Lorsque vous faites fermenter des fruits pour faire de l'alcool, vous pouvez distiller le mélange liquide pour en isoler des parties. Cette méthode de distillation tire parti des différentes compositions qui composent le liquide dans un processus comme la fermentation. Les chimistes font un grand usage de ces procédés pour purifier les solvants et autres produits de réactions liquides, y compris la séparation des composants du pétrole brut.
Appareil de distillation
Les graphiques de distillation vous montrent les quantités mesurées lors d'expériences de distillation qui séparent les constituants des liquides. Ces expériences utilisentcolonnes de distillation fractionnéeconsistant en une colonne qui laisse s'égoutter le liquide dans un ballon à fond rond avec un thermomètre au sommet de la colonne pour déterminer la température de la vapeur.
Une chambre à liquide diagonale se connecte à un point le long de la colonne fractionnaire près du sommet qui s'éloigne de la chambre. Cela crée une surface sur laquelle la vapeur peut se condenser et s'accumuler dans un ballon externe.
Grâce à la configuration de distillation à partir d'un diagramme de distillation simple, un liquide bout en un gaz, se condense de nouveau dans un liquide et continue ce processus jusqu'à ce que le liquide que vous voulez distiller se rassemble dans l'extérieur ballon. L'appareil fonctionne en chauffant le liquide qui s'accumule dans le ballon de telle sorte que la colonne fractionnée vous indique la pression de vapeur de la forme gazeuse du mélange liquide.
Le thermomètre en haut doit indiquer le point d'ébullition du liquide. Le ballon externe permet de recueillir le liquide que vous souhaitez distiller et sert également d'évent afin que l'appareil ne se brise pas par surchauffe.
Contrôlez très soigneusement la température en maximisant le contact entre le liquide qui s'égoutte dans le ballon à fond rond et la vapeur qui monte à travers la colonne fractionnée. Parfois, la colonne fractionnée a des billes de verre ou des niveaux dépassant des côtés internes pour maximiser la surface de contact. Gardez une trace de la température à l'aide du thermomètre pour déterminer la température à laquelle cela se produit. Vous devriez vous retrouver avec les pressions de vapeur des liquides dans le mélange.
La configuration de l'appareil garantit que la pression de vapeur du composé avec un point d'ébullition inférieur dans le mélange est supérieure à la pression de vapeur de celui avec un point d'ébullition plus élevé. Cela vous permet également de définir le point d'ébullition comme la température à laquelle la pression de vapeur est égale à la pression atmosphérique pour un liquide dans un récipient ouvert. Il s'agit de la température la plus basse à laquelle la forme liquide du mélange ou du composé bout en un gaz. Ces méthodes de distillation fractionnée les rendent utiles dans les milieux industriels pour la fabrication de composés chimiques.
Graphique de distillation simple
Vous pouvez également utiliser la fraction du gaz distillé en tant que fraction molaire pour tracer un graphique de la température du liquide, le mélange liquide-vapeur et la vapeur elle-même pour déterminer le point d'ébullition de deux ou plusieurs composants du composé. De nombreuses configurations d'appareils de distillation mesureront automatiquement la température tout au long du chauffage de l'expérience. Cela peut vous donner un ensemble continu de points de données au fil du temps qui peuvent facilement être représentés graphiquement à l'aide d'Excel ou d'un autre logiciel.
La courbe vous le dit car, à mesure que la vapeur se réchauffe et traverse la colonne fractionnée, elle doit se séparer en deux mélanges séparés de liquides et de gaz. En enregistrant la température tout au long du processus de distillation, vous pouvez déterminer quels sont les composés réellement basés sur le point d'ébullition.
Ou vous pouvez utiliser le même processus pour déterminer le point d'ébullition d'un composé connu. Le processus est cependant limité par les températures que vous pouvez atteindre avec la source de chaleur affectant le ballon à fond rond.
