Περιεχόμενο
- Συσκευή απόσταξης
- Απλός πίνακας απόσταξης
- Όγκος έναντι Θερμοκρασίας
- Απλή θεωρία απόσταξης
- Απόσταξη στη βιομηχανία
Όταν ζυμώσετε φρούτα για να κάνετε το αλκοόλ, μπορείτε να αποστάξετε το υγρό μείγμα για να απομονώσετε μέρη του. Αυτή η μέθοδος απόσταξης εκμεταλλεύεται τις διαφορετικές συνθέσεις που συνιστούν το υγρό σε μια διαδικασία όπως η ζύμωση. Οι χημικοί κάνουν μεγάλη χρήση αυτών των διεργασιών για τον καθαρισμό των διαλυτών και άλλων προϊόντων υγρών αντιδράσεων, συμπεριλαμβανομένου του διαχωρισμού των συστατικών του αργού πετρελαίου.
Συσκευή απόσταξης
Τα γραφήματα απόσταξης δείχνουν τις ποσότητες που μετρώνται μέσω πειραμάτων απόσταξης που διαχωρίζουν τα συστατικά των υγρών. Αυτά τα πειράματα χρησιμοποιούν κλασματικές στήλες απόσταξης που αποτελείται από μια στήλη που επιτρέπει στο υγρό να στάζει σε μια φιάλη στρογγυλού πυθμένα με ένα θερμόμετρο στην κορυφή της στήλης για τον προσδιορισμό της θερμοκρασίας των ατμών.
Ένας διαγώνιος θάλαμος υγρού συνδέεται σε ένα σημείο κατά μήκος της κλασματικής στήλης κοντά στην κορυφή που εκτείνεται μακριά από το θάλαμο. Αυτό δημιουργεί μια επιφάνεια στην οποία ο ατμός μπορεί να συμπυκνώνεται και να συλλέγεται σε μια εξωτερική φιάλη.
Μέσω της εγκατάστασης απόσταξης από ένα απλό διάγραμμα απόσταξης, ένα υγρό βράζει σε ένα αέριο, συμπυκνώνεται ξανά σε ένα υγρό και συνεχίζει αυτή τη διαδικασία έως ότου το υγρό που θέλετε να αποστάξει συγκεντρώνεται στην εξωτερική φιάλη. Η συσκευή λειτουργεί με θέρμανση του υγρού που συλλέγεται στη φιάλη έτσι ώστε η κλασματική στήλη να σας λέει την τάση ατμών της μορφής αερίου του υγρού μίγματος.
Το θερμόμετρο στην κορυφή θα πρέπει να διαβάζει το σημείο βρασμού του υγρού. Η εξωτερική φιάλη επιτρέπει στο υγρό να συλλέγει το οποίο θέλετε να αποστάξει και χρησιμεύει επίσης ως εξαερισμός έτσι ώστε η συσκευή να μην σπάσει λόγω υπερθέρμανσης.
Ελέγξτε τη θερμοκρασία πολύ προσεκτικά μεγιστοποιώντας την επαφή μεταξύ του υγρού που στάζει πίσω στη φιάλη στρογγυλού πυθμένα και του ατμού που ανεβαίνει μέσω της κλασματικής στήλης. Μερικές φορές η κλασματική στήλη έχει γυάλινες χάντρες ή επίπεδα που προεξέχουν από τις εσωτερικές πλευρές για να μεγιστοποιήσουν την επιφάνεια επαφής. Παρακολουθήστε τη θερμοκρασία χρησιμοποιώντας το θερμόμετρο για να υπολογίσετε τη θερμοκρασία στην οποία συμβαίνει αυτό. Θα πρέπει να καταλήξετε στις πιέσεις ατμών των υγρών στο μείγμα.
Η διάταξη της συσκευής εγγυάται ότι η τάση ατμών της ένωσης με χαμηλότερο σημείο βρασμού στο μείγμα είναι μεγαλύτερη από την τάση ατμών του ατμού με υψηλότερο σημείο βρασμού. Αυτό σας επιτρέπει επίσης να ορίσετε το σημείο βρασμού ως τη θερμοκρασία στην οποία η τάση ατμών ισούται με την ατμοσφαιρική πίεση για ένα υγρό σε ένα ανοικτό δοχείο. Αυτή είναι η χαμηλότερη θερμοκρασία στην οποία η υγρή μορφή του μίγματος ή της ένωσης βράζει σε αέριο. Αυτές οι μέθοδοι κλασματικής απόσταξης τις καθιστούν χρήσιμες σε βιομηχανικές εγκαταστάσεις για την κατασκευή χημικών ενώσεων.
