Substancje - Notatki - Chemia - Część 3, Notatki'z Chemia. University of Podlasie in Siedlce
hannibal00
hannibal008 March 2013

Substancje - Notatki - Chemia - Część 3, Notatki'z Chemia. University of Podlasie in Siedlce

PDF (669 KB)
13 strona
324Liczba odwiedzin
Opis
Notatki dotyczące tematów z dziedziny chemii: substancje; elektroforeza, żele, sedymentacja
20punkty
Punkty pobierania niezbędne do pobrania
tego dokumentu
Pobierz dokument
Podgląd3 strony / 13
To jest jedynie podgląd.
3 shown on 13 pages
Pobierz dokument
To jest jedynie podgląd.
3 shown on 13 pages
Pobierz dokument
To jest jedynie podgląd.
3 shown on 13 pages
Pobierz dokument
To jest jedynie podgląd.
3 shown on 13 pages
Pobierz dokument

koloidalny. Zaadsorbowane na powierzchni jony wytwarzają pole elektryczne stanowiące

dodatkowe zabezpieczenie przed koagulacją (zlepianiem się cząstek koloidalnych).

Koloidy możemy również podzielić na koloidy liofilowe (hydrofilowe jeśli mowa o

roztworach wodnych) i liofobowe (hydrofobowe). Stabilność miceli koloidu liofobowego

praktycznie warunkuje wyłącznie ładunek elektryczny warstwy adsorpcyjnej. Micele

koloidów liofilowych chronione są przed koagulacją przez warstwę cząsteczek

rozpuszczalnika otaczającą cząstkę koloidalną.

Aby doprowadzić do koagulacji koloidu hydrofobowego należy zniszczyć jonową warstwę

adsorpcyjną. Można to uczynić dodając do roztworu koloidalnego roztworu zawierającego

jony, które będą skutecznie konkurować z cząstką koloidalną w procesie "wiązania" jonów

warstwy adsorpcyjnej. Pozbawiona osłony cząstka (jądro miceli) łatwo połączy się w

większe agregaty. Koloidy hydrofilowe są znacznie trwalszym układem. Do ich koagulacji

doprowadzić może dopiero duży dodatek elektrolitu, którego jony ulegając hydratacji będą

niszczyć solwatacyjną otoczkę chroniącą cząstkę koloidalną. Koloidami hydrofilnymi są

najczęściej koloidy wielkocząsteczkowych związków - białek, skrobi itp.

Elektroforeza

Elektroforeza jest zjawiskiem wędrówki miceli pod wpływem przyłożonego pola

elektrycznego. Ponieważ większość koloidów charakteryzuje obecność ładunku

elektrycznego, elektroforeza może służyć do ich analizy. Największe zastosowanie

elektroforeza znalazła do rozdzielania i charakteryzowania białek. Białka są co prawda

koloidami hydrofilowymi i ich ładunek pochodzi nie tyle od zaadsorbowanych jonów co jest

docsity.com

wywołany ich dysocjacją. Ze względu na pH roztworu białka dysocjują albo jako kwasy,

tworząc cząstki koloidalne o ładunku ujemnym, albo jako zasady aminowe przyłączają proton

tworząc dodatnio naładowane cząstki. pH roztworu w którym oba te zjawiska się równoważą

dając obojętny elektrycznie jon obojnaczy nazywamy punktem izoelektrycznym. Jeżeli

mieszaninę białek poddamy procesowi elektroforezy, to ładunek danej cząsteczki wyznaczy

jej kierunek migracji pod wpływem pola elektrycznego (dodatnie cząsteczki do katody,

ujemne do anody) zaś stosunek ciężaru cząsteczkowego do wielkości ładunku określi

szybkość migracji. Zmuszając zatem cząsteczki do migracji w różnych kierunkach i z różna

szybkością doprowadzamy do rozdzielenia mieszaniny na poszczególne frakcje.

