تقطير بسيط

Concepts Instructor Prep Student Protocol

157.8K views03:13 min

عندما يتم تسخين السائل ، فإنه يكتسب الطاقة حتى يفوق الاضطراب المتزايد في طور الغاز التفاعلات بين الجزيئات في الطور السائل. بمجرد أن تكون الجزيئات الكافية في الطور الغازي ، فإنها تهرب من السائل على شكل فقاعات. يحدث هذا التأثير ، المسمى الغليان ، عندما يكون ضغط البخار الكلي للمادة مساويا للضغط الجوي.

ضغط البخار هو ضغط البخار في حالة توازن مع مرحلته المكثفة ، ويختلف باختلاف درجة الحرارة. في خليط من السوائل، يكون لكل مكون ضغط بخار خاص به، والذي نسميه ضغطه الجزئي. ضغط البخار الكلي للخليط يساوي مجموع الضغوط الجزئية. إذا كانت السوائل قابلة للامتزاج ، مما يعني أنها تشكل دائما محلولا متجانسا ، فإن الضغط الجزئي لكل مكون هو ضغط بخار المركب النقي عند درجة الحرارة هذه مضروبا في جزء الخلد في السائل.

تسمى درجة الحرارة التي تبدأ عندها الفقاعة الأولى من البخار في التكون في خليط سائل بنقطة الفقاعة. بالنسبة للسائل النقي ، فإن كل من نقطة الفقاعة ودرجة الحرارة التي يبدأ عندها البخار في التكثيف ، أو نقطة الندى ، هي نفسها نقطة الغليان. ومع ذلك ، بالنسبة لمزيج من سائلين قابلين للامتزاج ، ستكون كل من نقطة الفقاعة ونقطة الندى بين نقاط غليان المكونات.

عندما يغلي الخليط لأول مرة ، يكون البخار غنيا بالمركب ذو نقطة الغليان السفلية ، أو المركب الأكثر تقلابا. هذا يزيد من نسبة المركب مع نقطة الغليان الأعلى ، أو المركب الأقل تقلبا ، في الخليط السائل.

التقطير هو تقنية فصل تستفيد من هذه الظاهرة. في تقطير بسيط ، يتم غلي خليط سائل متجانس. ثم يدخل البخار المتصاعد إلى الغرفة الداخلية للمكثف المبرد بالماء. يتكثف البخار في سائل يسمى نواتج التقطير ، والذي يتم جمعه بعد ذلك في وعاء منفصل.

مع استمرار الغليان ، تتغير تركيبات السائل والبخار مع إزالة المكون الأكثر تقلبا. إذن، إذا جمعنا نواتج التقطير في أجزاء صغيرة، فسنلاحظ أن كل جزء يحتوي على المركبات بنسبة مولارية مختلفة.

مع زيادة نسبة المكون الأقل تقلبا في الخليط السائل ، تزداد أيضا نقطة الفقاعة ونقطة الندى. يؤدي رسم فقاعة الخليط ونقاط الندى مقابل كسور الخلد للمكونات إلى عمل مخطط لدرجة الغليان. بمجرد الحصول على هذا الشكل ، يمكننا استخدام منحنى نقطة الندى لتحديد تركيب البخار عند درجة حرارة معينة.

في هذا المختبر ، ستقوم بإعداد وإجراء التقطير البسيط لمزيج من الهكسان الحلقي والتولوين وتسجيل درجة حرارة البخار طوال التجربة. ستستخدم بعد ذلك مخطط نقطة الغليان المنشور للهكسان الحلقي والتولوين لتحديد تكوين البخار ، مما يسمح لك بتقدير تكوين الخليط السائل طوال فترة التقطير.

Overview

Loading...

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

تقطير خليط قابل للامتزاج

سوف تتبخر بعض السوائل تماما بمرور الوقت إذا تركت في وعاء مفتوح في درجة حرارة الغرفة. ومع ذلك ، يمكن تسريع عملية التبخر هذه بشكل كبير إذا تم تسخين السائل. عندما يتم تسخين السائل ، تكتسب الجزيئات الموجودة بداخله الطاقة للهروب من الطور السائل والانتقال إلى الطور الغازي على شكل فقاعات. هذه الظاهرة تسمى الغليان.

ضغط البخار

ضع في اعتبارك حاوية مغلقة من السائل. في البداية ، يتبخر بعض هذا السائل ، ولكن فقط حتى يساوي معدل التبخر معدل التكثيف. بعد الوصول إلى هذه النقطة ، لا يوجد تغيير آخر في النظام ، ويكون السائل والبخار في حالة توازن. بمجرد تحديد ذلك ، يسمى الضغط الذي يمارسه البخار فوق السائل ضغط البخار. يسمى ميل السائل إلى التبخر بتقلبه. السائل الأكثر تقلبا له ضغط بخار أعلى ، بينما يكون للسائل الأقل تقلبا ضغط بخار أقل.

