Inhoud
- Destillatieapparatuur
- Eenvoudige destillatiegrafiek
- Volume versus temperatuur
- Eenvoudige destillatietheorie
- Distillatie in de industrie
Wanneer je fruit vergist om alcohol te maken, kun je het vloeibare mengsel destilleren om delen ervan te isoleren. Deze destillatiemethode maakt gebruik van de verschillende samenstellingen die de vloeistof vormen in een proces zoals fermentatie. Chemici maken veel gebruik van deze processen voor het zuiveren van oplosmiddelen en andere producten van vloeibare reacties, inclusief het scheiden van de componenten van ruwe olie.
Destillatieapparatuur
Distillatiegrafieken tonen u de hoeveelheden die zijn gemeten door destillatie-experimenten die bestanddelen van vloeistoffen scheiden. Deze experimenten gebruiken fractionele destillatiekolommen bestaande uit een kolom die vloeistof in een rondbodemkolf laat druppelen met een thermometer bovenaan de kolom om de damptemperatuur te bepalen.
Een diagonale vloeistofkamer is verbonden met een punt langs de fractionele kolom nabij de bovenkant die zich uitstrekt van de kamer. Dit creëert een oppervlak waarop de damp kan condenseren en zich kan verzamelen in een externe fles.
Via de destillatie-opstelling van een eenvoudig destillatiediagram kookt een vloeistof in een gas, condenseert terug in een vloeistof en gaat door met dit proces totdat de vloeistof die u wilt destilleren zich verzamelt in de externe kolf. Het apparaat werkt door de vloeistof die zich in de kolf verzamelt zodanig te verwarmen dat de fractionele kolom u de dampdruk van de gasvorm van het vloeibare mengsel vertelt.
De thermometer bovenaan moet het kookpunt van de vloeistof aflezen. De externe kolf laat de vloeistof die u wilt destilleren en dient ook als een ontluchting zodat het apparaat niet breekt door oververhitting.
Controleer de temperatuur zeer zorgvuldig door het contact te maximaliseren tussen de vloeistof die terug druppelt in de rondbodemkolf en de damp die door de fractionele kolom stijgt. Soms heeft de fractionele kolom glasparels of niveaus die uit de interne zijden steken om het contactoppervlak te maximaliseren. Houd de temperatuur bij met behulp van de thermometer om erachter te komen bij welke temperatuur dit gebeurt. Je zou moeten eindigen met de dampdrukken van de vloeistoffen in het mengsel.
De opstelling van het apparaat garandeert dat de dampdruk van de verbinding met een lager kookpunt in het mengsel groter is dan de dampdruk van die met een hoger kookpunt. Hiermee kunt u ook het kookpunt definiëren als de temperatuur waarbij de dampdruk gelijk is aan de atmosferische druk voor een vloeistof in een open bak. Dit is de laagste temperatuur waarbij de vloeibare vorm van het mengsel of de verbinding in een gas kookt. Deze methoden voor fractionele destillatie maken ze bruikbaar in industriële omgevingen voor de productie van chemische verbindingen.
Eenvoudige destillatiegrafiek
Je kunt ook de fractie van het gas die wordt gedistilleerd als een molfractie gebruiken om een grafiek van de temperatuur van de vloeistof, het vloeistof-dampmengsel en de damp zelf te plotten om het kookpunt van de twee of meer componenten van de verbinding te bepalen . Veel opstellingen van destillatieapparatuur meten automatisch de temperatuur tijdens het verwarmen van het experiment. Dit kan u in de loop van de tijd een ononderbroken reeks gegevenspunten geven die gemakkelijk in een grafiek kunnen worden weergegeven met Excel of andere software.
De curve vertelt u dit omdat, terwijl de damp opwarmt en door de fractionele kolom passeert, deze in de twee afzonderlijke mengsels van vloeistoffen en gassen moet worden gescheiden. Door de temperatuur gedurende het destillatieproces te registreren, kun je erachter komen wat de verbindingen eigenlijk zijn op basis van het kookpunt.
Of u kunt hetzelfde proces gebruiken om het kookpunt van een bekende verbinding te bepalen. Het proces is echter beperkt door de temperaturen die u kunt bereiken met de warmtebron die de rondbodemkolf beïnvloedt.