Żele

Niektóre roztwory koloidalne koloidów hydrofilowych po pewnym czasie przechodzą w

postać miękkich, elastycznych ciał stałych. Proces taki zachodzi między innymi w przypadku

roztworów żelatyny - stąd nazwa ogólna takich galaretowatych ciał - żele. Inne przykłady z

życia codziennego to galaretki owocowe (pektyna) czy kisiele (skrobia). Tego typu substancja

koloidalna rozpuszczona na gorąco, w celu uzyskania stosunkowo dużego stężenia, powoli

chłodzona zaczyna tworzyć nieregularną sieć powiązań miedzy cząsteczkami, wewnątrz tej

sieci zamykając fazę ciągłą. Przejście zolu (ciecz koloidalna) w żel jest niekiedy procesem

odwracalnym, niektóre żele wykazują efekt tiksotropowy, przechodząc powtórnie w zol po

mocnym wstrząśnięciu. W tych żelach siły wiązań sieci są bardzo słabe i niewielka energia

mechaniczna wystarcza do ich zerwania. Prawdziwe żele tym się różnią od innych,

podobnych ciał, np. galaretowatych osadów wodorotlenku glinu, że zawierają znacznie więcej

rozpuszczalnika (często cały rozpuszczalnik zolu, z którego powstały).

Niektóre żele, najczęściej nieorganiczne, po wysuszeniu i ostrożnym wyprażeniu uzyskują

postać ciała stałego, jednak ze względu na technologię otrzymywania maja bardzo rozwiniętą

powierzchnie. Na przykład tak otrzymany 1 g tlenku glinu ma powierzchnię około 200 m 2 . W

związku z tą powierzchnia posiadają silne właściwości adsorpcyjne, czyli są w stanie związać

fizycznie i chemicznie ze swoja powierzchnia (np. z licznymi grupami OH w żelu

krzemionkowym lub tlenku glinu) wiele związków chemicznych. Dzięki tym właściwościom

znajdują zastosowanie w chromatografii adsorpcyjnej, a także używane są do suszenia lub

jako środki zabezpieczające przed wilgocią (np. żywność, wewnątrz niektórych opakowań z

żywnością można znaleźć niewielkie torebeczki ze środkiem suszącym - bardzo często jest to

właśnie żel krzemionkowy).

Żele krzemionkowe stosowane jako środki suszące często barwi się solami kobaltu, by móc

kontrolować stopień ich aktywności.

docsity.com

Sedymentacja

Cząstki koloidalne są poddawane działaniu dwu przeciwstawnych sił - siły grawitacji, dążącej

do usytuowania cząstek na dnie naczynia, i sił wynikających z energii translacji, a dokładniej

ich części działających przeciwnie do sił grawitacyjnych. Siła grawitacji, w zależności od

wielkości cząstek, a dokładniej ich masy i gęstości, po pewnym czasie doprowadza do

sedymentacji. Sedymentacja jest zjawiskiem "odwrotnym" do dyfuzji, powoduje bowiem

powstawanie gradientu stężeń w roztworze koloidalnym, który dyfuzja próbuje niwelować.

Można zatem uznać, że dyfuzja w swoisty sposób także przeciwstawia się sedymentacji.

Jeżeli słabą grawitację ziemska zamienimy na siłę odśrodkową w ultrawirówce, w krótkim

czasie możemy doprowadzić do powstania w roztworze wirowanym wyraźnego gradientu

stężenia. Na jego podstawie można obliczyć rzeczywistą masę cząstek koloidalnych, a jeżeli

jest to roztwór o molekularnej dyspersji i cząstka koloidalna jest cząsteczką chemiczną, to

także możemy obliczyć jej masę cząsteczkową.

