Obsah
- Destilačné prístroje
- Jednoduchý destilačný graf
- Objem verzus teplota
- Teória jednoduchej destilácie
- Destilácia v priemysle
Keď fermentujete ovocie, aby ste vytvorili alkohol, môžete tekutú zmes destilovať a izolovať jej časti. Tento spôsob destilácie využíva rôzne zloženia, ktoré tvoria kvapalinu v procese, ako je fermentácia. Chemici vo veľkej miere využívajú tieto procesy na čistenie rozpúšťadiel a iných produktov kvapalných reakcií vrátane oddelenia zložiek ropy.
Destilačné prístroje
Destilačné grafy ukazujú množstvá namerané destilačnými experimentmi, ktoré oddeľujú zložky tekutín. Tieto experimenty sa používajú frakčné destilačné kolóny pozostáva z kolóny, ktorá umožňuje kvapkanie kvapaliny do banky s guľatým dnom s teplomerom v hornej časti kolóny, aby sa stanovila teplota pár.
Diagonálna kvapalinová komora sa pripája k bodu pozdĺž frakčnej kolóny blízko vrcholu, ktorý sa rozprestiera preč od komory. To vytvára povrchovú plochu, na ktorej môžu pary kondenzovať a zhromažďovať sa vo vonkajšej banke.
Prostredníctvom destilačnej zostavy z jednoduchého destilačného diagramu kvapalina vrie na plyn, kondenzuje späť do kvapaliny a pokračuje v tomto procese, až kým sa kvapalina, ktorú chcete destilovať, zhromažďuje vo vonkajšej banke. Prístroj pracuje zahrievaním kvapaliny, ktorá sa zhromažďuje v banke tak, že frakčná kolóna vám hovorí tlak pár plynnej formy kvapalnej zmesi.
Teplomer v hornej časti by mal odčítavať bod varu kvapaliny. Vonkajšia banka umožňuje zachytenie kvapaliny, ktorú chcete destilovať, a slúži tiež ako ventil, aby sa prístroj neprehrial prehriatím.
Teplota sa kontroluje veľmi opatrne maximalizáciou kontaktu medzi kvapalinou, ktorá steká späť do banky s guľatým dnom a parou, ktorá stúpa cez frakčnú kolónu. Frakčný stĺpec má niekedy sklenené guľôčky alebo úrovne vyčnievajúce z vnútorných strán, aby sa maximalizovala povrchová plocha kontaktu. Sledujte teplotu pomocou teplomera, aby ste zistili teplotu, pri ktorej k tomu dôjde. Mali by ste skončiť tlakom pár kvapalín v zmesi.
Nastavenie zariadenia zaručuje, že tlak pár zlúčeniny s nižším bodom varu v zmesi je vyšší ako tlak pár zlúčeniny s vyšším bodom varu. To vám tiež umožňuje definovať bod varu ako teplotu, pri ktorej sa tlak pary rovná atmosférickému tlaku pre kvapalinu v otvorenej nádobe. Toto je najnižšia teplota, pri ktorej kvapalná forma zmesi alebo zlúčeniny vrie na plyn. Tieto metódy frakčnej destilácie ich robia užitočnými v priemyselnom prostredí na výrobu chemických zlúčenín.
Jednoduchý destilačný graf
Frakciu plynu, ktorá sa destiluje ako molárnu frakciu, môžete použiť aj na graf závislosti teploty kvapaliny, zmesi kvapalina-para a samotnej pary na určenie bodu varu dvoch alebo viacerých zložiek zlúčeniny. , Mnoho nastavení destilačných prístrojov automaticky meria teplotu počas zahrievania experimentu. To vám môže poskytnúť nepretržitú množinu údajových bodov v priebehu času, ktoré sa dajú ľahko graficky znázorniť pomocou Excelu alebo iného softvéru.
Krivka vám to hovorí, pretože keď sa para zahrieva a prechádza frakčnou kolónou, mala by sa rozdeliť na dve samostatné zmesi kvapalín a plynov. Zaznamenávaním teploty počas destilačného procesu môžete zistiť, aké zlúčeniny sú v skutočnosti založené na bode varu.
Alebo môžete použiť rovnaký postup na stanovenie bodu varu známej zlúčeniny. Tento proces je však obmedzený teplotami, ktoré je možné dosiahnuť so zdrojom tepla ovplyvňujúcim banku s guľatým dnom.
