Vă explicăm ce este distilarea, exemple ale acestei metode de separare și tipurile de distilare care pot fi utilizate.
Ce este distilarea?
Distilarea se numește o metodă de separare a fazelor, care se numără printre metode de separare a amestecurilor. Distilarea constă în utilizarea consecutivă și controlată a două procese fizice: vaporizare si condensare, folosindu-le selectiv pentru a separa componentele a amestec de obicei de tip omogen, adică în care componentele sale nu pot fi distinse cu ochiul liber.
Amestecuri care pot fi separate în componentele lor individuale prin distilare pot conține două lichide, A solid într-un lichid sau chiar gazele smoothie-uri. Această metodă de separare se bazează pe diferența de puncte de fierbere (o proprietate inerentă a materie, ce este temperatura la care Presiune vaporii unui lichid este egal cu presiunea din jurul lichidului) a diferitelor substanțe. Substanța cu cea mai scăzută Punct de fierbere au, atunci această substanță se va condensa într-un alt recipient și va fi relativ pură.
În acest fel, pentru ca distilarea să se efectueze corect, trebuie să fierbem amestecul până când ajunge la punctul de fierbere al unuia dintre substante componente, care vor deveni apoi vapori și pot fi conduse într-un recipient răcit, unde se condensează și devine din nou lichid.
Cealaltă substanță constitutivă, pe de altă parte, va rămâne în recipient fără modificări; dar în ambele cazuri vom avea substante pure, fără amestecul inițial.
Legea lui Raoult
Când avem un amestec ideal de lichide (un amestec în care interacțiunile dintre particule diferite sunt considerate egale cu interacțiunile dintre particule egale) Legea lui Raoult este îndeplinită.
Această lege prevede că presiunea parțială de vapori a fiecărei componente din amestecul de gaze este egală cu presiunea de vapori a componentei pure înmulțită cu fracția sa molară din amestecul lichid.
Presiunea totală a vaporilor este, deci, suma presiunilor parțiale ale componentelor amestecului în faza gazoasă. Pe de altă parte, fracția molară a unui component dintr-un amestec este o măsură adimensională a concentrației acestuia. Mărimile menționate mai sus pot fi calculate folosind următoarele ecuații:
Unde:
- px Y py sunt presiunile parțiale ale componentelor X și Y respectiv în amestecul de vapori care înconjoară amestecul lichid.
- px * și py * sunt presiunile de vapori ale componentelor X și Y.
- xx Y X y sunt fracțiile molare ale componentelor X și Y în amestecul lichid.
- nx Y ny sunt cantitatea de substanță a componentelor X și Y în amestecul lichid.
Legea lui Raoult prezentată mai sus este valabilă pentru amestecurile ideale (care sunt un model stabilit de ființa umană pentru a simplifica studiile), dar în realitate această lege suferă abateri atunci când amestecul este real.
Astfel, dacă diferitele particule din amestec au forțe intermoleculare mai puternice decât particulele din lichidul pur, atunci presiunea de vapori a amestecului este mai mică decât presiunea de vapori a lichidului pur, ceea ce produce o abatere negativă de la Legea lui Raoult.
Dacă, pe de altă parte, forțele intermoleculare dintre particulele din lichidul pur sunt mai mari decât cele ale particulelor din amestec, particulele din amestec vor putea scăpa mai ușor în faza de vapori, astfel încât presiunea de vapori a amestecului va fi mai mare, producând o abatere pozitivă de la legea lui Raoult
Când doriți să distilați un amestec azeotrop (de exemplu, etanol și apă), este necesar să adăugați o componentă (benzen, în acest caz) pentru ca azeotropul să fie modificat și astfel să se poată separa componentele amestec. Un azeotrop este un amestec lichid cu o compoziție definită care atunci când fierbe, vaporii generați au aceeași compoziție a amestecului (deci componentele amestecului azeotrop nu pot fi separate prin distilare simplă sau fracționată).
Azeotropii au o temperatură de fierbere definită, de exemplu, la o presiune de 1 atm, etanolul fierbe la 78,37 ° C și apa fierbe la 100 ° C, în timp ce azeotropul etanol-apă fierbe la 78,2 ° C. Amestecurile azeotrope au abateri negative sau pozitive de la Legea lui Raoult, după caz.