عندما يتم تسخين وعاء مفتوح من السائل ، يتبخر المزيد من السائل. إذا تمت إضافة حرارة كافية ، تتشكل فقاعات بخار في السائل ويغلي السائل. تعرف درجة الحرارة التي يكون عندها ضغط بخار السائل هو نفس الضغط الجوي بنقطة الغليان.

بالنسبة للمادة النقية ، من السهل تحديد ضغط البخار. ماذا عن خليط من السوائل المختلفة؟ إذا كانت السوائل النقية تشكل محلولا متجانسا قابلا للامتزاج ، فإن كل واحد سيساهم في ضغط البخار الكلي كضغوط جزئية. الضغط الكلي للغاز لخليط من الغازات يساوي مجموع الضغوط الفردية التي يمارسها كل غاز بمعزل عن غيرها. تعرف هذه القاعدة باسم قانون دالتون. لذلك ، لتحديد ضغط البخار الكلي للخليط ، يجب أن تعرف ضغوط بخار المواد النقية والمساهمة المولية لكل سائل في الخليط الكلي ، وهي قيمة تعرف باسم كسر الخلد. تعرف هذه العلاقة باسم قانون راؤول:

p_A = p_A* x_A

حيث p_A هو ضغط بخار مكون سائل في خليط ، p_A^* هو ضغط بخار السائل النقي بمعزل عن الجميع ، والذي يمكن الرجوع إليه من الأدبيات ، و x_A هو جزء الخلد من المكون السائل في الخليط السائل. يتم حساب كسور الخلد بقسمة عدد مولات المكون السائل على العدد الكلي لمولات كل مكون في خليط السائل.

يمكن تطبيق قانون دالتون للضغوط الجزئية بمجرد معرفة ضغط البخار لكل مكون على حدة.

P = p_A + p_B

الضغط الكلي (P) هو مجموع ضغط بخار كلا السائلين فوق الخليط ، حيث p_A و p _B هما ضغطان بخار السائلين A و B ، على التوالي ، فوق الخليط.

نقطة الغليان

تعرف درجة الحرارة التي يتم عندها تغيير مادة عضوية نقية من الطور السائل إلى الطور الغازي باسم نقطة الغليان. في خليط من السوائل القابلة للامتزاج ، يغلي المحلول عندما يساوي ضغط البخار الكلي للمحلول الضغط الجوي. وبالتالي ، تحدث درجة غليان الخليط عند درجة حرارة بين نقاط غليان السائلين النقيين.

عندما يتم تسخين الخليط إلى درجة الغليان ، تهرب بعض الجزيئات من الطور السائل وتدخل الطور الغازي. درجة الحرارة التي تبدأ عندها الفقاعات الأولى في التكون في محلول قابل للامتزاج يتم تسخينه هي درجة حرارة نقطة الفقاعة. في حالة السائل النقي ، تكون نقطة الفقاعة هي نفس نقطة الغليان.

الطور الغازي غني بجزيئات المكون الأكثر تقلبا ، أو المكون ذو ضغط البخار الأعلى ونقطة الغليان المنخفضة. يزداد عدد الجزيئات التي تتبخر مع استخدام المزيد من الحرارة. وبالتالي ، فإن الطور السائل غني بجزيئات المكون الأقل تقلبا ، أو المكون ذو ضغط البخار المنخفض ونقطة الغليان الأعلى. تعرف درجة الحرارة التي تبدأ عندها قطرات السائل الأولى في التكون أثناء التقطير بدرجة حرارة نقطة الندى.

مخطط توازن البخار السائل

مخطط توازن البخار والسائل هو مخطط لدرجة حرارة التوازن لجزء الخلد لمكونات خليط ثنائي ، مع منحنى مرسوم للطور السائل ومرحلة البخار. يمثل المحور x جزء الخلد لكل مكون من المكونين في الخليط، والمحور y هو درجة الحرارة. تتوفر هذه المخططات في الأدبيات الخاصة بالمخاليط الشائعة ويمكن استخدامها لتحديد درجات حرارة درجة غليان الخليط بالنظر إلى جزء الخلد لكل مكون. كما أنها تستخدم لتحديد تكوين كل مرحلة في تجربة التقطير.

التقطير

التقطير هو تقنية فصل تستفيد من خصائص درجة غليان المخاليط. لإجراء التقطير ، يتم تسخين خليط قابل للامتزاج من سائلين مع اختلاف كبير في نقاط الغليان - 20 درجة مئوية على الأقل. عندما يسخن المحلول ويصل إلى نقطة الفقاعة للمكون الأكثر تقلبا ، تنتقل بعض جزيئات المكون الأكثر تقلبا إلى الطور الغازي وتنتقل لأعلى إلى المكثف. المكثف عبارة عن أنبوب زجاجي به أقسام داخلية وخارجية منفصلة. ينتقل البخار إلى الجزء الداخلي من المكثف ، حيث يتم تكثيفه إلى سائل بواسطة الماء البارد المتدفق في الجزء الخارجي من المكثف. يسمى هذا البخار المكثف بنتاج التقطير ، ويتم جمعه في أسطوانة متدرجة أو أنبوب اختبار.

