Contenu
- Appareil de distillation
- Graphique de distillation simple
- Volume vs température
- Théorie de la distillation simple
- Distillation dans l'industrie
Lorsque vous faites fermenter un fruit pour en 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 utilisent beaucoup ces procédés pour purifier les solvants et autres produits de réactions liquides, notamment pour séparer les composants du pétrole brut.
Appareil de distillation
Les graphiques de distillation indiquent les quantités mesurées par des expériences de distillation qui séparent les constituants de liquides. Ces expériences utilisent colonnes de distillation fractionnée consistant en une colonne qui laisse le liquide s'écouler dans un ballon à fond rond avec un thermomètre en haut de la colonne pour déterminer la température des vapeurs.
Une chambre de liquide en diagonale se connecte à un point situé le long de la colonne fractionnelle 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 la distillation à partir d’un schéma de distillation simple, un liquide se transforme en gaz, se condense dans un liquide et poursuit ce processus jusqu’à ce que le liquide que vous voulez distiller s'accumule dans le ballon externe. L'appareil fonctionne en chauffant le liquide qui s'accumule dans le ballon de sorte que la colonne fractionnelle 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 laisse le liquide que vous souhaitez distiller s'accumuler et sert également de conduit de ventilation pour que l'appareil ne se casse pas en cas de surchauffe.
Contrôlez soigneusement la température en maximisant le contact entre le liquide qui retourne dans le ballon à fond rond et la vapeur qui monte à travers la colonne fractionnelle. Parfois, la colonne fractionnaire a des billes de verre ou des niveaux dépassant des côtés internes pour maximiser la surface de contact. Gardez une trace de la température en utilisant le 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 ayant un point d'ébullition inférieur dans le mélange est supérieure à la pression de vapeur du composé ayant un point d'ébullition supérieur. Cela vous permet également de définir le point d'ébullition comme étant la température à laquelle la pression de vapeur est égale à la pression atmosphérique d'un liquide dans un récipient ouvert. C'est la température la plus basse à laquelle la forme liquide du mélange ou du composé se transforme en 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 de gaz distillée sous forme de fraction molaire pour tracer un graphique de la température du liquide, du mélange liquide-vapeur et de la vapeur elle-même afin de déterminer le point d'ébullition de deux ou plusieurs composants du composé. . De nombreuses installations 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 l'indique car, à mesure que la vapeur s'échauffe et traverse la colonne fractionnaire, elle devrait se séparer en deux mélanges distincts de liquides et de gaz. En enregistrant la température tout au long du processus de distillation, vous pouvez déterminer quels composés sont 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 toutefois 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 doit 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 gaz ou de tous les gaz localisant le point d'ébullition de chaque composant du gaz. Cette courbe de composition vous permet de déterminer la configuration appropriée de l'appareil et la température permettant de séparer le mélange gazeux ou liquide. Vous pouvez expérimenter 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 la distillation simple. Distillation simple signifie que le gaz se condense en liquide une fois. Il est donc nécessaire de l’effectuer sur des liquides ou des gaz dont les points d’ébullition sont suffisamment éloignés les uns des autres pour les distinguer.
Utiliser plusieurs étapes de condensation s'appelle distillation fractionnéeet, dans ce cas, vous utiliseriez un graphique de distillation fractionnée du volume en fonction de la température. Vous pouvez extrapoler pour déterminer des configurations théoriques pour d'autres liquides et mélanges, car le fait d'avoir plus de billes ou de plaques dans la configuration devrait théoriquement améliorer la méthode de séparation tout en augmentant le temps nécessaire pour séparer le mélange.
Théorie de la distillation simple
Les mélanges obtenus par des expériences ne produisent pas d'échantillons purs, mais génèrent 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 prévisions basées sur des données précédemment établies concernant la composition des gaz et des liquides. Les lois de Raoults et de Daltons vous permettent de mesurer ces proportions de la théorie de la distillation simple.
La composition précise de cette vapeur qui alterne entre ébullition et condensation suit Loi Raoults, qui stipule que la pression de vapeur d’un composé diminue lorsqu’elle se trouve dans une solution et peut être liée à la composition molaire. L'équation PUNE= PoUNE X χUNE vous dit que la pression partielle d'un certain composant A PUNE est produit pour le pourcentage du composant PoUNE et la fraction molaire de A "chi" χUNE.
La pression partielle est la pression qu'aurait un gaz constituant 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 devrait être présente si vous connaissez la fraction molaire avant la main.
Vous pouvez ensuite utiliser Loi de Daltons qui stipule que la pression totale d'un mélange de gaz est égale à la somme des pressions partielles qui le composent. La théorie de la manière 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 à l'aide de la température de la solution et du point d'ébullition du composé, car lorsque la température augmente, un plus grand nombre de molécules de gaz disposent de l'énergie cinétique suffisante pour se frapper dans une orientation appropriée et permettre la réaction. se produire. Ils en ont besoin pour surmonter les forces intermoléculaires qui maintiendraient les particules ensemble dans la phase liquide.
Distillation dans l'industrie
Outre la recherche sur le point d'ébullition et les propriétés gazeuses des composés, la distillation se révèle utile dans de nombreuses applications de l'industrie. Il est utilisé dans l'étude et la formation de réactions entre l'huile, l'eau et d'autres composants tels que le méthane utilisés dans les carburants. 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 de la cosmétique, des médicaments pharmaceutiques et d’autres méthodes de fabrication de produits chimiques.
Cette technique est même utilisée dans les ampoules électriques pour empêcher que le filament de tungstène ne soit endommagé et pour éclairer les ampoules. Ils le font en séparant l'air pour produire les gaz nécessaires à la fabrication des ampoules. Ces méthodes de distillation suivent des méthodes théoriques et expérimentales de séparation.