Volume versus temperatuur
De eenvoudige destillatiegrafiek zou u een destillatiegrafiek van volume versus temperatuur van het mengsel moeten tonen met de punten waarop de temperatuur van beide of alle gassen elkaar kruisen, het kookpunt van elke component van het gas lokaliseren. Met deze compositiecurve kunt u de juiste apparaatinstelling en temperatuur bepalen om het gas- of vloeistofmengsel te scheiden. U kunt experimenteren met verschillende soorten fractionele kolommen om erachter te komen welke u het duidelijkste idee geeft van het kookpunt voor de bestanddelen.
De eenvoudige destillatiegrafiek volgt de eenvoudige destillatietheorie. Eenvoudige destillatie betekent dat het gas eenmaal in vloeistof condenseert, dus je moet het op vloeistoffen of gassen uitvoeren die kookpunten ver genoeg van elkaar hebben om ze te onderscheiden.
Het gebruik van meerdere condensatiestappen wordt genoemd gefractioneerde destillatie, en in dit geval zou u een fractionele destillatiegrafiek van volume versus temperatuur gebruiken. U kunt extrapoleren om theoretische opstellingen voor andere vloeistoffen en mengsels te achterhalen, omdat het hebben van meer kralen of platen in de opstelling theoretisch de scheidingsmethode zou moeten verbeteren, terwijl de tijd die nodig is om het mengsel te scheiden wordt verlengd.
Eenvoudige destillatietheorie
Mengsels die door experimenten destilleren, produceren geen pure monsters, maar resulteren in onzuiverheden in de verschillende mengsels die u meet. Dit betekent dat u vergelijkingen kunt gebruiken om experimentele resultaten van destillatie en voorspellingen op basis van eerder vastgestelde gegevens over de samenstelling van gassen en vloeistoffen te verklaren. De wet van Raoults en de wet van Daltons geven u manieren om deze verhoudingen van de eenvoudige destillatietheorie te meten.
De precieze samenstelling van die damp die schakelt tussen koken en condenseren volgt Wet van Raoults, die stelt dat de dampspanning van een verbinding afneemt wanneer deze in een oplossing is en gerelateerd kan zijn aan de molaire samenstelling. De vergelijking PEEN= POEEN X χEEN vertelt je dat de partiële druk van een bepaald component A PEEN wordt geproduceerd voor het percentage van de component POEEN en de molfractie van A "chi" χEEN.
De partiële druk is de druk die een samenstellend gas van een mengsel zou hebben als het het volledige volume van dat mengsel op dezelfde temperatuur had. Hiermee kunt u bepalen hoeveel van een gas aanwezig moet zijn als u de molfractie van tevoren kent.
U kunt dan gebruiken Daltons wet waarin staat dat de totale druk van een gasmengsel gelijk is aan de som van de partiële drukken waaruit het bestaat. De theorie over hoe gasdeeltjes bewegen en met elkaar omgaan, verklaart dit.
Je kunt de dampspanning van een verbinding beschrijven met behulp van de temperatuur van de oplossing en het kookpunt van de verbinding omdat, wanneer de temperatuur stijgt, meer van de gasmoleculen voldoende kinetische energie zullen hebben om elkaar in een geschikte oriëntatie te slaan om de reactie te laten optreden. Ze hebben dit nodig om intermoleculaire krachten te overwinnen die de deeltjes in de vloeibare fase bij elkaar zouden houden.
Distillatie in de industrie
Naast onderzoek naar het kookpunt en de gasvormige eigenschappen van verbindingen, vindt destillatie zichzelf nuttig in vele toepassingen in de industrie. Het wordt gebruikt bij het bestuderen en vormen van reacties tussen olie, water en andere componenten zoals methaan die in brandstof worden gebruikt. Voedingswetenschappers en fabrikanten kunnen het gebruiken om sterke drank, bier en verschillende soorten wijn te maken. Distillatietechnieken zijn praktisch toegepast in cosmetica, farmaceutische geneesmiddelen en andere chemische productiemethoden.
De techniek wordt zelfs gebruikt in gloeilampen om te voorkomen dat de wolfraamgloeidraad beschadigd raakt en zorgt voor gloei in de gloeilampen. Ze doen dit door de lucht te scheiden om de gassen te produceren die nodig zijn om gloeilampen te produceren. Deze destillatiemethoden volgen theorie en experimentele scheidingsmethoden.