Απλός πίνακας απόσταξης
Μπορείτε επίσης να χρησιμοποιήσετε το κλάσμα του αερίου που αποστάζεται ως κλάσμα mole για να σχεδιάσετε ένα γράφημα της θερμοκρασίας του υγρού, του μίγματος υγρού-ατμού και του ίδιου του ατμού για τον προσδιορισμό του σημείου βρασμού των δύο ή περισσοτέρων συστατικών της ένωσης . Πολλές ρυθμίσεις συσκευών απόσταξης θα μετρήσουν αυτόματα τη θερμοκρασία σε όλη τη θέρμανση του πειράματος. Αυτό μπορεί να σας δώσει ένα συνεχές σύνολο σημείων δεδομένων με την πάροδο του χρόνου που μπορούν εύκολα να γραφιστούν χρησιμοποιώντας το Excel ή κάποιο άλλο λογισμικό.
Η καμπύλη σας το λέει αυτό επειδή, καθώς ο ατμός θερμαίνεται και διέρχεται από τη κλασματική στήλη, πρέπει να χωριστεί στα δύο χωριστά μίγματα υγρών και αερίων. Καταγράφοντας τη θερμοκρασία σε όλη τη διαδικασία απόσταξης, μπορείτε να υπολογίσετε ποιες είναι οι ενώσεις που βασίζονται στην πραγματικότητα στο σημείο βρασμού.
Ή μπορείτε να χρησιμοποιήσετε την ίδια διαδικασία για να προσδιορίσετε το σημείο βρασμού μιας γνωστής ένωσης. Η διαδικασία είναι περιορισμένη, όμως, από τις θερμοκρασίες που μπορείτε να επιτύχετε με την πηγή θερμότητας που επηρεάζει τη φιάλη στρογγυλού πυθμένα.
Όγκος έναντι Θερμοκρασίας
Το απλό γράφημα απόσταξης θα σας δείξει ένα γράφημα απόσταξης του όγκου σε σχέση με τη θερμοκρασία του μείγματος με τα σημεία στα οποία τέμνεται η θερμοκρασία και των δύο ή όλων των αερίων εντοπίστε το σημείο βρασμού κάθε συστατικού του αερίου. Αυτή η καμπύλη σύνθεσης σας επιτρέπει να υπολογίσετε την κατάλληλη ρύθμιση της συσκευής και τη θερμοκρασία για να διαχωρίσετε το μείγμα αερίου ή υγρού. Μπορείτε να πειραματιστείτε με διαφορετικούς τύπους κλασματικών στηλών για να καταλάβετε ποια σας δίνει τη σαφέστερη ιδέα του σημείου βρασμού για τα συστατικά.
Το απλό γράφημα απόσταξης ακολουθεί την απλή θεωρία απόσταξης. Απλή απόσταξη σημαίνει ότι το αέριο συμπυκνώνεται σε υγρό μία φορά έτσι πρέπει να το εκτελέσετε σε υγρά ή αέρια που έχουν σημεία βρασμού αρκετά μακριά το ένα από το άλλο για να τα διακρίνουν.
Χρησιμοποιείται πολλαπλά στάδια συμπύκνωσης κλασματική απόσταξη, και, στην περίπτωση αυτή, χρησιμοποιείτε ένα γράφημα κλασματικής απόσταξης του όγκου έναντι της θερμοκρασίας. Μπορείτε να κάνετε παρέκταση για να βρείτε τις θεωρητικές ρυθμίσεις για άλλα υγρά και μείγματα, διότι έχοντας περισσότερα σφαιρίδια ή πλάκες στην εγκατάσταση θα πρέπει να βελτιώσουν θεωρητικά τη μέθοδο διαχωρισμού αυξάνοντας παράλληλα το χρόνο που απαιτείται για το διαχωρισμό του μείγματος.