Szybkość sedymentacji zależy nie tylko od wymienionych wcześniej czynników ale również

od lepkości cieczy. Ten ostatni czynnik szczególną rolę odgrywa w zawiesinach, gdzie cząstki

bardzo duże (w stosunku do cząstek koloidalnych) - a więc poddawane dość dużej sile

grawitacji ziemskiej, stosunkowo szybko opadają na dno naczynia. Duża lepkość cieczy

powoduje, że proces sedymentacji zostaje poważnie spowolniony. Stworzenie zawiesiny w

sposób chroniący cząstki przed zlepianiem się w agregaty, nawet po opadnięciu na dno

naczynia pozwala przywrócić równomierne rozproszenie cząstek zawieszonych przez

wytrząsanie mieszaniny ("wstrząsnąć przed użyciem").

SUBSTANCJE - emulsje

Emulsjami nazywamy dwufazowe, ciekłe układy dyspersyjne, czyli mówiąc bardziej

przystępnym językiem układy, w których w jednej cieczy, zwanej fazą ciągłą lub zewnętrzną,

zawieszone są subtelne kropelki drugiej cieczy, zwanej fazą rozproszoną lub wewnętrzną.

Emulsją jest mleko, majonez, kremy, maści, tzw. mleczka itp.

Układ emulsyjny dwóch nie mieszających się cieczy określamy jako olej w wodzie (O/W)

jeżeli hydrofobowa faza, zwana "olejem" jest zawieszona w postaci rozproszonej w fazie

hydrofilowej, zwanej "wodą". Dla przypadku, gdy fazą ciągłą, zewnętrzną jest ciecz

hydrofobowa ("olej") a cieczą zdyspergowaną jest ciecz hydrofilowa ("woda") mówimy o

emulsji woda w oleju (W/O).

Określenia typu emulsji można dokonać pod mikroskopem, oglądając warstwę emulsji

zabarwiona barwnikiem rozpuszczalnym w olejach (np. Sudan IV) lub w wodzie (np. oranż

metylowy). Zabarwieniu ulegnie oczywiście ta faza, która rozpuszcza barwnik.

docsity.com

Drugi sposób na określenie typu emulsji polega na sprawdzeniu przewodności elektrycznej

emulsji. Emulsje typu O/W, gdzie fazą zewnętrzna, ciągłą, jest rozpuszczalnik polarny

(najczęstszy przypadek to wodny roztwór elektrolitów) będzie przewodzić prąd elektryczny.

Emulsja W/O będzie wykazywać dużą oporność.

Emulgatory

Ponieważ w emulsjach powierzchnia styku dwóch faz (niemieszajacych się składników) jest

bardzo duża, układ może być trwały tyko w przypadku, gdy siły napięcia powierzchniowego

między fazami będą bliskie zeru. W przypadku przeciwnym faza rozproszona w bardzo

krótkim czasie łączy się w fazę ciągłą i emulsja rozdziela się na dwie fazy ciągłe (zjawisko

zwane koalescencją). Tak w przyrodzie, jak i w emulsjach tworzonych przez człowieka w

celu obniżenia napięcia powierzchniowego między fazami wykorzystuje się substancje

trzecie, zwane emulgatorami, tenzydami, środkami powierzchniowoczynnymi, których

budowa powoduje, że umieszczają się one na granicy faz, jedną częścią "zanurzone" w fazie

hydrofilowej a drugą w hydrofobowej. Tworząc taką monomolekularną warstewkę przyjmują

na siebie "bycie granicą faz", a ponieważ ich powinowactwo do obu faz jest podobne,

powodują praktycznie zanik napięcia powierzchniowego (dobre emulgatory) lub przynajmniej

jego poważne obniżenie (środki powierzchniowe czynne) i tym sposobem stabilizują emulsje.

