זיקוק בקיטור

זיקוק בקיטור

זיקוק בקיטור היא טכניקת הפרדה הרותמת את תכונת נקודת הרתיחה הנמוכה של תערובות בלתי ניתנות להפרדה. הוא משמש בעיקר להפרדת מולקולות אורגניות רגישות לטמפרטורה ממזהם לא נדיף. המולקולה האורגנית חייבת להיות בלתי ניתנת לערבוב במים.

בזיקוק בקיטור, התערובת הבלתי ניתנת לערבוב מחוממת לרתיחה, מה שגורם לזיקוק הן של מים והן של תרכובות אורגניות נדיפות. משמעות הדבר היא שהתערובת הגזית נעה כלפי מעלה למעבה, אשר לאחר מכן מעבה את האדים לנוזל כדי שניתן יהיה לאסוף אותם. בניגוד לזיקוק פשוט, זיקוק בקיטור משתמש במאגר מים כדי לחדש את מלאי המים בתערובת המחוממת לאורך כל התהליך. הרכיב האורגני הבלתי ניתן לערבוב מזוקק באיטיות יחד עם המים, בעוד שהרכיב הלא נדיף נשאר בתערובת המחוממת. לאחר זיקוק הרכיב האורגני, ניתן להפריד אותו מהמים באמצעות מיצוי נוזלי-נוזלי.

לחץ אדים של תערובת

עבור תערובת הניתנת לערבוב היוצרת תמיסה הומוגנית, לחץ האדים של כל רכיב תלוי בלחץ האדים של הרכיב הטהור ובחלק השומה שלו בתערובת הנוזלית על פי חוק ראולט.

p_A = p_A^*x_A

כאשר p_A הוא לחץ האדים של רכיב נוזלי אחד בתערובת נוזלים הניתנים לערבוב, p_A^* הוא לחץ האדים של הנוזל הטהור, ו- x_A הוא חלק השומה של אותו נוזל בתערובת, השווה ל- n_A/n_t. n_A הוא מספר השומות של הנוזל הבודד בתערובת, ו- n_t הוא המספר הכולל של שומות של כל הנוזלים בתערובת.

לחץ האדים הכולל מעל תערובת הנוזלים הניתנת לערבוב שווה לסכום לחץ האדים החלקי של כל רכיב בה, הידוע כחוק דלתון. לחץ האדים של נוזל עולה עם הטמפרטורה ככל שיותר מולקולות מקבלות אנרגיה קינטית כדי לברוח מהפאזה הנוזלית לשלב הגז. בתערובת הניתנת לערבוב המכילה שני נוזלים, ניתן לתאר את הלחץ הכולל כך:

P = p_A + p_B

כאשר p_A ו-p_B הם לחצי האדים של נוזל A נוזלי B, בהתאמה, מעל התערובת. P הוא לחץ האדים הכולל של שני הנוזלים מעל התערובת. שילוב המשוואות מתאר את הקשר בין לחץ האדים הכולל של התמיסה לבין חלק השומה של המרכיבים הבודדים:

P = p_A^*x_A + p_B^*x_B

בתערובת בלתי ניתנת להפרדה, שבה המרכיבים יוצרים תערובת הטרוגנית, לחצי האדים של כל רכיב תורמים באופן עצמאי ללחץ האדים הכולל. לפיכך, לחץ האדים הכולל שווה לסכום לחצי האדים הטהורים הבודדים. בתערובת בלתי ניתנת לערבוב המורכבת משני נוזלים, הלחץ הכולל מוגדר כלחץ האדים של הנוזל הראשון בתוספת לחץ האדים של הנוזל השני.

P = p_A^* + p_B^*

נקודת רתיחה של תערובת בלתי ניתנת לערבוב

כאשר נוזל מחומם, לחץ האדים עולה. לכל רכיב בתערובת יש נקודת רתיחה משלו. בתערובת של נוזלים הניתנים לערבוב, הרתיחה מתרחשת בטמפרטורה בין נקודות הרתיחה של הנוזלים המרכיבים.

עבור תערובת בלתי ניתנת להפרעה, הרתיחה מתרחשת בטמפרטורה נמוכה בהרבה מנקודות הרתיחה של הרכיבים הבודדים. מכיוון שכל רכיב בודד תורם באופן עצמאי, נדרש פחות חום כדי להגדיל את לחץ האדים הכולל ללחץ האטמוספרי.

לדוגמה, שקול את התערובת הבלתי ניתנת לערבוב של בנזן ומים. נקודת הרתיחה של בנזן בלחץ אטמוספרי רגיל היא 80.1 מעלות צלזיוס, ונקודת הרתיחה של מים בלחץ אטמוספרי רגיל היא 100 מעלות צלזיוס. התמיסה רותחת כאשר לחץ האדים הכולל מגיע 760 מ"מ כספית (לחץ אטמוספרי רגיל). ב 69.3 ° C, לחץ האדים של מים הוא 227 מ"מ כספית ולחץ אדי בנזן הוא 533 מ"מ כספית, אשר בסך הכל שווה את הצורך 760 מ"מ כספית נדרש לרתיחה. זה הרבה מתחת לנקודת הרתיחה של כל אחד מהרכיבים הבודדים.

הפניות

1. Kotz, J.C., Treichel Jr, P.M., Townsend, J.R. (2012). כימיה ותגובתיות כימית. בלמונט, קליפורניה: Brooks/Cole, Cengage Learning.
2. Silderberg, M.S. (2009). כימיה: הטבע המולקולרי של חומר ושינוי. בוסטון, מסצ'וסטס: מקגרו היל.