Distillazione a vapore

Quando una miscela ideale di due liquidi miscibili viene riscaldata fino all'ebollizione, la soluzione bolle a una temperatura compresa tra i punti di ebollizione di ciascun componente. Se questi liquidi hanno punti di ebollizione molto diversi, quando la miscela inizia a bollire, il vapore è ricco delle molecole del componente più volatile. Questo fenomeno viene spesso utilizzato per separare le miscele utilizzando la semplice distillazione, in cui una miscela di due liquidi miscibili viene riscaldata e il vapore viene quindi condensato nuovamente in liquido e raccolto.

Man mano che il vapore ricco del componente più volatile viene raccolto come distillato, la fase liquida diventa ricca delle molecole del componente meno volatile. Tuttavia, questa tecnica richiede che la soluzione venga riscaldata almeno fino al punto di ebollizione del composto più volatile e spesso oltre.

Nel caso di composti organici sensibili alla temperatura, questa temperatura elevata potrebbe portare alla decomposizione delle molecole organiche in qualcos'altro. Quindi, come possiamo separare questi tipi di composti? Innanzitutto, facciamo un passo indietro.

Ricordiamo che la pressione di un vapore in equilibrio con la sua fase condensata è chiamata tensione di vapore. I componenti di una miscela di liquidi hanno ciascuno la propria pressione di vapore, che chiamiamo la loro pressione parziale. Sappiamo che una soluzione bolle quando la pressione totale del vapore della soluzione è uguale alla pressione atmosferica. La pressione di vapore totale è uguale alla somma delle pressioni parziali dei componenti.

Per una miscela di liquidi miscibili, il che significa che qualsiasi combinazione dei liquidi forma una soluzione omogenea, le pressioni parziali sono calcolate dalle pressioni di vapore dei composti puri moltiplicate per le loro frazioni molari nella soluzione. Tuttavia, per una miscela eterogenea di liquidi immiscibili, il che significa che i liquidi sono insolubili l'uno nell'altro, le pressioni parziali sono semplicemente le pressioni di vapore dei composti puri.

Poiché ogni componente della miscela eterogenea contribuisce alla pressione totale del vapore indipendentemente dagli altri componenti, la miscela bolle quando la pressione totale del vapore, che è la somma delle pressioni parziali, è uguale alla pressione atmosferica. Ciò si verifica a una temperatura inferiore rispetto ai singoli punti di ebollizione di ciascun componente perché la pressione totale del vapore aumenta con la temperatura molto più velocemente di quanto ci si aspetterebbe anche per il componente più volatile.

Possiamo sfruttare questo fenomeno per eseguire la distillazione in corrente di vapore, che viene utilizzata per isolare un composto organico sensibile alla temperatura che si decompone a calore elevato ed è insolubile in acqua da sostanze non volatili. La configurazione della distillazione a vapore è simile a una semplice configurazione di distillazione con l'aggiunta di un serbatoio d'acqua per reintegrare l'acqua durante tutto il processo.

Mentre la miscela bolle, sia l'acqua che il composto organico di interesse vengono vaporizzati. I vapori dell'acqua e dei composti organici viaggiano nel condensatore, vengono condensati in liquido e raccolti. I liquidi immiscibili vengono successivamente separati. Nella miscela del pallone rimangono solo acqua e materiali non volatili.

In questo laboratorio, imposterai ed eseguirai un esperimento di distillazione a vapore per estrarre l'olio essenziale dai componenti non volatili di una buccia d'arancia. Utilizzerai quindi l'estrazione liquido-liquido per estrarre l'olio essenziale dall'acqua in un solvente organico.