Powinowactwo emulgatora do fazy olejowej i fazy wodnej określa parametr HLB

(Hydrophilic-Liophilic Balance). Wartość HLB, zależna głównie od budowy cząsteczki, a

dokładniej od stosunku części hydrofilowej do hydrofobowej, określa, czy dany środek

powierzchniowo czynny stabilizuje lepiej emulsje O/W czy W/O. Umownie przyjęto skale

HLB w zakresie 1 - 40. Wartość 1 odnosi się do kwasu olejowego, wartość 40 do

laurylosiarczanu sodowego. Emulgatory o HLB <10 pozwalają wytwarzać emulsje typu W/O

(są lepiej rozpuszczalne w fazie niepolarnej). HLB powyżej 10 predysponuje emulgator do

docsity.com

użycia w emulsji O/W. Liczba HLB charakteryzuje się addytywnością , tzn. dla mieszaniny

emulgatorów można ją obliczyć na podstawie wartości HLB poszczególnych składników i ich

względnego udziału w mieszaninie.

Schemat budowy cząsteczki emulgatora

emulsja W/O

Ponieważ mechanizm obniżania napięcia powierzchniowego polega na tworzeniu cienkiej,

najczęściej monomolekularnej warstewki na granicy faz, emulgator dodany do emulsji tylko

do pewnego stężenia wspomaga tworzenie i utrzymanie emulsji, dodany w nadmiernej ilości

nie powoduje już obniżenia napięcia powierzchniowego i nie gromadzi się więcej na granicy

faz tylko tworzy skupiska (micele) w fazie ciągłej.

Podział emulgatorów ze względu na charakter chemiczny

Anionowe

Mydła (aniony kwasów

tłuszczowych)

oraz aniony monoestrów

kwasu siarkowego

(np. laurylosiarczan Na) i

aniony alkilosulfonowe

docsity.com

Kationowe

Czwartorzędowe sole

amoniowe lub

czwartorzędowe

heterocykliczne związki

amoniowe (pochodne

pirydyny)

Niejonowe

Fragment hydrofilowy

cząsteczki to najczęściej

ugrupowanie alkoholu

wielowodorotlenowego

lub łańcuch

poli(oksymetylenowy)

Amfolityczne

Wykazują charakter anionowy

lub kationowy w zależności

od pH roztworu. Sole

wewnętrzne

Trwałość układów emulsyjnych

Jeżeli emulsja została wytworzona świadomie, jako postać np. leku czy kosmetyku to zależy

nam na długim okresie trwałości. Bywa jednak i tak, że emulsja powstała samorzutnie w

trakcie jakiegoś procesu technologicznego (częsty przypadek w czasie pracy z surowcami

naturalnymi zawierającymi często substancje spełniające role niepożądanego w tym

przypadku emulgatora) i jest poważnym utrudnieniem w procesie produkcyjnym. Dość często

obserwujemy takie zjawisko podczas procesu ekstrakcji, dokonywanego metodą wytrząsania.

W tych przypadkach zależy nam na szybkim zniszczeniu emulsji i doprowadzeniu do

rozdzielenia faz. Pamiętając, że głównym czynnikiem wpływającym na trwałość emulsji jest

napięcie międzyfazowe (powierzchniowe), zarówno przy tworzeniu, jak i niszczeniu emulsji

będziemy się starać wpływać na wielkość tego parametru. Drugim czynnikiem warunkującym

trwałość emulsji jest wielkość kulek fazy rozproszonej. Emulsja o większej dyspersji będzie

trwalsza, ze względu na mniejsza masę pojedynczej kuleczki i związaną z tym większą ich

ruchliwość.

Emulsje przechowywane przez dłuższy okres wykazują zjawisko "śmietankowania", tzn.

gromadzenia ie. kuleczek fazy rozproszonej na powierzchni na skutek działania sił

wyporności cieczy. Sprzyjać temu będzie duża różnica gęstości cieczy i większy promień

kulek emulsji. Nazwa pochodzi od naturalnego procesu gromadzenia się śmietany na

docsity.com

powierzchni mleka, które w dużym uproszczeniu jest emulsja tłuszczu w wodzie.