مع تقدم التقطير ، تزداد درجة الحرارة اللازمة لغلي المحلول حيث يغلي المكون الأكثر تقلبا في وقت مبكر. وبالتالي ، يتغير تكوين نواتج التقطير بمرور الوقت. في وقت مبكر من التقطير ، يكون نواتج التقطير غنيا بالمكون الأكثر تقلبا. في منتصف التقطير ، يحتوي نواتج التقطير على مزيج من المكونين ؛ وفي نهاية التقطير ، يكون نواتج التقطير غنيا بالمكون الأقل تقلبا.

يوضح مخطط توازن البخار والسائل التغير في كل من تركيب السائل في القارورة ونواتج التقطير على مدار عملية التقطير. هناك نوعان من المنحنيات على المؤامرة. يصف المنحنى السفلي درجة غليان السائل في القارورة من حيث صلته بتكوينه ، بينما يصف المنحنى العلوي درجة حرارة البخار من حيث صلته بتكوينه. بالامتداد ، يصف المنحنى العلوي تكوين نواتج التقطير.

يمكن استخدام مخطط توازن البخار والسائل المنشور من الأدبيات لتحديد تكوين السائل والبخار عند درجة حرارة معينة أثناء التجربة. يمكن أن يساعد ذلك في تحديد وقت إنهاء التقطير لفصل المكونين.

المراجع

كوتز ، جي سي ، تريتشيل جونيور ، بي إم ، تاونسند ، جي آر (2012). الكيمياء والتفاعل الكيميائي. بلمونت ، كاليفورنيا: بروكس / كول ، Cengage Learning.
سيلدربيرج ، MS (2009). الكيمياء: الطبيعة الجزيئية للمادة والتغيير. بوسطن ، ماساتشوستس: ماكجرو هيل.
فيلدر ، آر إم ، روسو ، ر. دبليو (2000). المبادئ الأولية للعمليات الكيميائية . نيويورك ، نيويورك: Wiley and Sons، Inc.

Procedure

Loading...

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

عندما يتم تسخين السائل ، فإنه يكتسب الطاقة حتى يفوق الاضطراب المتزايد في طور الغاز التفاعلات بين الجزيئات في الطور السائل. بمجرد أن تكون الجزيئات الكافية في الطور الغازي ، فإنها تهرب من السائل على شكل فقاعات. يحدث هذا التأثير ، المسمى الغليان ، عندما يكون ضغط البخار الكلي للمادة مساويا للضغط الجوي.

ضغط البخار هو ضغط البخار في حالة توازن مع مرحلته المكثفة ، ويختلف باختلاف درجة الحرارة. في خليط من السوائل، يكون لكل مكون ضغط بخار خاص به، والذي نسميه ضغطه الجزئي. ضغط البخار الكلي للخليط يساوي مجموع الضغوط الجزئية. إذا كانت السوائل قابلة للامتزاج ، مما يعني أنها تشكل دائما محلولا متجانسا ، فإن الضغط الجزئي لكل مكون هو ضغط بخار المركب النقي عند درجة الحرارة هذه مضروبا في جزء الخلد في السائل.

تسمى درجة الحرارة التي تبدأ عندها الفقاعة الأولى من البخار في التكون في خليط سائل بنقطة الفقاعة. بالنسبة للسائل النقي ، فإن كل من نقطة الفقاعة ودرجة الحرارة التي يبدأ عندها البخار في التكثيف ، أو نقطة الندى ، هي نفسها نقطة الغليان. ومع ذلك ، بالنسبة لمزيج من سائلين قابلين للامتزاج ، ستكون كل من نقطة الفقاعة ونقطة الندى بين نقاط غليان المكونات.

عندما يغلي الخليط لأول مرة ، يكون البخار غنيا بالمركب ذو نقطة الغليان السفلية ، أو المركب الأكثر تقلابا. هذا يزيد من نسبة المركب مع نقطة الغليان الأعلى ، أو المركب الأقل تقلبا ، في الخليط السائل.

التقطير هو تقنية فصل تستفيد من هذه الظاهرة. في تقطير بسيط ، يتم غلي خليط سائل متجانس. ثم يدخل البخار المتصاعد إلى الغرفة الداخلية للمكثف المبرد بالماء. يتكثف البخار في سائل يسمى نواتج التقطير ، والذي يتم جمعه بعد ذلك في وعاء منفصل.