Tipuri de distilare
Distilarea poate avea loc în diferite moduri:
- Distilare simplă. Cea mai elementară constă în fierberea amestecului până când se separă diferitele componente. Este o metodă eficientă de separare atunci când punctele de fierbere ale componentelor amestecului diferă foarte mult (ideal ar trebui să aibă o diferență de cel puțin 25 ° C, altfel nu garantează puritatea totală a substanței distilate).
- Distilație fracțională. Se realizează prin intermediul unei coloane de fracţionare, care este formată din diferite plăci în care au loc succesiv vaporizarea şi condensarea, garantând o mai mare puritate în componentele separate.
- Distilarea în vid. Prin reducerea presiunii până când se generează vid, procesul este catalizat pentru a reduce punctul de fierbere al componentelor, deoarece unele au puncte de fierbere foarte mari care pot fi reduse atunci când presiunea este mult redusă și astfel accelerează procesul de distilare.
- Distilarea azeotropă. Este distilarea necesară pentru a rupe un azeotrop, adică un amestec ale cărui substanțe se comportă ca una, chiar împărțind punctul de fierbere, deci nu pot fi separate prin distilare simplă sau fracționată. Pentru a separa un amestec azeotrop este necesar să se modifice condițiile de amestecare, de exemplu prin adăugarea unei componente de separare.
- Distilarea cu abur. Componentele volatile și nevolatile ale unui amestec sunt separate prin injectarea directă a vaporilor de apă.
- Distilarea uscată. Constă în încălzirea materialelor solide fără prezența solvenți lichide, obțineți gaze și apoi condensați-le într-un alt recipient.
- Distilare îmbunătățită. Denumită și distilare alternativă sau reactivă, este adaptată la cazurile specifice ale amestecurilor greu de separat sau care au același punct de fierbere.
Exemple de distilare
- Rafinarea petrolului. Separarea diferitelor hidrocarburi prezent în Petrol Se realizează prin distilare fracționată, depozitând în diferite straturi sau compartimente separate ale unei coloane de distilare a fiecărui compus derivat din gătirea țițeiului. Aceste gaze se ridică și se condensează în straturile superioare ale coloanei, în timp ce substanțele mai dense precum asfaltul și parafina rămân în straturile inferioare.
- Cracare catalitică. Acesta este numele dat anumitor distilații în vid obișnuite în prelucrarea uleiului, folosind turnuri de vid pentru a separa gazele de gătitul brut. Astfel fierberea hidrocarburilor este accelerată și proces. Cracarea este un tip de distilare distructivă, în care hidrocarburile mai mari sunt sparte (la temperaturi ridicate și folosind catalizatori) în hidrocarburi mai mici, care au puncte de fierbere mai mici.
- Purificarea cu etanol. A separa alcooli La fel ca etanolul din apă în timpul producției sale în laborator, se folosește o distilare azeotropă, adăugând la amestec benzen sau alți componente care favorizează sau accelerează separarea și care pot fi apoi îndepărtate cu ușurință fără a modifica compoziția chimică a produs.
- Prelucrarea cărbunelui. Pentru obţinerea combustibililor organici lichizi se utilizează cărbune sau lemn prin procedee de distilare uscată, astfel gazele emise în combustie.
- Termoliza sărurilor minerale. Prin distilare uscata se obtin diverse substante minerale de mare utilitate industriala, din emanarea si condensarea gazelor obtinute prin arderea sarurilor minerale.
- Alambicul. Acesta este numele dat dispozitivului inventat în antichitatea arabă, al cărui scop este producerea de parfumuri, medicamente și alcool din fructe fermentate. În funcționarea acesteia se folosesc principiile distilării: substanțele sunt încălzite într-un cazan mic și gazele produse sunt răcite într-un serpentin care duce la un alt recipient unde este colectat lichidul produs prin condensarea gazelor menționate.
- Producția de parfumuri. Distilarea cu abur se foloseste pentru obtinerea de parfumuri, apa clocotita impreuna cu flori conservate, pentru a produce un gaz cu mirosul dorit si care, atunci cand este condensat, poate fi folosit apoi ca lichid de baza in parfumuri.