Rozdzielenie faz emulsji tym sposobem można przyśpieszyć wirując emulsję. Ponieważ w

tym etapie nie doszło jeszcze do poważniejszych zmian wytrząśnięcie "śmietankującej"

emulsji najczęściej przywraca postać wyjściową. Dalszym etapem destrukcji jest łączenie się

pojedynczy kuleczek emulsji w większe, czego końcowym efektem jest złamanie emulsji

(rozdzielenie się faz).

Szybkość rozkładu emulsji jest proporcjonalna do kwadratu promienia kuleczek fazy

rozproszonej, różnicy gęstości obu faz i przyspieszenia działającego na emulsję (zazwyczaj

przyspieszenia ziemskiego, chyba że wirujemy emulsje, wtedy jest to przyspieszenie

nadawane przez wirówkę) a odwrotnie proporcjonalna do lepkości fazy rozpraszającej.

Jeżeli zależy nam na szybkim zniszczeniu niepożądanej emulsji możemy starać się zniszczyć

ochronną warstewkę emulgatora wokół kropel fazy zdyspergowanej. Możemy też starać się

zmieniać pozostałe parametry warunkujące trwałość (lepkość, przyspieszenie), niestety

jednak najczęściej zdarza się tak, że emulsje, na trwałości których nam zależy rozwarstwiają

się zbyt szybko (wie to niejedna gospodyni, która samodzielnie próbowała ukręcić majonez,

wie to też niejeden student farmacji), zaś niepożądane emulsje opierają się najczęściej bardzo

skutecznie naszym staraniom, mającym doprowadzić do ich złamania.

SUBSTANCJE – procesy

W bieżącym rozdziale krótko (na ile to tylko możliwe) postaram się opisać mechanizm

podstawowych procesów fizykochemicznych. Jak zwykle będzie to tylko przybliżenie

rzeczywistych mechanizmów, pozwalające (mam nadzieję) zrozumieć istotę sprawy, zaś po

dokładne wyjaśnienia, bazujące na matematycznym, ścisłym opisie, odsyłam do

odpowiednich podręczników.

Ponieważ w dalszych opisach będziemy posługiwać się pojęciem fazy, podajmy tu jej

definicję:

Fazą nazywamy część rozpatrywanego układu, jednorodną pod względem fizycznym, która

od pozostałych części układu oddzielona jest wyraźną powierzchnią stanowiącą granicą faz.

Dla układu złożonego z nasyconego roztworu cukru z kryształkami cukru na dnie

zamkniętego w naczyniu napełnionym do połowy mamy dwa składniki - woda i cukier, oraz

trzy fazy - ciekły roztwór nasycony, krystaliczny cukier i parę wodna nad roztworem. Dla

układu złożonego z whisky z lodem będziemy mieli kilkanaście składników (przede

wszystkim etanol i wodę, ale także wszystkie pozostałe składniki smakowo i zapachowe

składające się na roztwór zwany whisky) i trzy fazy - lód, roztwór zwany whisky oraz

mieszaninę gazową nad roztworem.

docsity.com

Parowanie

Wyznacznikiem średniej energii translacji (kinetycznej) cząsteczek cieczy jest temperatura.

Mówimy o średniej energii, bowiem poszczególne cząsteczki cieczy przemieszczają się w jej

obrębie z różnymi szybkościami (energiami kinetycznymi) i w różnych kierunkach. Zderzając

się ze sobą przekazują tę energie z cząsteczki na cząsteczkę. Istnieje zatem zawsze w cieczy

pewna ilość cząsteczek o energii tak dużej, że są zdolne pokonać siły spójności cieczy

(napięcia powierzchniowego). Jeżeli taka cząsteczka znajdzie się przy powierzchni a jej

kierunek ruchu będzie skierowany na zewnątrz, może dojść do procesu oderwania się jej od

cieczy i przejścia w stan gazowy - stan pary. Cząsteczki pary nad cieczą też maja różne

energie kinetyczne i poruszają się w różnych kierunkach, niektóre z nich trafiają więc znów w

obręb cieczy, a dzieje się to tym łatwiej im więcej cząsteczek pary jest nad cieczą (większa

ilość zderzeń, więcej cząsteczek o niższej energii, więcej cząsteczek porusza się w stronę

cieczy). Zjawisko parowania w danej temperaturze będzie trwać tak długo, aż szybkość

procesu skraplania i parowania zrównają się i osiągnięty zostanie stan dynamicznej

równowagi. Parę w stanie takiej równowagi nazywamy parą nasyconą a charakterystycznym

parametrem w danej temperaturze jest jej prężność.