Απλή θεωρία απόσταξης
Τα μίγματα που αποστάζουν μέσω πειραμάτων δεν παράγουν καθαρά δείγματα, αλλά έχουν ως αποτέλεσμα ακαθαρσίες στα διάφορα μείγματα που μετράτε. Αυτό σημαίνει ότι μπορείτε να χρησιμοποιήσετε εξισώσεις για να εξηγήσετε τα πειραματικά αποτελέσματα τόσο από την απόσταξη όσο και από τις προβλέψεις που βασίζονται σε δεδομένα που έχουν προηγουμένως καθοριστεί σχετικά με τη σύνθεση αερίων και υγρών. Ο νόμος Raoults και ο νόμος Daltons σας δίνουν τρόπους μέτρησης αυτών των αναλογιών της απλής απόσταξης θεωρίας.
Η επακριβής σύνθεση αυτού του ατμού που αλλάζει μεταξύ βρασμού και συμπύκνωσης ακολουθεί Νόμος Raoults, το οποίο δηλώνει ότι η τάση ατμών μιας ένωσης μειώνεται όταν είναι σε ένα διάλυμα και μπορεί να σχετίζεται με τη γραμμομοριακή σύνθεση. Η εξίσωση ΠΕΝΑ= ΡoΕΝΑ Χ χΕΝΑ σας λέει ότι η μερική πίεση ενός συγκεκριμένου εξαρτήματος Α ΠΕΝΑ παράγεται για το ποσοστό του συστατικού ΠoΕΝΑ και το γραμμομοριακό κλάσμα του Α "chi" χΕΝΑ.
Η μερική πίεση είναι η πίεση που ένα συστατικό αέριο ενός μίγματος θα είχε εάν είχε ολόκληρο τον όγκο αυτού του μίγματος στην ίδια θερμοκρασία. Αυτό σας επιτρέπει να καθορίσετε πόσο ένα αέριο θα πρέπει να υπάρχει αν γνωρίζετε το κλάσμα mole πριν από το χέρι.
Στη συνέχεια, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε Νόμος Daltons που δηλώνει ότι η ολική πίεση ενός μείγματος αερίων ισούται με το άθροισμα των μερικών πιέσεων που το κατατάσσουν. Η θεωρία του πώς κινούνται σωματίδια αερίου και αλληλεπιδρούν μεταξύ τους εξηγεί αυτό.
Μπορείτε να περιγράψετε την τάση ατμών μιας ένωσης χρησιμοποιώντας τη θερμοκρασία του διαλύματος και το σημείο βρασμού της ένωσης επειδή, όταν η θερμοκρασία αυξάνεται, περισσότερα από τα μόρια αερίου θα έχουν αρκετή κινητική ενέργεια για να χτυπήσουν το ένα στο άλλο με κατάλληλο προσανατολισμό για να αφήσουν την αντίδραση συμβούν. Χρειάζονται να ξεπεράσουν τις διαμοριακές δυνάμεις που θα συγκρατούν τα σωματίδια μαζί στην υγρή φάση.
Απόσταξη στη βιομηχανία
Εκτός από την έρευνα σχετικά με το σημείο βρασμού και τις αέριες ιδιότητες των ενώσεων, η απόσταξη είναι χρήσιμη σε πολλές εφαρμογές σε ολόκληρη τη βιομηχανία. Χρησιμοποιείται στη μελέτη και τη διαμόρφωση αντιδράσεων μεταξύ πετρελαίου, νερού και άλλων συστατικών όπως το μεθάνιο που χρησιμοποιούνται στα καύσιμα. Οι επιστήμονες και οι κατασκευαστές τροφίμων μπορούν να το χρησιμοποιήσουν για να κάνουν το αλκοόλ, τη μπύρα και τους διάφορους τύπους κρασιού. Οι τεχνικές απόσταξης έχουν βρει πρακτική χρήση σε βιομηχανίες καλλυντικών, φαρμακευτικών φαρμάκων και άλλων χημικών μεθόδων παρασκευής.
Η τεχνική χρησιμοποιείται ακόμη και σε λαμπτήρες για την πρόληψη βλάβης του νήματος βολφραμίου και την παροχή λαμπτήρων στους λαμπτήρες. Αυτό γίνεται με το διαχωρισμό του αέρα για την παραγωγή των αερίων που είναι απαραίτητα για την κατασκευή των λαμπτήρων. Αυτές οι μέθοδοι απόσταξης ακολουθούν τη θεωρία και τις πειραματικές μεθόδους για τον διαχωρισμό.