المحتوى
عندما تخمر الفاكهة لصنع الكحول ، يمكنك تقطير المزيج السائل لعزل أجزاء منه. تستفيد طريقة التقطير هذه من التركيبات المختلفة التي تشكل السائل في عملية مثل التخمير. يستفيد الكيميائيون بشكل كبير من هذه العمليات لتنقية المذيبات وغيرها من منتجات التفاعلات السائلة ، بما في ذلك فصل مكونات النفط الخام.
جهاز التقطير
توضح لك الرسوم البيانية للتقطير الكميات المقاسة من خلال تجارب التقطير التي تفصل مكونات السوائل. هذه التجارب تستخدم أعمدة التقطير التجزيئي يتكون من عمود يتيح للسائل بالتنقيط في قارورة دائرية أسفل مع ميزان حرارة في الجزء العلوي من العمود لتحديد درجة حرارة الأبخرة.
تتصل الغرفة السائلة المائلة بنقطة بطول العمود الكسري بالقرب من الجزء العلوي الذي يمتد بعيدًا عن الغرفة. وهذا يخلق مساحة سطح يمكن أن يتكثف فيها البخار ويتجمع في قارورة خارجية.
من خلال إعداد التقطير من مخطط تقطير بسيط ، يتحول السائل إلى غاز ، ويتكثف مرة أخرى في سائل ويستمر في هذه العملية حتى يتجمع السائل الذي تريد تقطيره في القارورة الخارجية. يعمل الجهاز عن طريق تسخين السائل الذي يتجمع في القارورة بحيث يخبرك العمود الكسري بخار الضغط على شكل غاز الخليط السائل.
يجب أن يقرأ مقياس الحرارة الموجود في الأعلى نقطة غليان السائل. تسمح القارورة الخارجية للسائل بالتجميع الذي تريد تقطيره ويعمل أيضًا بمثابة فتحة تنفيس بحيث لا ينكسر الجهاز بسبب ارتفاع درجة الحرارة.
تحكم في درجة الحرارة بعناية فائقة عن طريق زيادة التلامس بين السائل الذي ينسحب مرة أخرى إلى القارورة السفلية والبخار الذي يرتفع عبر العمود الكسري. في بعض الأحيان يكون للعمود الكسري حبات زجاجية أو مستويات بارزة من الجوانب الداخلية لزيادة مساحة سطح التماس. تتبع درجة الحرارة باستخدام مقياس الحرارة لمعرفة درجة الحرارة التي يحدث هذا. يجب أن ينتهي بك الأمر إلى ضغوط بخار السوائل في الخليط.
يضمن إعداد الجهاز أن يكون ضغط بخار المركب مع نقطة غليان أقل في الخليط أكبر من ضغط بخار الشخص ذي نقطة الغليان الأعلى. يتيح لك هذا أيضًا تحديد نقطة الغليان على أنها درجة الحرارة التي يساوي فيها ضغط البخار الضغط الجوي لسائل في حاوية مفتوحة. هذه هي أدنى درجة حرارة يتحول فيها السائل السائل من الخليط أو المركب إلى غاز. تجعل طرق التقطير التجزيئي هذه مفيدة في البيئات الصناعية لتصنيع المركبات الكيميائية.
الرسم البياني التقطير بسيط
يمكنك أيضًا استخدام جزء الغاز الذي يتم تقطيره ككسر الخلد لرسم رسم بياني لدرجة حرارة السائل ، ومزيج البخار السائل والبخار نفسه لتحديد نقطة غليان المكونين أو أكثر من المركب . تقيس العديد من أجهزة تقطير الجهاز درجة الحرارة تلقائيًا خلال تسخين التجربة. يمكن أن يوفر لك هذا مجموعة مستمرة من نقاط البيانات مع مرور الوقت والتي يمكن بسهولة رسمها باستخدام Excel أو بعض البرامج الأخرى.
يخبرك هذا المنحنى لأنه ، مع ارتفاع حرارة البخار ويمر عبر العمود الكسري ، فإنه يجب أن ينفصل في خليطين منفصلين من السوائل والغازات. من خلال تسجيل درجة الحرارة خلال عملية التقطير ، يمكنك معرفة ما هي المركبات التي تعتمد فعليًا على نقطة الغليان.
أو يمكنك استخدام نفس العملية لتحديد نقطة غليان مركب معروف. ومع ذلك ، فإن العملية محدودة بسبب درجات الحرارة التي يمكنك تحقيقها باستخدام مصدر الحرارة الذي يؤثر على القارورة السفلية المستديرة.
