Indhold
- Destillationsapparat
- Enkel destillationsgrafik
- Volumen vs temperatur
- Simpel destillationsteori
- Destillation i industrien
Når du gærer frugt for at fremstille alkohol, kan du destillere den flydende blanding for at isolere dele af den. Denne destillationsmetode drager fordel af de forskellige sammensætninger, der udgør væsken i en proces som fermentering. Kemikere gør stor brug af disse processer til oprensning af opløsningsmidler og andre produkter af flydende reaktioner, herunder adskillelse af komponenterne i råolie.
Destillationsapparat
Destillationsgrafer viser dig de mængder, der er målt ved destillationseksperimenter, der adskiller væskekomponenter. Disse eksperimenter bruger fraktioneret destillationskolonner bestående af en søjle, der lader væske dryppe ned i en rundbundet kolbe med et termometer øverst på søjlen for at bestemme dampens temperatur.
Et diagonalt væskekammer forbindes til et punkt langs den fraktionerede søjle nær toppen, der strækker sig væk fra kammeret. Dette skaber et overfladeareal, hvorpå dampen kan kondensere og samles i en ekstern kolbe.
Gennem destillationsopsætningen fra et simpelt destillationsdiagram koges en væske ind i en gas, kondenseres tilbage til en væske og fortsætter denne proces, indtil den væske, du vil destillere, samles i den ydre kolbe. Apparatet fungerer ved at opvarme væsken, der opsamles i kolben, således at den fraktionerede søjle fortæller damptrykket i gasformen for væskeblandingen.
Termometeret øverst skal læse væskens kogepunkt. Den ydre kolbe lader væsken opsamle det, du vil destillere, og fungerer også som en udluftning, så apparatet ikke går i stykker ved overophedning.
Styr temperaturen meget omhyggeligt ved at maksimere kontakten mellem væsken, der drypper tilbage i den rundbundne kolbe og dampen, der stiger gennem brøksøjlen. Undertiden har den fraktionerede søjle glasperler eller niveauer, der stikker ud fra de indvendige sider for at maksimere kontaktoverfladearealet. Hold styr på temperaturen ved hjælp af termometeret til at finde ud af temperaturen, hvor dette sker. Du skal ende med damptrykket af væskerne i blandingen.
Apparatopsætningen garanterer, at damptrykket for forbindelsen med et lavere kogepunkt i blandingen er større end damptrykket fra det med et højere kogepunkt. Dette giver dig også mulighed for at definere kogepunktet som den temperatur, hvorpå damptrykket er lig med atmosfæretrykket for en væske i en åben beholder. Dette er den laveste temperatur, ved hvilken den flydende form af blandingen eller forbindelsen koges til en gas. Disse fremgangsmåder til fraktioneret destillation gør dem nyttige i industrielle omgivelser til fremstilling af kemiske forbindelser.
Enkel destillationsgrafik
Du kan også bruge fraktionen af den gas, der er destilleret som en molfraktion, til at tegne en graf over væskens temperatur, væske-dampblandingen og selve dampen til at bestemme kogepunktet for de to eller flere komponenter i forbindelsen . Mange destillationsapparatopsætninger måler automatisk temperaturen under hele opvarmningen af eksperimentet. Dette kan give dig et kontinuerligt sæt med datapunkter over tid, der let kan graferes ved hjælp af Excel eller anden software.
Kurven fortæller dig dette, da dampen opvarmes og passerer gennem brøksøjlen, bør den adskilles i de to separate blandinger af væsker og gasser. Ved at registrere temperaturen gennem destillationsprocessen kan du finde ud af, hvad forbindelserne rent faktisk er baseret på kogepunktet.
Eller du kan bruge den samme proces til at bestemme kogepunktet for en kendt forbindelse. Processen er dog begrænset af de temperaturer, du kan opnå med varmekilden, der påvirker den rundbundne kolbe.