Wyobraźmy sobie hermetycznie zamknięte naczynie, całkowicie wypełnione cieczą, w

którym dno stanowi tłok mogący się przesuwać. Jeżeli obniżymy poziom tłoka, nad cieczą

pojawi się wolna przestrzeń, która przez parowanie cieczy zostanie wypełniona parą

nasyconą. Ciśnienie jakie będzie wywierać ta para w danej temperaturze to właśnie wartość

prężności pary.

W czasie parowania w stan gazowy przechodzą cząsteczki, które osiągnęły odpowiednią

energię umożliwiającą oderwania się od cieczy, i które znalazły się tuż przy powierzchni.

Cząsteczki wewnątrz cieczy, nawet jeśli posiadają energię wystarczającą do oderwania się od

objętości cieczy, stracą ją w zderzeniach z innymi cząsteczkami. Możemy powiedzieć, że

otoczenie nie pozwoli im dojść do stanu gazowego, szybko odbierając im nadmiar energii.

Podwyższając temperaturę cieczy, tzn. zwiększając średnią energię kinetyczna cząsteczek, w

pewnej temperaturze doprowadzamy do stanu, w którym cząsteczki najszybsze posiadają

energię pozwalającą na stworzenie stanu gazowego, a otaczające je wolniejsze cząsteczki też

są bliskie tego stanu, tak że ilość oddawanej najbliższemu otoczeniu energii jest równa energii

przez to otoczenie dostarczanej. W takim stanie możliwe jest powstawanie lokalnych skupisk

cząsteczek o energii pozwalającej zachować stan gazowy nawet wewnątrz objętości cieczy.

Mówimy wówczas, że ciecz wrze (niektórzy mówią, że wrzenie to parowanie całą objętością)

a dostarczane z zewnątrz energia na sposób ciepła nie powoduje już wzrostu temperatury lecz

jedynie zwiększa intensywność wrzenia. Tak więc temperatura wrzenia pod danym

ciśnieniem jest stała i charakterystyczna dla danej substancji - często stanowi jeden z

czynników identyfikacyjnych.

docsity.com

Jak stwierdzono, w chwili wrzenia ciśnienie pary nasyconej cieczy osiąga wartość ciśnienia

zewnętrznego. Można zatem stwierdzić, że wrzenie następuje wówczas, gdy prężność pary

osiągnie wartość ciśnienia zewnętrznego.

Destylacja

Destylacją nazywamy proces przeprowadzenia cieczy w stan pary i następnie skroplenie tej

pary. Proces ten wykorzystywany jest do oczyszczania cieczy. Proces destylacji ze względu

na swą prostotę jest najczęściej stosowanym sposobem oczyszczania cieczy o dużej lotności.

W procesie destylacji wykorzystujemy fakt, że para na roztworem, w stosunku do składu

roztworu, jest zawsze bogatsza w składnik bardziej lotny. Zależności między składem

roztworu a składem pary nad roztworem w różnych temperaturach przedstawiają diagramy

poniżej. Zanim jednak zaczniemy je omawiać, należy omówić sposób odczytywania tych

diagramów. Nie są to bowiem typowe wykresy funkcyjne w układzie x-y. Powstają one przez

nałożenie na siebie dwóch wykresów: zależności prężności pary nad roztworem od składu

roztworu i składu pary nasyconej nad roztworem w zależności od jej prężności. Ponieważ

obie zależności są ze sobą ściśle związane (skład roztworu - prężność pary - skład pary)

można te dwie zależności przedstawić w tym samym układzie osi. Odczytując wykres (a

właściwie diagram) należy pamiętać o kolejności zależności: od składu cieczy zależy

prężność pary nasyconej, a dopiero z wartości tej prężności można wywieść wnioski o

składzie pary.