حجم مقابل درجة الحرارة
يجب أن يوضح لك الرسم البياني للتقطير البسيط رسم تقطير للحجم مقابل درجة حرارة الخليط مع تحديد النقاط التي تتقاطع عندها درجة حرارة كل من الغازات أو جميعها مع نقطة غليان كل مكون من مكونات الغاز. يتيح لك منحنى التركيب معرفة إعداد الجهاز المناسب ودرجة الحرارة لفصل خليط الغاز أو السائل. يمكنك تجربة أنواع مختلفة من الأعمدة الكسرية لمعرفة أي منها يمنحك فكرة أوضح عن نقطة الغليان للمكونات.
يتبع مخطط التقطير البسيط نظرية التقطير البسيطة. تقطير بسيط يعني أن الغاز يتكثف ليصبح سائلًا مرة واحدة لذلك تحتاج إلى تنفيذه على السوائل أو الغازات التي تحتوي على نقاط غليان بعيدًا عن بعضها البعض لتمييزها.
باستخدام خطوات متعددة من التكثيف يسمى التقطير التجزيئي، وفي هذه الحالة ، يمكنك استخدام رسم بياني تقطري كسري من حجم مقابل درجة الحرارة. يمكنك الاستقراء لمعرفة الإعدادات النظرية للسوائل والمخاليط الأخرى لأن وجود المزيد من الخرز أو الألواح في الإعداد يجب أن يحسن من الناحية النظرية طريقة الفصل مع زيادة الوقت المستغرق لفصل الخليط.
نظرية التقطير البسيطة
لا تنتج الخلائط التي تقطّر خلال التجارب عينات نقية ، ولكنها تؤدي إلى شوائب في الخلائط المختلفة التي تقيسها. هذا يعني أنه يمكنك استخدام المعادلات لشرح النتائج التجريبية من التقطير وكذلك من التنبؤات بناءً على البيانات التي تم تحديدها مسبقًا حول تكوين الغازات والسوائل. يمنحك قانون Raoults وقانون Daltons طرقًا لقياس هذه النسب لنظرية التقطير البسيطة.
التركيب الدقيق لهذا البخار الذي ينتقل بين الغليان والتكثيف يتبع قانون رولز، التي تنص على أن ضغط بخار المركب يتناقص عندما يكون في محلول ويمكن أن يرتبط بالتركيب المولي. المعادلة Pأ= Pسأ إكس χأ يخبرك أن الضغط الجزئي لمكون معين A Pأ يتم إنتاج لنسبة مئوية من المكون Pسأ وجزء الخلد من "تشي" χأ.
الضغط الجزئي هو الضغط الذي سيحدثه الغاز المكوّن من المخلوط إذا كان لديه كامل حجم هذا المخلوط في نفس درجة الحرارة. يتيح لك هذا تحديد مقدار الغاز الذي يجب أن يكون موجودًا إذا كنت تعرف جزء الخلد قبل اليد.
يمكنك بعد ذلك ، استخدام قانون دالتون التي تنص على أن الضغط الكلي لمزيج الغاز يساوي مجموع الضغوط الجزئية التي تتكون منها. تشرح هذه النظرية كيف تتحرك جزيئات الغاز وتتفاعل مع بعضها البعض.
يمكنك وصف ضغط بخار المركب باستخدام درجة حرارة المحلول ونقطة غليان المركب لأنه عندما تزداد درجة الحرارة ، ستحتوي جزيئات الغاز على طاقة حركية كافية لضرب بعضها البعض في اتجاه مناسب للسماح للتفاعل تحدث. إنهم بحاجة إلى هذا للتغلب على قوى الجزيئات التي من شأنها أن تجمع الجزيئات في الطور السائل.
التقطير في الصناعة
بالإضافة إلى البحث عن نقطة الغليان والخصائص الغازية للمركبات ، فإن التقطير يجد نفسه مفيدًا في العديد من التطبيقات عبر الصناعة. استخدامه في دراسة وتشكيل ردود الفعل بين النفط والماء والمكونات الأخرى مثل الميثان التي تستخدم في الوقود. يمكن لعلماء ومصنعي الأطعمة استخدامه لصنع الخمور والبيرة وأنواع مختلفة من النبيذ. وقد وجدت تقنيات التقطير الاستخدام العملي في صناعات مستحضرات التجميل والعقاقير الصيدلانية وغيرها من أساليب تصنيع المواد الكيميائية.
يتم استخدام هذه التقنية في المصابيح الكهربائية لمنع تلف خيوط التنغستن وتوفير التوهج في المصابيح الكهربائية. يفعلون ذلك عن طريق فصل الهواء لإنتاج الغازات اللازمة لتصنيع المصابيح الكهربائية. تتبع طرق التقطير هذه الطرق النظرية والتجريبية للفصل.