Volumen vs temperatur
Den enkle destillationsgrafik skal vise dig en destillationsgraf for volumen kontra temperaturen i blandingen med de punkter, hvor temperaturen på begge eller alle gasser krydser lokaliserer kogepunktet for hver komponent af gassen. Denne kompositionskurve giver dig mulighed for at finde ud af den passende apparats opsætning og temperatur for at adskille gas- eller væskeblandingen. Du kan eksperimentere med forskellige typer brøksøjler for at finde ud af, hvilken der giver dig den klareste idé om kogepunkt for bestanddelene.
Den enkle destillationsgrafik følger simpel destillationsteori. Enkel destillation betyder, at gassen kondenseres til væske én gang, så du er nødt til at udføre den på væsker eller gasser, der har kogepunkter langt nok fra hinanden til at skelne dem.
Brug af flere trin med kondens kaldes fraktioneret destillation, og i dette tilfælde skal du bruge en brøkdestillationsgrafik for volumen vs. temperatur. Du kan ekstrapolere for at finde ud af teoretiske opsætninger for andre væsker og blandinger, fordi det at have flere perler eller plader i opsætningen teoretisk bør forbedre separationsmetoden og samtidig øge den tid, det tager at adskille blandingen.
Simpel destillationsteori
Blandinger, der destilleres gennem eksperimenter, producerer ikke rene prøver, men resulterer i urenheder i de forskellige blandinger, som du måler. Dette betyder, at du kan bruge ligninger til at forklare eksperimentelle resultater fra destillation såvel som fra forudsigelser baseret på tidligere etablerede data om sammensætningen af gasser og væsker. Raoults-loven og Daltons-loven giver dig måder at måle disse proportioner af simpel destillationsteori.
Den nøjagtige sammensætning af den damp, der skifter mellem kogning og kondensering, følger Raoults lov, som siger, at damptrykket af en forbindelse falder, når det er i en opløsning og kan relateres til den molære sammensætning. Ligningen PEN= PoEN x χEN fortæller dig, at deltrykket af en bestemt komponent A PEN produceres for procentdelen af komponenten PoEN og molfraktionen af A "chi" χEN.
Deltrykket er det tryk, som en bestanddel af en blanding ville have, hvis den havde hele volumenet af denne blanding ved den samme temperatur. Dette giver dig mulighed for at bestemme, hvor meget af en gas, der skal være til stede, hvis du kender molefraktionen før hånden.
Du kan derefter bruge Daltons lov der siger, at det samlede tryk for en gasblanding er lig med summen af det delvise tryk, der udgør den. Teorien om, hvordan gaspartikler bevæger sig og interagerer med hinanden, forklarer dette.
Du kan beskrive dampforbindelsen for en forbindelse ved hjælp af temperaturen i opløsningen og kogepunktet for forbindelsen, fordi, når temperaturen stiger, flere af gasmolekylerne har tilstrækkelig kinetisk energi til at slå hinanden i en passende orientering til at lade reaktionen forekomme. De har brug for dette for at overvinde intermolekylære kræfter, der vil holde partiklerne sammen i væskefasen.
Destillation i industrien
Foruden forskning på forbindelsernes kogepunkt og gasformige egenskaber finder destillation sig nyttig i mange anvendelser i hele industrien. Det bruges til at studere og danne reaktioner mellem olie, vand og andre komponenter, såsom metan, der bruges i brændstof. Madforskere og producenter kan bruge det til at fremstille spiritus, øl og forskellige typer vin. Destillationsteknikker har fundet praktisk anvendelse i industrier inden for kosmetik, farmaceutiske lægemidler og andre kemiske fremstillingsmetoder.
Teknikken bruges endda i pærer til at forhindre, at wolframtråd bliver beskadiget og giver glød i pærer. De gør dette ved at adskille luften for at producere de gasser, der er nødvendige for at fremstille lyspærer. Disse destillationsmetoder følger teori og eksperimentelle metoder til adskillelse.