مع استمرار الغليان ، تتغير تركيبات السائل والبخار مع إزالة المكون الأكثر تقلبا. إذن، إذا جمعنا نواتج التقطير في أجزاء صغيرة، فسنلاحظ أن كل جزء يحتوي على المركبات بنسبة مولارية مختلفة.

مع زيادة نسبة المكون الأقل تقلبا في الخليط السائل ، تزداد أيضا نقطة الفقاعة ونقطة الندى. يؤدي رسم فقاعة الخليط ونقاط الندى مقابل كسور الخلد للمكونات إلى عمل مخطط لدرجة الغليان. بمجرد الحصول على هذا الشكل ، يمكننا استخدام منحنى نقطة الندى لتحديد تركيب البخار عند درجة حرارة معينة.

في هذا المختبر ، ستقوم بإعداد وإجراء التقطير البسيط لمزيج من الهكسان الحلقي والتولوين وتسجيل درجة حرارة البخار طوال التجربة. ستستخدم بعد ذلك مخطط نقطة الغليان المنشور للهكسان الحلقي والتولوين لتحديد تكوين البخار ، مما يسمح لك بتقدير تكوين الخليط السائل طوال فترة التقطير.

Transcript

Loading...

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

عندما يتم تسخين السائل ، فإنه يكتسب الطاقة حتى يفوق الاضطراب المتزايد في طور الغاز التفاعلات بين الجزيئات في الطور السائل. بمجرد أن تكون الجزيئات الكافية في الطور الغازي ، فإنها تهرب من السائل على شكل فقاعات. يحدث هذا التأثير ، المسمى الغليان ، عندما يكون ضغط البخار الكلي للمادة مساويا للضغط الجوي.

ضغط البخار هو ضغط البخار في حالة توازن مع مرحلته المكثفة ، ويختلف باختلاف درجة الحرارة. في خليط من السوائل، يكون لكل مكون ضغط بخار خاص به، والذي نسميه ضغطه الجزئي. ضغط البخار الكلي للخليط يساوي مجموع الضغوط الجزئية. إذا كانت السوائل قابلة للامتزاج ، مما يعني أنها تشكل دائما محلولا متجانسا ، فإن الضغط الجزئي لكل مكون هو ضغط بخار المركب النقي عند درجة الحرارة هذه مضروبا في جزء الخلد في السائل.

تسمى درجة الحرارة التي تبدأ عندها الفقاعة الأولى من البخار في التكون في خليط سائل بنقطة الفقاعة. بالنسبة للسائل النقي ، فإن كل من نقطة الفقاعة ودرجة الحرارة التي يبدأ عندها البخار في التكثيف ، أو نقطة الندى ، هي نفسها نقطة الغليان. ومع ذلك ، بالنسبة لمزيج من سائلين قابلين للامتزاج ، ستكون كل من نقطة الفقاعة ونقطة الندى بين نقاط غليان المكونات.

عندما يغلي الخليط لأول مرة ، يكون البخار غنيا بالمركب ذو نقطة الغليان السفلية ، أو المركب الأكثر تقلابا. هذا يزيد من نسبة المركب مع نقطة الغليان الأعلى ، أو المركب الأقل تقلبا ، في الخليط السائل.

التقطير هو تقنية فصل تستفيد من هذه الظاهرة. في تقطير بسيط ، يتم غلي خليط سائل متجانس. ثم يدخل البخار المتصاعد إلى الغرفة الداخلية للمكثف المبرد بالماء. يتكثف البخار في سائل يسمى نواتج التقطير ، والذي يتم جمعه بعد ذلك في وعاء منفصل.

مع استمرار الغليان ، تتغير تركيبات السائل والبخار مع إزالة المكون الأكثر تقلبا. إذن، إذا جمعنا نواتج التقطير في أجزاء صغيرة، فسنلاحظ أن كل جزء يحتوي على المركبات بنسبة مولارية مختلفة.

مع زيادة نسبة المكون الأقل تقلبا في الخليط السائل ، تزداد أيضا نقطة الفقاعة ونقطة الندى. يؤدي رسم فقاعة الخليط ونقاط الندى مقابل كسور الخلد للمكونات إلى عمل مخطط لدرجة الغليان. بمجرد الحصول على هذا الشكل ، يمكننا استخدام منحنى نقطة الندى لتحديد تركيب البخار عند درجة حرارة معينة.

في هذا المختبر ، ستقوم بإعداد وإجراء التقطير البسيط لمزيج من الهكسان الحلقي والتولوين وتسجيل درجة حرارة البخار طوال التجربة. ستستخدم بعد ذلك مخطط نقطة الغليان المنشور للهكسان الحلقي والتولوين لتحديد تكوين البخار ، مما يسمح لك بتقدير تكوين الخليط السائل طوال فترة التقطير.

Explore More Videos