Простая дистилляция

При нагревании жидкость приобретает энергию до тех пор, пока повышенная неупорядоченность газовой фазы не перевесит межмолекулярные взаимодействия в жидкой фазе. Как только достаточное количество молекул оказывается в газовой фазе, они покидают жидкость в виде пузырьков. Этот эффект, называемый кипением, возникает, когда общее давление пара вещества равно атмосферному.

Давление пара — это давление пара, находящееся в равновесии с его конденсированной фазой и изменяющееся в зависимости от температуры. В смеси жидкостей каждый компонент имеет свое собственное давление пара, которое мы называем его парциальным давлением. Общее давление пара смеси равно сумме парциальных давлений. Если жидкости смешиваются, то есть они всегда образуют однородный раствор, парциальное давление каждого компонента равно давлению пара чистого соединения при этой температуре, умноженному на его молярную фракцию в жидкости.

Температура, при которой в жидкой смеси начинает образовываться первый пузырь пара, называется точкой пузырька. Для чистой жидкости и точка образования пузыря, и температура, при которой пар начинает конденсируться, или точка росы, совпадают с точкой кипения. Однако для смеси двух смешивающихся жидкостей и точка пузырька, и точка росы будут находиться между точками кипения компонентов.

Когда смесь впервые закипает, пар богат соединением с более низкой температурой кипения, или более летучим соединением. Это увеличивает долю соединения с более высокой температурой кипения, или менее летучего соединения, в жидкой смеси.

Дистилляция — это метод разделения, который использует это явление. При простой перегонке кипятят однородную жидкую смесь. Затем поднимающийся пар поступает во внутреннюю камеру конденсатора с водяным охлаждением. Пар конденсируется в жидкость, называемую дистиллятом, которая затем собирается в отдельный сосуд.

По мере того, как кипячение продолжается, состав жидкости и пара изменяется по мере удаления более летучего компонента. Таким образом, если мы соберем дистиллят небольшими фракциями, мы увидим, что каждая фракция содержит соединения в разном молярном соотношении.

По мере увеличения доли менее летучего компонента в жидкой смеси увеличиваются и температура пузырьков и точка росы. Построение графика точек пузырьков и росы смеси в зависимости от молярных фракций компонентов дает диаграмму точки кипения. Как только у нас есть эта диаграмма, мы можем использовать кривую точки росы для определения состава пара при заданной температуре.

В этой лаборатории вы настроите и выполните простую дистилляцию смеси циклогексана и толуола и будете записывать температуру пара на протяжении всего эксперимента. Затем вы будете использовать опубликованную диаграмму точки кипения для циклогексана и толуола для определения состава пара, что позволит вам оценить состав жидкой смеси на протяжении всей дистилляции.