Bygga en Lab kvalitet (ish) destillationsapparaten. (2 / 12 steg)

Steg 2: Destillation teori.

Räkna citat: tekniker i organisk kemi vid Mohrig, Hammond, Schatz. ISBN 978-1429219563.

Föreställ dig att du har en stor stack av olikt färgade kulor. Av någon anledning vill du sortera dina kulor i olika högar baserat på deras färg. Så du börja gå dock och välja ut färgerna en efter en. Om du har ett litet antal kulor ta inte detta lång tid. Men nu föreställa din kulorna är om en miljarddel av en meter i diameter och det finns så många av dem vore det Avogadro, öh, jag menar ditt huvud spinn. Tja, skulle inte det vara mycket praktiskt att gå igenom med en mycket liten pincett, plocka ut alla kulor som har samma färg. Faktiskt förlorar färg sin mening i dessa skalor ändå. Så måste vi använda någon annan metod för att sortera dem, förhoppningsvis en metod som inte innebär mycket manuell sortering.

Jag kommer tillbaka till sfären av inte förolämpar din intelligens nu.

Destillation är en metod att separera två eller flera vätskor genom att utnyttja deras skillnader i ångtryck. Ångtryck är trycket från gasen ovanför en förening. Alla föreningar har ångtryck, även fasta ämnen. Beviljas, är ångtryck av stål mycket mindre än, säg, vatten. Denna tanke, det skulle vara ganska lätt att skilja vatten från stål, ja? Ångtryck utövas av is. Detta innebär is kan avdunsta, och detta är faktiskt vad som orsakar frysbränna. Men vad händer om vi har två vätskor som har relativt liknande ånga pressar (men fortfarande olika) och vi kan inte bara använda någon form av filter för att separera dem?

Låt säga att vi har två vätskor A och B. A och B har ett ångtryck vid rumstemperatur av 22Torr och 40Torr, respektive (Torr är en enhet för tryck). Låt säga att vi har exakt samma belopp av A och B i en behållare. Detta innebär att sammansättningen av vätskan är 50 %A och 50 %B, men dunsten ovanför vätskan har en sammansättning av 22 /(22+40) = 35 %A och 40 /(22+40) = 65 %B. Det finns betydligt mer av sammansatta B än förening A i dunsten! Förresten, detta är förmodligen en fasansfulla förenkling av proportioner, och jag kunde knäppa men min O-chem bok för att hitta rätta förhållandet, men jag är säker på att du får den allmänna idén. Nu, om vi kan samla in denna ånga och förvandla det till en vätska, skulle vi ha en flytande sammansättning 35 %A och 65 %B. Vi skulle vara ett steg närmare att separera våra föreningar.

I själva verket kan vi samla dunsten och förvandla det till en vätska genom att kyla dunsten så att den kondenserar. Och som tur är det, som vi tar bort ånga, det fylls hela tiden av vätskan nedan. Tyvärr, denna process blir extremt långsam eftersom ånga pressar är så låg och mycket lite ånga kan fly från vätskan i behållaren under en viss tid. Det kunde ta dagar eller veckor för att skilja dem åt. Om bara fanns det ett sätt att höja ångtryck... Jo det är. Och vi gör det genom att energi, i form av värme, till systemet. Genom att lägga till värme, kan vi höja den totala ångtryck i behållaren till exakt 760Torr, men inte längre. Detta beror på att 760Torr är trycket av jordens atmosfär, och det är på denna punkt att vätskan i behållaren börjar koka.

Nu kan vi samla in dunsten ovanför vätskan och det kommer fyllas på snabbt. Kokpunkten kommer faktiskt driva dunsten ur behållaren, och så länge vi kanalisera dunsten igenom något kallt, och därmed minska ångtryck än en gång, vi kan kondenseras det och samla det som en vätska med en hög koncentration av sammansatta B.

Detta är vad en destillationsapparaten gör en destillation steg benämns som en "enkel destillation". En blandning av vätskor placeras i en pott som värms till kokning. Temperaturen på ångan skall mätas med en termometer överst i en kolumn av ånga som en indikation på relativa renhet. Kondensat (destillat) är vanligtvis samlas in över ett visst temperaturområde, vilket är ett tecken på renhet av resultatet. Dunsten färdas genom en kondensator som kyler dunsten, skicka tillbaka det till ett flytande tillstånd som är en annan sammansättning från start vätskan.

Om vi gör detta om och om igen, kommer vi så småningom få en vätska som är nästan ren B, och nästan ingen A. notera att rening tar faktiskt många upprepningar av destillation. Tja, det är typ av en smärta. Vad händer om vi vill att helt rena något mycket snabbt?

Det är där fraktionerad destillation kommer in. En fraktionerad destillation kolumn är en anordning där många destillationer uppstå i ett steg. Kolumnen fraktionerad är en lång slang som är packad med en hög materiell i yta men låg i volym. Glaspärlor, chambers åtskilda av plåtar och olika strimlad material fungerar bra som packning. Som ånga resor upp kolumnen, skapas en temperaturgradient (högre temp på botten, lägre temp på toppen). Detta orsakar ångan att kondensera på emballaget som det stiger. Kondenserade materialet är högre i renhet än utgångsmaterialet. Sedan ånga mer resor upp kolumnen uppvärmning denna kondenserade flytande till dess nya kokpunkt och Fuktningseffekten den, med dunsten är ett steg högre i renhet än det sista steget. Som sammansättning vidare snedmejslar mot B, kokpunkt droppar, stärka temperaturlutning materialet färdas upp kolumnen. Detta sker många gånger som ånga resor upp kolumnen med lägre ångtryck vätskan skilja och droppar tillbaka ner i kolumnen och flödar tillbaka till den original-behållaren. Fraktionerad kolumner är ofta kallas reflux rör därför.

Användning av en perfekt installera kolumn skulle resultera i mycket skarp hopp i temperatur avläsning på termometern. Eftersom varje ren förening är uttömd i behållaren och nästa lägsta kokpunkten sammansatta klättrar kolumnen, kommer att temperaturen stiga snabbt, som visar förändringen i förening.

Utför en destillation med en fraktionerad kolonn kallas "fraktionerad destillation" och resulterar i en extra rena flytande.

Detta projekt möjliggör användning av båda typer av destillation, eftersom många råa produkter som skall destilleras innehåller organiska fasta ämnen som kan förorena förpackning av en fraktionerad kolumn, och måste helt enkelt skall destilleras först för att ta bort dessa föroreningar.