Spieghiamo cos'è la distillazione, esempi di questo metodo di separazione e i tipi di distillazione che possono essere utilizzati.
Che cos'è la distillazione?
La distillazione è chiamata un metodo di separazione di fase, che è tra i metodi di separazione delle miscele. La distillazione consiste nell'utilizzo consecutivo e controllato di due processi fisici: il vaporizzazione e il condensazione, usandoli selettivamente per separare i componenti di a miscela generalmente di tipo omogeneo, cioè in cui i suoi componenti non possono essere distinti ad occhio nudo.
Le miscele che possono essere separate nei loro singoli componenti mediante distillazione possono contenere due liquidi, un solido in un liquido o anche gas frullati. Questo metodo di separazione si basa sulla differenza dei punti di ebollizione (proprietà intrinseca del questione, quale è temperatura a cui il Pressione vapore di un liquido è uguale alla pressione che circonda il liquido) di diverse sostanze. La sostanza con il più basso Punto di ebollizione avere, allora questa sostanza si condenserà in un altro contenitore e sarà relativamente pura.
In questo modo, affinché la distillazione avvenga correttamente, dobbiamo far bollire la miscela fino a raggiungere il punto di ebollizione di uno dei sostanze componenti, che poi diventeranno vapore e potranno essere condotti in un contenitore raffreddato, dove si condensa e torna liquido.
L'altra sostanza costituente, invece, rimarrà nel contenitore senza alterazioni; ma in entrambi i casi avremo sostanze pure, esente dall'impasto iniziale.
Legge di Raoult
Quando abbiamo una miscela ideale di liquidi (una miscela in cui le interazioni tra i particelle diverse sono considerate uguali alle interazioni tra particelle uguali) la Legge di Raoult è soddisfatta.
Questa legge afferma che la tensione di vapore parziale di ciascun componente nella miscela gassosa è uguale alla tensione di vapore del componente puro moltiplicata per la sua frazione molare nella miscela liquida.
La tensione di vapore totale è, quindi, la somma delle pressioni parziali dei componenti della miscela in fase gassosa. D'altra parte, la frazione molare di un componente in una miscela è una misura adimensionale della sua concentrazione. Le grandezze sopra menzionate possono essere calcolate utilizzando le seguenti equazioni:
Dove:
- px sì pi sono le pressioni parziali dei componenti X e sì rispettivamente nella miscela di vapori che circondano la miscela liquida.
- px * e py * sono le pressioni di vapore dei componenti X e Y.
- xx sì xy sono le frazioni molari dei componenti X e sì nella miscela liquida.
- nx sì no sono la quantità di sostanza dei componenti X e sì nella miscela liquida.
La legge di Raoult sopra evocata è valida per le miscele ideali (che sono un modello stabilito dall'essere umano per semplificare gli studi), ma in realtà questa legge subisce delle deviazioni quando la miscela è reale.
Quindi, se le diverse particelle nella miscela hanno forze intermolecolari più forti delle particelle nel liquido puro, allora la tensione di vapore della miscela è inferiore alla pressione di vapore del liquido puro, il che produce una deviazione negativa dalla Legge di Raoult.
Se invece le forze intermolecolari tra le particelle nel liquido puro sono maggiori di quelle delle particelle nella miscela, le particelle nella miscela potranno sfuggire più facilmente alla fase vapore, cosicché la tensione di vapore della miscela sarà maggiore, producendo una deviazione positiva dalla legge di Raoult
Quando si vuole distillare una miscela azeotropica (ad esempio etanolo e acqua), è necessario aggiungere qualche componente (benzene, in questo caso) in modo che l'azeotropo si modifichi e in questo modo si possano separare i componenti del miscela. Un azeotropo è una miscela liquida con una composizione definita che quando bolle i vapori generati hanno la stessa composizione della miscela (quindi i componenti della miscela azeotropica non possono essere separati per distillazione semplice o frazionata).
Gli azeotropi hanno una temperatura di ebollizione definita, ad esempio a una pressione di 1 atm, l'etanolo bolle a 78,37 ° C e l'acqua bolle a 100 ° C, mentre l'azeotropo etanolo-acqua bolle a 78,2 ° C. Le miscele azeotropiche hanno deviazioni negative o positive dalla legge di Raoult a seconda dei casi.