Wykres pierwszy przedstawia zależność prężności pary nasyconej nad roztworem (y) w

zależności od składu roztworu (x). Wykres drugi przedstawia zależność (oczywiście dla tych

samych składników) składu pary (y') od jej prężności (x').

Ponieważ oś x pierwszego wykresy pokrywa się z osią y drugiego, a oś y pierwszego z osią x

drugiego, nakładamy te wykresy na siebie, otrzymując poniższy diagram, z którego

odczytując dane musimy pamiętać o genezie jego tworzenia:

docsity.com

Z diagramu korzystamy w sposób następujący:

Dla cieczy (roztworu) o składzie określonym w punkcie C znajdujemy z krzywej prężności

pary (niebieska) wartość prężności pary nasyconej nad roztworem - punkt pc. Teraz dla

punktu pc znajdujemy z krzywej zależności składu pary od prężności (czerwona) skład pary -

punkt P. Moglibyśmy tę wartość znaleźć także korzystając z dwóch wykresów "składowych"

naszego diagramu, jednak dzięki diagramowi widzimy to co najważniejsze - skład pary nad

roztworem dwóch cieczy jest bogatszy w składnik bardziej lotny (w naszym przypadku

składnik B, składnik o wyższej prężności pary). Powyższy diagram dotyczy oczywiście

warunków izotermicznych (T=const)

Wyobraźmy sobie, że destylujemy 200 ml roztworu zawierającego 50% składnika A i 50%

składnika B. Skład pary nad roztworem wynosi 10% składnika A i 90% składnika B.

Przyjmijmy dla uproszczenia, co nie zmieni w najmniejszym stopniu poprawności wniosków

naszego rozumowania, że pierwsze 20 ml destylatu ma dokładnie taki sam skład jak

początkowy skład pary. Oznacza to, że w destylacie znalazło się 18 ml składnika B i 2 ml

składnika A. Zatem skład pozostałego roztworu to 100-2=98 ml składnika A i 100-18=82 ml

składnika B, co w przeliczeniu na procenty daje około 55% A i 45% składnika B. Jak więc

widzimy w początkowej fazie destylacji otrzymujemy destylat bardzo bogaty w składnik

lotny i pozostałość wzbogacona w składnik mniej lotny. Jeżeli tę pierwsza porcje destylatu

podamy ponownie procesowi destylacji znów uzyskamy pierwsze porcje destylatu bogatsze w

lotniejszy składnik, które gdy znów poddamy destylacji ..., i tak dalej aż do uzyskania po

docsity.com

wielu kolejnych procesach destylacji całkowicie czystej cieczy B. Także pozostały po

destylacji roztwór poddawany kolejnym procesom destylacyjnym będzie coraz uboższy w

lotny składnik B, aż w końcu pozostanie całkowicie pozbawiony składnika B składnik A.

Poprzez wielokrotne procesy destylacji uda nam się otrzymać czyste składniki rozdzielanej

mieszaniny cieczy A i B.

Oczywiście, gdyby kolejne procesy destylacji były prowadzone niezależnie, to przy

koniecznej do rozdzielenia składników ich ilości, nie miałoby to najmniejszego sensu i byłoby

praktycznie prawie niewykonalne. W praktyce proces kolejnych destylacji (odparowania i

skroplenia) odbywa się na ściankach aparatury do destylacji, między powierzchnią

destylowanej cieczy a chłodnicą, czyli rurą chłodzona wodą lub powietrzem, odprowadzająca

destylat do naczynia zbiorczego. Jeżeli różnica w lotnościach składników destylowanego

