Паровая дистилляция

Когда идеальная смесь двух смешивающихся жидкостей нагревается до кипения, раствор закипает при температуре между точками кипения каждого компонента. Если эти жидкости имеют очень разные температуры кипения, когда смесь начинает кипеть, пар богат молекулами более летучего компонента. Это явление часто используется для разделения смесей с помощью простой дистилляции, когда смесь двух смешивающихся жидкостей нагревается, а затем пар конденсируется обратно в жидкость и собирается.

По мере того как пар, богатый более летучим компонентом, собирается в виде дистиллята, жидкая фаза становится богатой молекулами менее летучего компонента. Однако этот метод требует, чтобы раствор был нагрет, по крайней мере, до точки кипения более летучего соединения, а часто и выше.

В случае чувствительных к температуре органических соединений эта высокая температура может привести к разложению органических молекул на что-то другое. Итак, как мы можем разделить эти типы соединений? Во-первых, давайте сделаем шаг назад.

Напомним, что давление пара, находящегося в равновесии с его конденсированной фазой, называется давлением пара. Каждый компонент смеси жидкостей имеет свое собственное давление пара, которое мы называем их парциальным давлением. Мы знаем, что раствор закипает, когда общее давление пара раствора равно атмосферному. Общее давление пара равно сумме парциальных давлений компонентов.

Для смеси смешивающихся жидкостей, что означает, что любая комбинация жидкостей образует однородный раствор, парциальные давления рассчитываются на основе давления паров чистых соединений, умноженного на их молярные доли в растворе. Однако для гетерогенной смеси несмешивающихся жидкостей, что означает, что жидкости нерастворимы друг в друге, парциальные давления являются просто давлением паров чистых соединений.

Поскольку каждый компонент гетерогенной смеси вносит свой вклад в общее давление пара независимо от других компонентов, смесь закипает, когда общее давление пара, которое является суммой парциальных давлений, равно атмосферному давлению. Это происходит при более низкой температуре, чем отдельные точки кипения каждого компонента, потому что общее давление пара увеличивается с температурой гораздо быстрее, чем можно было бы ожидать даже для самого летучего компонента.

Мы можем использовать это явление для проведения паровой дистилляции, которая используется для выделения чувствительного к температуре органического соединения, которое разлагается при высокой температуре и нерастворимо в воде из нелетучих веществ. Установка паровой дистилляции похожа на простую установку дистилляции с добавлением резервуара для воды для пополнения воды на протяжении всего процесса.

Когда смесь закипает, вода и представляющее интерес органическое соединение испаряются. Вода и пары органических соединений попадают в конденсатор, конденсируются в жидкость и собираются. После этого несмешивающиеся жидкости отделяются. В смеси в колбе остаются только вода и нелетучие материалы.

В этой лаборатории вы поставите и проведете эксперимент по паровой дистилляции для извлечения эфирного масла из нелетучих компонентов апельсиновой кожуры. Затем вы будете использовать жидкостную экстракцию для извлечения эфирного масла из воды в органический растворитель.