Innhold
- Destillasjonsapparat
- Enkel destillasjonsgrafikk
- Volum vs temperatur
- Enkel destillasjonsteori
- Destillasjon i industrien
Når du gjærer frukt for å lage alkohol, kan du destillere væskeblandingen for å isolere deler av den. Denne destillasjonsmetoden utnytter de forskjellige blandinger som utgjør væsken i en prosess som gjæring. Kjemikere utnytter disse prosessene veldig godt til rensing av løsningsmidler og andre produkter av flytende reaksjoner, inkludert separering av komponentene i råolje.
Destillasjonsapparat
Destillasjonsgrafer viser deg mengdene som er målt ved destillasjonseksperimenter som skiller væskestoffer. Disse eksperimentene bruker brøkdestillasjonskolonner bestående av en kolonne som lar væske dryppe ned i en rundbunns kolbe med et termometer på toppen av kolonnen for å bestemme damptemperaturen.
Et diagonalt væskekammer kobles til et punkt langs brøksøylen nær toppen som strekker seg vekk fra kammeret. Dette skaper et overflateareal hvor dampen kan kondensere og samles i en ekstern kolbe.
Gjennom destillasjonsoppsettet fra et enkelt destillasjonsdiagram koker en væske inn i en gass, kondenseres tilbake til en væske og fortsetter denne prosessen til væsken du vil destillere samler seg i den ytre kolben. Apparatet fungerer ved å varme opp væsken som samles opp i kolben slik at brøksøylen forteller deg damptrykket til gassformen til væskeblandingen.
Termometeret på toppen skal lese væskens kokepunkt. Den eksterne kolben lar væsken samle opp du vil destillere og fungerer også som en lufte slik at apparatet ikke går i stykker ved overoppheting.
Kontroller temperaturen veldig nøye ved å maksimere kontakten mellom væsken som drypper ned i rundkolben og dampen som stiger gjennom brøksøylen. Noen ganger har brøksøylen glassperler eller nivåer som stikker ut fra de indre sidene for å maksimere kontaktflaten. Hold rede på temperaturen ved hjelp av termometeret for å finne ut temperaturen som dette skjer. Du bør ende opp med damptrykkene til væskene i blandingen.
Apparatoppsettet garanterer at damptrykket til forbindelsen med et lavere kokepunkt i blandingen er større enn damptrykket til den med et høyere kokepunkt. Dette lar deg også definere kokepunktet som temperaturen som damptrykket tilsvarer atmosfæretrykket for en væske i en åpen beholder. Dette er den laveste temperatur ved hvilken den flytende formen av blandingen eller forbindelsen koker til en gass. Disse metodene for brøkdestillasjon gjør dem nyttige i industrielle omgivelser for fremstilling av kjemiske forbindelser.
Enkel destillasjonsgrafikk
Du kan også bruke brøkdelen av gassen som er destillert som en molfraksjon for å plotte en graf over væskens temperatur, væske-dampblandingen og selve dampen for å bestemme kokepunktet for de to eller flere komponenter i forbindelsen . Mange destillasjonsapparatoppsett vil automatisk måle temperaturen under oppvarmingen av eksperimentet. Dette kan gi deg et kontinuerlig sett med datapunkter over tid som enkelt kan graferes ved hjelp av Excel eller annen programvare.
Kurven forteller deg dette fordi dampen varmes opp og passerer gjennom brøksøylen, og bør skille seg i de to separate blandingene av væsker og gasser. Ved å registrere temperaturen gjennom destillasjonsprosessen, kan du finne ut hva forbindelsene faktisk er basert på kokepunktet.
Eller du kan bruke den samme prosessen for å bestemme kokepunktet til en kjent forbindelse. Prosessen er imidlertid begrenset av temperaturene du kan oppnå med varmekilden som påvirker rundbunnsflasken.
Volum vs temperatur
Den enkle destillasjonsgrafen skal vise deg en destillasjonsgraf av volum kontra temperatur på blandingen med punktene hvor temperaturen til begge eller alle gassene skjærer hverandre, lokaliserer kokepunktet for hver komponent i gassen. Denne komposisjonskurven lar deg finne ut riktig apparatoppsett og temperatur for å skille gass- eller væskeblandingen. Du kan eksperimentere med forskjellige typer brøksøyler for å finne ut hvilken som gir deg den klareste ideen om kokepunkt for bestanddelene.
Den enkle destillasjonskurven følger enkel destillasjonsteori. Enkel destillasjon betyr at gassen kondenserer til væske en gang, så du må utføre den på væsker eller gasser som har kokepunkter langt nok fra hverandre til å skille dem.
Å bruke flere trinn med kondensering kalles fraksjonert destillasjon, og i dette tilfellet, vil du bruke en brøkdestillasjonsgraf av volum kontra temperatur. Du kan ekstrapolere for å finne ut teoretiske oppsett for andre væsker og blandinger fordi å ha flere perler eller plater i oppsettet teoretisk sett burde forbedre separasjonsmetoden mens du øker tiden det tar å skille blandingen.
Enkel destillasjonsteori
Blandinger som destillerer gjennom eksperimenter produserer ikke rene prøver, men resulterer i urenheter i de forskjellige blandingene du måler. Dette betyr at du kan bruke ligninger for å forklare eksperimentelle resultater fra destillasjon så vel som fra prediksjoner basert på tidligere etablerte data om sammensetningen av gasser og væsker. Raoults lov og Daltons lov gir deg måter å måle disse proporsjonene av enkel destillasjonsteori.
Den nøyaktige sammensetningen av dampen som skifter mellom koking og kondensering følger Raoults lov, som sier at damptrykket til en forbindelse synker når det er i en løsning og kan relateres til den molære sammensetningen. Ligningen PEN= PoEN x χEN forteller deg at deltrykket til en viss komponent A PEN produseres for prosentandelen av komponenten PoEN og molfraksjonen av A "chi" χEN.
Deltrykket er trykket som en bestanddel av en blanding ville ha hvis den hadde hele volumet av den blandingen ved samme temperatur. Dette lar deg bestemme hvor mye av en gass som skal være til stede hvis du kjenner føflekkfraksjonen før hånd.
Du kan da bruke Daltons lov som sier at totaltrykket til en gassblanding tilsvarer summen av deltrykkene som utgjør den. Teorien om hvordan partikler av gass beveger seg og interagerer med hverandre forklarer dette.
Du kan beskrive damptrykket til en forbindelse ved å bruke temperaturen i løsningen og kokepunktet for forbindelsen, fordi når temperaturen øker, vil flere av gassmolekylene ha nok kinetisk energi til å slå hverandre i en passende retning for å la reaksjonen skje. De trenger dette for å overvinne intermolekylære krefter som vil holde partiklene sammen i væskefasen.
Destillasjon i industrien
I tillegg til forskning på forbindelsers kokepunkt og gassegenskaper, finner destillasjon seg nyttig i mange bruksområder over hele industrien. Det brukes til å studere og danne reaksjoner mellom olje, vann og andre komponenter som metan som brukes i drivstoff. Matforskere og produsenter kan bruke det til å lage brennevin, øl og forskjellige typer vin. Destillasjonsteknikker har funnet praktisk bruk i industrier av kosmetikk, farmasøytiske medikamenter og andre kjemiske fremstillingsmetoder.
Teknikken brukes til og med i lyspærer for å forhindre at wolframtrådene blir skadet og gir glød i lyspærene. De gjør dette ved å skille luften for å produsere gassene som er nødvendige for å produsere lyspærer. Disse destillasjonsmetodene følger teori og eksperimentelle metoder for separasjon.