Objem verzus teplota
Jednoduchý destilačný graf by vám mal ukázať destilačný graf objemu verzus teploty zmesi s bodmi, v ktorých sa teplota pretína oboch alebo všetkých plynov, lokalizuje bod varu každej zložky plynu. Táto krivka zloženia vám umožní zistiť vhodné nastavenie prístroja a teplotu na oddelenie zmesi plynu alebo kvapaliny. Môžete experimentovať s rôznymi typmi frakčných stĺpcov a zistiť, ktorý z nich vám dáva najjasnejšiu predstavu o bode varu zložiek.
Jednoduchý destilačný graf sleduje jednoduchú destilačnú teóriu. Jednoduchá destilácia znamená plyn raz kondenzovať na kvapalinu, takže ho musíte vykonať na kvapalinách alebo plynoch, ktoré majú body varu dostatočne ďaleko od seba, aby ste ich mohli rozlíšiť.
Nazýva sa použitie viacerých krokov kondenzácie frakčná destiláciaa v tomto prípade by ste použili graf frakčnej destilácie objemu a teploty. Môžete extrapolovať, aby ste zistili teoretické nastavenia pre ďalšie kvapaliny a zmesi, pretože ak by v zostave bolo viac guľôčok alebo doštičiek, teoreticky by sa mala zlepšiť metóda separácie a zároveň by sa predĺžil čas potrebný na oddelenie zmesi.
Teória jednoduchej destilácie
Zmesi, ktoré destilujú počas experimentov, nevytvárajú čisté vzorky, ale vedú k nečistotám v rôznych zmesiach, ktoré meriate. To znamená, že pomocou rovníc môžete vysvetliť experimentálne výsledky z destilácie, ako aj z predpovedí na základe predtým stanovených údajov o zložení plynov a kvapalín. Raoultsov zákon a Daltonov zákon vám dávajú spôsoby merania týchto rozmerov jednoduchej teórie destilácie.
Nasleduje presné zloženie tejto pary, ktorá prepína medzi varom a kondenzáciou Raoultsov zákon, ktorý uvádza, že tlak pary zlúčeniny sa znižuje, keď je v roztoku, a môže súvisieť s molárnym zložením. Rovnica P= Po X χ hovorí, že parciálny tlak určitej zložky A P sa vyrába pre percento zložky Po a molárny zlomok "chi" χ.
Parciálny tlak je tlak, ktorý by tvoriaci plyn zmesi mal, keby mal celý objem zmesi pri rovnakej teplote. To vám umožní určiť, koľko plynu by malo byť prítomné, ak viete, že krtok má zlomok pred rukou.
Potom môžete použiť Daltonov zákon ktorý uvádza, že celkový tlak zmesi plynov sa rovná súčtu parciálnych tlakov, ktoré ju tvoria. Vysvetľuje to teória toho, ako sa častice plynu pohybujú a vzájomne reagujú.
Tlak pary zlúčeniny môžete opísať pomocou teploty roztoku a teploty varu zlúčeniny, pretože pri zvyšovaní teploty bude mať viac molekúl plynu dostatok kinetickej energie na to, aby si navzájom udreli vhodnú orientáciu, aby mohla reagovať nastať. Potrebujú to na prekonanie intermolekulárnych síl, ktoré by častice držali pohromade v kvapalnej fáze.
Destilácia v priemysle
Okrem výskumu teploty varu a plynných vlastností zlúčenín sa destilácia považuje za užitočnú v mnohých aplikáciách naprieč priemyslom. Používa sa pri štúdiu a formovaní reakcií medzi olejom, vodou a inými zložkami, napríklad metánom, ktoré sa používajú v palivách. Vedci a výrobcovia potravín ho môžu použiť na výrobu likérov, piva a rôznych druhov vína. Destilačné techniky našli praktické využitie v priemysle kozmetiky, farmaceutických liečiv a iných chemických výrobných metód.
Táto technika sa dokonca používa v žiarovkách na zabránenie poškodenia volfrámového vlákna pred poškodením a na poskytnutie žiaru v žiarovkách. Robia to oddelením vzduchu, aby vytvorili plyny potrebné na výrobu žiaroviek. Tieto destilačné metódy sa riadia teóriou a experimentálnymi metódami separácie.