Tipi di distillazione
La distillazione può avvenire in diversi modi:
- Distillazione semplice. Il più elementare consiste nel far bollire la miscela fino a separare i diversi componenti. È un metodo di separazione efficace quando i punti di ebollizione dei componenti della miscela differiscono notevolmente, (idealmente dovrebbero avere una differenza di almeno 25°C, altrimenti non garantisce la purezza totale della sostanza distillata).
- Distillazione frazionata. Viene effettuato tramite una colonna di frazionamento, che è composta da diverse piastre in cui avvengono successivamente la vaporizzazione e la condensazione, garantendo una maggiore purezza nei componenti separati.
- Distillazione sotto vuoto. Riducendo la pressione fino a creare il vuoto, il processo viene catalizzato per ridurre il punto di ebollizione dei componenti, poiché alcuni hanno punti di ebollizione molto alti che possono essere ridotti quando la pressione viene notevolmente ridotta e quindi accelerare il processo di distillazione.
- Distillazione azeotropica. È la distillazione necessaria per rompere un azeotropo, cioè una miscela le cui sostanze si comportano all'unisono, condividendo anche il punto di ebollizione, quindi non possono essere separate per distillazione semplice o frazionata. Per separare una miscela azeotropica è necessario modificare le condizioni di miscelazione, ad esempio aggiungendo qualche componente distaccante.
- Distillazione a vapore. I componenti volatili e non volatili di una miscela vengono separati mediante iniezione diretta di vapore acqueo.
- Distillazione a secco. Consiste nel riscaldare materiali solidi senza la presenza di solventi liquidi, ricavare gas e poi condensarli in un altro recipiente.
- Distillazione migliorata. Detta anche distillazione alternata o reattiva, si adatta ai casi specifici di miscele difficili da separare o che hanno lo stesso punto di ebollizione.
Esempi di distillazione
- Raffinazione del petrolio. La separazione dei vari idrocarburi presente nel Petrolio Viene effettuato per distillazione frazionata, immagazzinando in diversi strati o compartimenti separati di una colonna di distillazione ogni composto derivato dalla cottura del petrolio greggio. Questi gas salgono e si condensano negli strati superiori della colonna, mentre sostanze più dense come asfalto e paraffina rimangono negli strati inferiori.
- Cracking catalitico. Questo è il nome dato ad alcune usuali distillazioni sottovuoto nella lavorazione dell'olio, utilizzando torri a vuoto per separare i gas dalla cottura grezza. In tal modo l'ebollizione degli idrocarburi viene accelerata e il processi. Il cracking è un tipo di distillazione distruttiva, in cui gli idrocarburi più grandi vengono rotti (ad alte temperature e utilizzando catalizzatori) in idrocarburi più piccoli, che hanno punti di ebollizione più bassi.
- Purificazione dell'etanolo. Separare alcoli Come l'etanolo dall'acqua durante la sua produzione in laboratorio, viene utilizzata una distillazione azeotropica, aggiungendo alla miscela benzene o altri componenti che promuovono o accelerano la separazione, e che possono quindi essere facilmente rimossi senza alterare la composizione chimica del Prodotto.
- Lavorazione del carbone. Per ottenere combustibili organici liquidi si utilizzano carbone o legna mediante procedimenti di distillazione a secco, quindi i gas emessi nel combustione.
- Termolisi dei sali minerali. Per mezzo della distillazione a secco si ottengono varie sostanze minerali di elevata utilità industriale, dall'emanazione e dalla condensazione di gas ottenuti dalla combustione di sali minerali.
- L'alambicco. Questo è il nome dato al dispositivo inventato nell'antichità araba, il cui scopo è produrre profumi, medicinali e alcol dai frutti fermentati. Nel suo funzionamento si utilizzano i principi della distillazione: le sostanze vengono riscaldate in una piccola caldaia e i gas prodotti vengono raffreddati in una serpentina che conduce ad un altro contenitore dove viene raccolto il liquido prodotto dalla condensazione di detti gas.
- Produzione di profumi. La distillazione in corrente di vapore viene utilizzata per ottenere profumi, acqua bollente insieme a fiori stabilizzati, per produrre un gas con l'odore desiderato e che, una volta condensato, può essere poi utilizzato come liquido di base nei profumi.