distilare de laborator și va demonstra un exemplu de procedură de distilare fracționată. În cele din urmă, aplicațiile de distilare vor fi acoperite.
Când un lichid este încălzit, energia cinetică a moleculelor sale crește, determinând trecerea unor molecule de la lichid la starea gazoasă. Acest proces, numit vaporizare, crește presiunea vaporilor peste lichid față de presiunea atmosferică. Temperatura la care presiunea de vapori a lichidului este egală cu presiunea aerului din mediul înconjurător, moment în care se formează „bule” de vapori în interiorul lichidului, este cunoscut ca punctul său de fierbere. Peste această temperatură, lichidul se va vaporiza complet într-un gaz.
Într-o distilare simplă, un amestec este încălzit într-un balon, iar vaporii rezultați trec într-o coloană de condensare unde sunt răcite și condensate într-un lichid numit distilat. Această metodă utilizează un singur ciclu de vaporizare-condensare și generează distilate pure atât din amestecuri de lichide și solide, cât și din amestecuri de lichide cu puncte de fierbere foarte diferite.
Amestecurile de lichide cu puncte de fierbere care diferă cu mai puțin de aproximativ 30 ° C nu pot fi separate complet folosind distilarea simplă. Cu toate acestea, compoziția distilatului poate fi prezisă utilizând o „diagramă a punctului de fierbere”, care prezintă temperatura în funcție de compoziția lichidului și vaporilor. De exemplu, un amestec egal de ciclohexan și toluen are un punct de fierbere de 90 ° C, rezultând o compoziție de vapori de 80% ciclohexan și 20% toluen și rezultând un distilat pur de 80%.
Diagrama punctului de fierbere prezice că un al doilea ciclu de vaporizare-condensare, realizat prin fierberea distilatului 80:20 la aproximativ 84 ° C, are ca rezultat o puritate de 95%. Fiecare ciclu consecutiv, denumit „placă teoretică”, mărește puritatea, unde 3 plăci teoretice duc la o puritate de 99%. Deși este posibil să se genereze acest lucru prin înlănțuirea mai multor aparate de „distilare simplă”, „distilarea fracționată” realizează acest lucru mai eficient.
Setarea adaugă o „coloană de fracționare” între balonul de pornire și condensator. Această coloană este de obicei umplută cu margele de sticlă sau vată metalică, oferind o suprafață mare pentru lichidul să se condenseze și să se reevaporeze de mai multe ori. Acest lucru generează un număr mare de plăci teoretice.
Pe măsură ce vaporii se ridică prin coloană, se formează un inel de condens și se mișcă încet în timp ce vaporii se separă pe plăcile teoretice. Când vaporii ajung în partea de sus a coloanei, moleculele cu cea mai mare volatilitate trec în condensator unde sunt colectate ca un distilat de înaltă puritate.
Acum că am revizuit principiile de bază din spatele distilării, să trecem printr-un exemplu pentru un amestec de ciclohexan: toluen.
Începeți prin asamblarea componentelor aparatului de distilare fracționată în hota de fum. Așezați mantaua de încălzire și amestecați placa deasupra cricului de laborator de la piciorul suportului pentru retort și ridicați totul de 8 in. cu cricul.