Volume vs température
Le graphique de distillation simple devrait vous montrer un graphique de distillation du volume en fonction de la température du mélange avec les points d'intersection de la température des deux ou de tous les gaz situent le point d'ébullition de chaque composant du gaz. Cette courbe de composition vous permet de déterminer la configuration et la température appropriées de l'appareil pour séparer le mélange gazeux ou liquide. Vous pouvez expérimenter avec différents types de colonnes fractionnaires pour déterminer laquelle vous donne la meilleure idée du point d'ébullition des constituants.
Le graphique de distillation simple suit la théorie de distillation simple.Distillation simplesignifie que le gaz se condense en liquide une fois, vous devez donc l'effectuer sur des liquides ou des gaz dont les points d'ébullition sont suffisamment éloignés les uns des autres pour les discerner.
L'utilisation de plusieurs étapes de condensation est appeléedistillation fractionnée, et, dans ce cas, vous utiliseriez un graphique de distillation fractionnaire de volume vs. Température. Vous pouvez extrapoler pour déterminer les configurations théoriques pour d'autres liquides et mélanges car avoir plus de billes ou de plaques dans l'installation devrait théoriquement améliorer la méthode de séparation tout en augmentant le temps nécessaire pour séparer le mélange.
Théorie de la distillation simple
Les mélanges qui distillent à travers des expériences ne produisent pas d'échantillons purs, mais entraînent des impuretés dans les différents mélanges que vous mesurez. Cela signifie que vous pouvez utiliser des équations pour expliquer les résultats expérimentaux de la distillation ainsi que des prédictions basées sur des données précédemment établies sur la composition des gaz et des liquides. La loi de Raoult et la loi de Dalton vous donnent des moyens de mesurer ces proportions de la théorie de la distillation simple.
La composition précise de cette vapeur qui bascule entre l'ébullition et la condensation suitLa loi de Raoult, qui indique que la pression de vapeur d'un composé diminue lorsqu'il est en solution et peut être liée à la composition molaire. L'équation
P_A=P_A^o\times\chi_A
vous dit que la pression partielle d'un certain composant APUNEest produit pour le pourcentage du composantPoUNE et la fraction molaire de A "chi"χUNE.
La pression partielle est la pression qu'aurait un gaz constitutif d'un mélange s'il avait tout le volume de ce mélange à la même température. Cela vous permet de déterminer la quantité de gaz qui doit être présente si vous connaissez la fraction molaire à l'avance.
Vous pouvez alors, utiliserla loi de Daltonqui stipule que la pression totale d'un mélange gazeux est égale à la somme des pressions partielles qui le composent. La théorie de la façon dont les particules de gaz se déplacent et interagissent les unes avec les autres explique cela.
Vous pouvez décrire la pression de vapeur d'un composé en utilisant la température de la solution et le point d'ébullition du composé car, lorsque augmente la température, plus de molécules de gaz auront suffisamment d'énergie cinétique pour se heurter dans une orientation appropriée pour laisser le réaction se produit. Ils en ont besoin pour vaincre les forces intermoléculaires qui maintiendraient les particules ensemble dans la phase liquide.
Distillation dans l'industrie
En plus de la recherche sur le point d'ébullition et les propriétés gazeuses des composés, la distillation se trouve utile dans de nombreuses applications dans l'industrie. Il est utilisé pour étudier et former des réactions entre le pétrole, l'eau et d'autres composants tels que le méthane qui sont utilisés dans le carburant. Les scientifiques et les fabricants de produits alimentaires peuvent l'utiliser pour fabriquer de l'alcool, de la bière et différents types de vin. Les techniques de distillation ont trouvé une utilisation pratique dans les industries des cosmétiques, des médicaments pharmaceutiques et d'autres méthodes de fabrication de produits chimiques.
La technique est même utilisée dans les ampoules pour empêcher le filament de tungstène d'être endommagé et pour faire briller les ampoules. Ils le font en séparant l'air pour produire les gaz nécessaires à la fabrication des ampoules. Ces méthodes de distillation suivent la théorie et les méthodes expérimentales de séparation.