roztworu jest duża (najwygodniej gdy drugi składnik jest praktycznie nielotny w warunkach

destylacji, np. ciało stałe) to zazwyczaj wystarcza prosta aparatura destylacyjna: ogrzewana

kolba z roztworem, krótkie połączenie z chłodnicą i odbieralnik czystego destylatu. W

przypadkach gdy próbujemy rozdzielić ciecze o dość podobnych lotnościach (w dużym

skrócie - podobnych temperaturach wrzenia) musimy zastosować między kolbą z roztworem a

chłodnicą tzw. kolumnę rektyfikacyjną. W najprostszym wydaniu może to być rura

wypełniona drobno pociętą rurką szklana (pierścieniami). Para destylatu przeciskając się

przez szereg tak stworzonych przewężeń powoduje ochładzanie i skraplanie się

mikrodestylatu, który za chwile podgrzany nowymi porcjami pary znów destyluje itd. Tak

więc w kolumnie rektyfikacyjnej odbywają się setki mikroprocesów destylacji, co prowadzi w

konsekwencji do całkowitego rozdzielenia substancji na końcu kolumny i uzyskania czystego

destylatu.

Niekiedy rozdzielenie cieczy przez prostą destylację nie jest możliwe. Rozpatrzy poniższe

wykresy i diagramy (zasada odczytywania analogiczna jak w poprzednich):

docsity.com

Pamiętamy, że ciecz wrze w momencie, gdy prężność pary osiągnie wartość ciśnienia

zewnętrznego (najczęściej atmosferycznego). Ponieważ skład i prężność pary nad roztworem

jest zdeterminowana przez skład roztworu, a od prężności zależy temperatura wrzenia, także

temperatura wrzenia roztworu zdeterminowana jest pośrednio jego składem. Te trzy

zależności przedstawia graficznie diagram powyżej. Roztwór o składzie C determinuje skład

pary nasyconej P oraz jej prężność a więc i temperaturę wrzenia Tw (zaznaczony kółkiem

punkt na linii czerwonej). Czerwona linia wyznacza zależność między składem pary

(bezpośrednio jej prężnością, pośrednio składem roztworu) a temperaturą wrzenia. Dla

roztworów bliskich doskonałości (ciecz doskonała, to taka gdzie brak jakichkolwiek

oddziaływań między cząsteczkami składników, praktycznie roztwór zbliża się do

doskonałości gdy wszystkie oddziaływania międzycząsteczkowe, tzn. A-A, B-B i A-B są

identyczne lub bardzo bliskie sobie) diagramy zależności temperatury wrzenia od składu

przebiegają podobnie jak powyżej. Takie ciecze nazywamy zeotropowymi.

Mieszaniny cieczy o silnych i różnorodnych oddziaływaniach międzycząsteczkowych (ciecze

rzeczywiste) mogą znacznie odbiegać od praw dla cieczy idealnych i ich diagramy wyglądają

odmiennie:

docsity.com

Zarówno zależność prężności od składu cieczy jak i od składu pary wykazuje ekstremum

(minimum lub maksimum) dla pewnego składu Az. Oczywiste, że dla składu określonego

punktem Az istnieje również temperatura wrzenia minimalna (dla maksimum prężności) lub

maksymalna (dla minimum prężności). Ponadto, co najistotniejsze, w owych ekstremach

skład cieczy (roztworu) i pary nasyconej nad roztworem są identyczne!

Oznacza to, że w momencie kiedy skład roztworu jest zgodny z punktem Az destylat ma

identyczny skład i rozdzielenie substancji A i B tym sposobem nie jest możliwe. Taki skład

destylatu nazywamy azeotropem, mieszanina azeotropową. Podczas destylacji zachowuje się

tak, jakby był jednoskładnikową fazą.

docsity.com

komentarze (0)
Brak komentarzy
Bądź autorem pierwszego komentarza!
To jest jedynie podgląd.
3 shown on 13 pages
Pobierz dokument