Distilarea

Distilarea reprezintã cel mai important ºi utilizat proces de separare ºi purificare pentru substanþele lichide, atât în practica de laborator cât ºi industrialã a chimiei organice. Distilarea constã în transformarea substantei lichide în vapori ºi condensarea acestor vapori cu ajutorul unor dispozitive de rãcire (refrigerenþi) adecvate. Fenomenul constând în miscarea unei singure faze (de vapori), se numeºte distilare în echicurent Dacã o parte din condensat se întoarce în balon, deci se miºcã în sens contrar cu vaporii, se vorbeºte de distilare în contracurent. Acest tip de distilare se realizeazã în coloane de distilare ºi poartã numele de rectificare.

Separarea ºi purificarea lichidelor pe aceastã cale se bazazea pe diferenþa de volatilitate a diferitelor lichide ºi pe faptul cunoscut , ca în timpul distilãrii unei substanþe pure, temperatura de distilare rãmâne constantã, dacã presiunea nu variazã.

Eficacitatea unei distilãri depinde de mai mulþi factori, dintre care, cei mai importanþi sunt : diferenþa presiunilor de vapori a componentelor lichide, posibilitatea de formare eventualã a unor amestecuri azeotrope, volumul probei de distilare, tipul ºi mãrimea instalaþiei folosite, acurateþea cu care este condusã distilarea.

DISTILAREA SIMPLÃ

Distilarea simplã (nefracþionarã) este utilizatã în practica de laborator a chimiei organice, în cazul în care lichidul de distilat conþine practic doar o singurã componentã volatilã, care trebuie purificatã sau pentru a separa un solvent dintr-o soluþie pe care aceasta o formeazã cu o substanþã nevolatilã.

Principiile fizice ale separãrii prin distilare :

La distilarea unui amestec binar, presiunipe parþiale ale componentelio pA ºi pB , respectã legea lui Raoult (caz ideal) :

pA = pAxA unde pA , pB = presiunile de vapori ale componenþilor puri A ºi B

pB = pBxB iar xA , xB = fracþia molarã a compuºilor A ºi B în lichid

Dat fiind cã, în cazul unui amestec binar „xB = 1-xA”, pentru raportul presiunilor parþiale se poate scrie :

AABABAxxpppp-·=1

Presiunile parþiale pA ºi pB sunt legate de presiunea totalã „p” prin intermediul fracþiilor molareale ale celor doi componenþi în faza de vapori yA ºi yB.

pA = pyA ; pB = pyB = p(1-yA)

introducând în relaþia de mai sus obþinem :

AABAAAxxppyy-·=-11

Considerând notaþiile x ºi y fãrã indice a fi fracþiile componentului volatil ºi notând raportul presiunilor de vapori a componenþilor (presiunea de vapori relativã) ecuaþia de mai sus va deveni :

xxyy-=-11. , =BApp

Ecuaþia aratã relaþia dintre concentraþiile relative ale componentului volatil în faza gazoasã, respectiv în cea lichidã. Se poate observa cã, deosebiri în componenþa fazei gazoase ºi celei lichide apar numai dacã 1

Numai în acest caz este posibilã o separare prin distilare.

Conþinutul în componenta volatilã a fazei gazoase creºte cu atât mai mult cu cât este mai mare „.”, adicã cu cât se deosebesc presiunile de vapori ale componenþilor puri. Ecuaþia de mai sus redã înbogãþirea fazei gazoase în componenta volatilã la o singurã evaporare.

acã substanþele nu au volatilitate suficient de diferenþiatã, separarea lor nu se poate realiza printr-o singurã evaporare ºi condensare, fiind necesarã repetarea de mai multe ori a acestei operaþii. Acest lucru se poate realiza în coloanele de distilare (distilare fracþionarã, rectificare).

Faptul dacã este suficientã sau nu o singurã distilare pentru separarea componenþilor, este dificil de apreciat de un începãtor. Adesea se supraapreciazã posibilitatea distilãrii simple. Ca o regulã generalã (empiricã), se poate spune cã distilarea simplã nu este eficientã dacã temperaturile de fierbere ale componenþilor nu diferã cel puþin cu 800 C.

Efectuarea distilãrii simple:

Distilarea simplã se face în limita temperaturilor cuprinse între 400C ºi 1500C. Substanþele care au temperaturã de fierbere peste 1500C se pot descompune , iar cele cu temperaturi de fierbere pânã la 400C se distilã cu pierderi mari într-un distilor obiºnuit.

În timpul distilãrii unei substanþe lichide ce conþin ºi mici cantitãþi de impuritãþi, temperatura de distilare creºte la început mai încet sau mai rapid, pânã când atinge un punct la care se menþine constantã ºi unde trece marea majoritate a substanþei cce trebuie distilatã (purificatã).

Creºterea ulterioarã a temperaturii ar indica faptul cã distilarea componentei principale s-a terminat, urmând distilarea eventualelor impuritãþi, cu puncte de fierbere ceva mai ridicate. De obicei aceastã creºtere este precedatã de o scãdere relativ bruscã, de scurtã duratã, a temperaturii, care marcheazã sfârºitul contactului vaporilor componentei principale cu rezervorul termometrului. Reprezentând grafic o astfel de distilare, la care se urmãreºte creºterea temperaturii T în funcþie de volumul de distilat V, se obþine curba cu trei yone distincte:

Porþiunea „ab” reprezintã capul distilãrii, alcãtuit din impuritãþile volatile ; porþiunea„bc” mijloc de distilare, reprezintã substanþa purã cu punct de fierbere constant ; iar porþiunea „cd” reprezintã coada de distilãre alcãtuitã din impuritãþi mai puþin volatile.

În mod practic, în cazul distilãrii simple, în care se urmãreºte doar recuperarea solventului, pentru a putea separa substanþa solidã pe care acesta a solvit-o, distilarea se întrerupe în momentul în care s-a ajuns la punctul „c” din grafic,astfel cã nu se mai pune problema unei cozi de distilare. Aceaºi situaþie este valabilã ºi în cazul în care s-a urmãrit doar purificarea unei substanþelichide care conþine numai urme de impuritãþi mai volatile, alãturi de impuritãþi mai puþin volatile.