JEDNODUCHÁ DESTILACE: PROCES A PŘÍKLADY - CHEMIE - 2025

Jednoduchá destilace je proces, ve kterém páry vyrobené z kapaliny se dostávají přímo do kondenzátoru, ve kterém nízkoteplotní páry a kondenzátu.

Používá se k oddělení těkavé složky od netěkavých složek přítomných v kapalině. Používá se také pro oddělování dvou kapalin přítomných v roztoku s velmi odlišnými body varu.

Základní nastavení jednoduché destilace. Zdroj: Pixabay

Jednoduchá destilace není efektivní metoda pro separaci dvou těkavých kapalin přítomných v roztoku. Když se její teplota zvyšuje dodáváním tepla, zvyšuje se také kinetická energie molekul, což jim umožňuje překonat kohezní sílu mezi nimi.

Těkavé kapaliny se začínají vařit, když se jejich tlak par rovná vnějšímu tlaku vyvíjenému na povrch roztoku. Obě kapaliny přispívají ke složení vytvořené páry, přičemž přítomnost těkavější kapaliny je větší; to znamená ten s nejnižším bodem varu.

Proto těkavější kapalina tvoří většinu vytvořeného destilátu. Proces se opakuje, dokud není dosaženo požadované čistoty nebo nejvyšší možné koncentrace.

Jednoduchý destilační proces

V jednoduché destilaci se teplota roztoku zvyšuje až do varu. V tu chvíli dochází k přechodu mezi kapalným a plynným stavem. To je pozorováno, když v roztoku začíná neustálé bublání.

Zařízení

Zařízení pro jednoduchou destilaci obvykle sestává z hořáku nebo topné přikrývky (viz obrázek); kulatá žáruvzdorná skleněná baňka se skleněnou hubicí pro umožnění jejího spojení; a některé skleněné korálky (některé používají dřevěnou tyčinku), aby se zmenšila velikost vytvořených bublin.

Skleněné kuličky slouží jako jádra vytvářející bubliny, která umožňují kapalině vařit pomalu, aby nedocházelo k přehřívání, které by vedlo ke vzniku jakýchkoli velkých bublin; dokonce schopen vytlačit z destilační baňky množství kapaliny.

K ústí baňky je připevněn adaptér ze žáruvzdorného skla se třemi ústí, který je vyroben z broušeného skla. Jeden krk je připojen k destilační baňce, druhý krk je připojen k kondenzátoru a třetí krk je uzavřen pomocí gumové zátky.

Na obrázku montáži chybí tento adaptér; a místo toho jsou teploměr a přímý konektor ke kondenzátoru umístěny přes stejnou gumovou zátku.

Kondenzátor

Kondenzátor je zařízení navržené tak, aby plnilo funkci uvedenou v názvu: kondenzovat páru, která jím prochází. Svým horním ústím je spojen s adaptérem a svým dolním ústím je připojen k balónu, kde se shromažďují destilační produkty.

V případě obrázku používají (i když to není vždy správné) odměrný válec k měření destilovaného objemu najednou.

Voda, která cirkuluje přes vnější plášť kondenzátoru, vstupuje do jeho spodní části a vystupuje z horní části. To zajišťuje, že teplota kondenzátoru je dostatečně nízká, aby umožnila kondenzaci par produkovaných v destilační baňce.

Všechny části, které tvoří destilační aparát, jsou upevněny sponami spojenými s kovovým nosičem.

Objem roztoku, který má být podroben destilaci, se umístí do kulaté baňky s vhodnou kapacitou.

Správné připojení se provádí pomocí grafitu nebo maziva pro zajištění účinného utěsnění a zahřívání roztoku začíná. Současně začíná průchod vody kondenzátorem.

Topení

Při zahřívání destilační baňky je na teploměru pozorováno zvýšení teploty, dokud není dosaženo bodu, kdy teplota zůstává konstantní. To platí i v případě, že topení pokračuje; pokud se veškerá těkavá kapalina úplně neodpaří.

Vysvětlení tohoto chování je, že bylo dosaženo bodu varu složky s nejnižším bodem varu kapalné směsi, při níž se její tlak par rovná vnějšímu tlaku (760 mm Hg).

V tomto okamžiku je veškerá tepelná energie vydávána při přechodu z kapalného stavu do plynného stavu, který zahrnuje vypršení intermolekulární kohezní síly kapaliny. Přívod tepla se proto nevede ke zvýšení teploty.

Kapalný produkt destilace se shromažďuje v řádně označených baňkách, jejichž objem závisí na objemu původně umístěném v destilační baňce.

Příklady

Destilace vody a alkoholu

Máte 50% roztok alkoholu ve vodě. Pokud víte, že bod varu alkoholu je 78,4 ° C a bod varu vody je přibližně 100 ° C, lze tedy získat čistý alkohol jednoduchým destilačním krokem? Odpověď je ne.

Zahříváním směsi alkoholu a vody se nejprve dosáhne bodu varu nejprchavější kapaliny; v tomto případě alkohol. Vytvořená pára bude mít vyšší podíl alkoholu, ale v páře bude také vysoká přítomnost vody, protože body varu jsou podobné.

Kapalina shromážděná z destilace a kondenzace bude mít obsah alkoholu vyšší než 50%. Pokud je tato kapalina podrobena postupné destilaci, může být dosaženo koncentrovaného alkoholového roztoku; ale ne čistá, protože páry budou i nadále táhnout vodu do určitého složení a vytvářet takzvaný azeotrop

Kapalný produkt fermentace cukrů má obsah alkoholu 10%. Tuto koncentraci lze dosáhnout jednoduchou destilací, jako v případě whisky, na 50%.

Separace kapalina-pevná látka

Roztok soli ve vodě sestává z kapaliny, která může být těkavá, a netěkavé sloučeniny s vysokou teplotou varu: sůl.

Destilací roztoku se v kondenzační kapalině získá čistá voda. Mezitím se na dně destilační baňky usadí soli.

Alkohol a glycerin

Existuje směs ethylalkoholu s bodem varu 78,4 ° C a glycerinu s bodem varu 260 ° C. Při jednoduché destilaci bude mít vytvořená pára velmi vysoké procento alkoholu, téměř 100%.

Proto se získá destilovaná kapalina s procentem alkoholu, podobným jako u páry. K tomu dochází, protože body varu kapalin jsou velmi odlišné.

Reference

1. Claude Yoder. (2019). Destilace. Kabelová chemie. Obnoveno z: wiredchemist.com
2. Whitten, Davis, Peck a Stanley. (2008). Chemie. (8. ed.). CENGAGE Učení.
3. Dragani, Rachelle. (17. května 2018). Tři příklady jednoduchých destilačních směsí. Sciencing. Obnoveno z: sciencing.com
4. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (2. ledna 2019). Co je destilace? Definice chemie. Obnoveno z: thinkco.com
5. Dr. Welder. (sf). Jednoduchá destilace. Obnoveno z: dartmouth.edu
6. University of Barcelona. (sf). Destilace. Obnoveno z: ub.edu