Když fermentujete ovoce, abyste vyrobili alkohol, můžete destilovat kapalnou směs a izolovat její části. Tato metoda destilace využívá výhod různých složení, která tvoří kapalinu v procesu, jako je fermentace. Chemici tyto procesy velmi využívají k čištění rozpouštědel a dalších produktů kapalných reakcí, včetně oddělování složek ropy.
Destilační zařízení
Destilační grafy ukazují množství naměřená pomocí destilačních experimentů, které oddělují složky kapalin. Tyto experimenty používajífrakční destilační kolonyskládající se z kolony, která umožňuje kapat kapalinu do baňky s kulatým dnem s teploměrem v horní části kolony, aby se určila teplota páry.
Diagonální komora pro kapalinu se připojuje k bodu podél frakčního sloupce poblíž horní části, který se rozprostírá od komory. Tím se vytvoří povrchová plocha, na které může pára kondenzovat a shromažďovat se ve vnější baňce.
Prostřednictvím nastavení destilace z jednoduchého destilačního diagramu se kapalina vaří v plyn, kondenzuje zpět do kapaliny a pokračuje v tomto procesu, dokud se kapalina, kterou chcete destilovat, neshromažďuje v exteriéru baňka. Přístroj pracuje zahříváním kapaliny, která se hromadí v baňce, takže frakční kolona vám řekne tlak par plynné formy kapalné směsi.
Teploměr nahoře by měl číst bod varu kapaliny. Vnější baňka umožňuje shromažďování kapaliny, kterou chcete destilovat, a slouží také jako odvzdušňovací otvor, aby se přístroj nerozbil přehřátím.
Regulujte teplotu velmi pečlivě maximalizováním kontaktu mezi kapalinou, která kape zpět do baňky s kulatým dnem, a parou, která stoupá frakční kolonou. Někdy má frakční kolona skleněné kuličky nebo úrovně vyčnívající z vnitřních stran, aby se maximalizovala povrchová plocha kontaktu. Sledujte teplotu pomocí teploměru, abyste zjistili teplotu, při které k tomu dojde. Měli byste skončit s tlakem par kapalin ve směsi.
Nastavení přístroje zaručuje, že tlak par sloučeniny s nižším bodem varu ve směsi je vyšší než tlak par sloučeniny s vyšším bodem varu. To také umožňuje definovat bod varu jako teplotu, při které se tlak páry rovná atmosférickému tlaku pro kapalinu v otevřené nádobě. Toto je nejnižší teplota, při které se kapalná forma směsi nebo sloučeniny vaří v plyn. Tyto metody frakční destilace je činí užitečnými v průmyslovém prostředí pro výrobu chemických sloučenin.
Jednoduchý destilační graf
Můžete také použít zlomek plynu, který se destiluje, jako molární zlomek k vykreslení grafu teploty kapalina, směs kapalina-pára a samotná pára k určení bodu varu dvou nebo více složek sloučenina. Mnoho instalací destilačního zařízení bude automaticky měřit teplotu během zahřívání experimentu. To vám může poskytnout souvislou sadu datových bodů v čase, které lze snadno grafovat pomocí aplikace Excel nebo jiného softwaru.
Křivka vám to říká, protože jak se pára ohřívá a prochází frakčním sloupcem, měla by se rozdělit na dvě oddělené směsi kapalin a plynů. Zaznamenáváním teploty během celého procesu destilace můžete zjistit, jaké sloučeniny jsou ve skutečnosti založeny na bodu varu.
Nebo můžete použít stejný postup k určení bodu varu známé sloučeniny. Proces je však omezen teplotami, kterých můžete dosáhnout se zdrojem tepla ovlivňujícím baňku s kulatým dnem.
Objem vs. teplota
Jednoduchý destilační graf by vám měl ukázat destilační graf objemu v závislosti na teplotě směsi body, ve kterých se protíná teplota obou nebo všech plynů, lokalizují bod varu každé složky plyn. Tato křivka složení umožňuje zjistit vhodné nastavení přístroje a teplotu pro oddělení směsi plynu nebo kapaliny. Můžete experimentovat s různými typy frakčních sloupců, abyste zjistili, který vám dává nejjasnější představu o bodu varu složek.
Graf jednoduché destilace sleduje jednoduchou teorii destilace.Jednoduchá destilaceznamená, že plyn jednou kondenzuje na kapalinu, takže ji musíte provést u kapalin nebo plynů, které mají body varu dostatečně daleko od sebe, aby je bylo možné rozeznat.
Je požadováno použití více kroků kondenzacefrakční destilace, a v tomto případě byste použili graf frakční destilace objemu vs. teplota. Můžete extrapolovat a zjistit teoretická nastavení pro jiné kapaliny a směsi, protože máte více kuliček nebo talířů v nastavení by teoreticky měla zlepšit separační metodu a zároveň prodloužit čas potřebný k oddělení směsi.
Jednoduchá teorie destilace
Směsi, které destilují pomocí experimentů, neprodukují čisté vzorky, ale vedou k nečistotám v různých směsích, které měříte. To znamená, že můžete použít rovnice k vysvětlení experimentálních výsledků z destilace i z předpovědí založených na dříve zjištěných datech o složení plynů a kapalin. Raoultův zákon a Daltonův zákon vám dávají způsoby, jak měřit tyto proporce jednoduché teorie destilace.
Následuje přesné složení této páry, která přepíná mezi varem a kondenzacíRaoultův zákon, který uvádí, že tlak par sloučeniny klesá, když je v roztoku, a může souviset s molárním složením. Rovnice
P_A = P_A ^ o \ times \ chi_A
říká, že parciální tlak určité složky APAse vyrábí pro procento komponentyPÓA a molární zlomek A "chi"χA.
Parciální tlak je tlak, který by měl základní plyn ve směsi, kdyby měl celý objem této směsi při stejné teplotě. To vám umožní určit, kolik plynu by mělo být přítomno, pokud znáte molární zlomek předem.
Poté můžete použítDaltonův zákonkterý uvádí, že celkový tlak plynné směsi se rovná součtu parciálních tlaků, které ji tvoří. Vysvětluje to teorie, jak se částice plynu pohybují a vzájemně reagují.
Tlak par sloučeniny můžete popsat pomocí teploty roztoku a bodu varu sloučeniny, protože, když zvyšuje se teplota, více molekul plynu bude mít dostatek kinetické energie, aby se navzájem zasáhly ve vhodné orientaci, aby umožnily reakce. Potřebují to k překonání mezimolekulárních sil, které by držely částice pohromadě v kapalné fázi.
Destilace v průmyslu
Kromě výzkumu teploty varu a plynných vlastností sloučenin je destilace užitečná v mnoha aplikacích napříč průmyslem. Používá se při studiu a formování reakcí mezi olejem, vodou a dalšími složkami, jako je methan, které se používají v palivech. Potravinářští vědci a výrobci jej mohou používat k výrobě alkoholu, piva a různých druhů vína. Destilační techniky našly praktické využití v průmyslových odvětvích kosmetiky, farmaceutických léčiv a dalších chemických výrobních metod.
Tato technika se dokonce používá u žárovek, aby se zabránilo poškození wolframového vlákna a aby se ve žárovkách vytvořila záře. Dělají to oddělením vzduchu za vzniku plynů potřebných k výrobě žárovek. Tyto destilační metody se řídí teorií a experimentálními metodami separace.