Distillation simple est un excellent moyen pour séparer les liquides dans un mélange - par exemple, l'éthanol et de l'eau. Certains mélanges azéotropes dits ne peuvent être séparés en leurs composants par distillation; en supposant que le mélange soit pas un azéotrope, cependant, une simple distillation est efficace aussi longtemps que les points centraux des deux composants à point d'ébullition sont très différents. Compte tenu de certaines hypothèses simples, vous pouvez calculer les proportions de chaque produit chimique dans la vapeur à partir d'un procédé de distillation.
Instructions
1 Déterminer la pression de vapeur pour chaque composant présent dans le mélange. la pression de vapeur est la pression partielle d'un liquide dans un récipient fermé à équilibre avec sa vapeur (à savoir la quantité de vapeur ne change pas, car l'air est complètement saturé). La pression partielle est la fraction de la pression totale attribuable à un gaz spécifique d'un mélange de gaz. Vous pouvez trouver des pressions de vapeur pour de nombreux liquides communs sur le site Web de engineersedge. Le site hyperphysics.phy-astr.gsu répertorie la pression de vapeur d'eau à des températures différentes.
2 Convertir la pression de vapeur indiqué dans le tableau à la température à laquelle la vaporisation a lieu. Vous pouvez effectuer cette conversion en utilisant l'équation de Clausius-Clayperon, qui est la suivante:
ln (P2 / P1) = (Hvap / R) * (1 / T1 - 1 / T2)
Où ln est le logarithme naturel, P2 est la pression de vapeur à la température T2, P1 est la pression de vapeur à la température T1, R est la constante des gaz parfaits, 8.314 joules par mole de Kelvin et Hvap est la quantité d'énergie absorbée lors d'une mole de évaporation du liquide. Vous pouvez trouver Hvap (enthalpie de vaporisation) pour de nombreux liquides communs en utilisant la fonction de recherche sur le site Web de webbook.nist. Toutes les températures en degrés Celsius doivent être converties en degrés Kelvin en ajoutant 273,15 avant d'utiliser cette équation. A noter également cette équation est vrai pour les gaz parfaits; par conséquent, il est seulement une approximation dans la plupart des cas, parce que la plupart des gaz ne sont évidemment pas idéal.
3 Supposons que le mélange est un mélange idéal. Ce ne sera pas toujours vrai, mais il faudra encore vous donner une bonne approximation et de faire les calculs beaucoup plus simple.
4 Mettre en place une équation simple pour la distillation comme suit. De la loi de Raoult, nous savons ce qui suit:
la pression de vapeur du liquide dans la distillation A = (fraction molaire de A dans le mélange liquide) x (pression de vapeur du liquide A si elle était pur). Lorsque la fraction molaire est la fraction du nombre total de molécules dans le mélange qui sont A. liquide Pour rester simple, nous allons maintenant référence à la fraction molaire de liquide A dans le mélange comme MfA dans le mélange, et la pression de vapeur du liquide A si il était pur comme APV. Nous savons aussi que la pression totale de toute la vapeur dans la distillation = la somme des pressions partielles de chaque liquide individuel. Par conséquent, nous pouvons combiner ces équations pour calculer la suivante: fraction molaire de liquide A dans la vapeur = ((MfA en mélange) x (VPA)) / ((MfA en mélange) x (APV) + (MFB en mélange) x ( VPB)). Cette équation donne la fraction molaire du liquide A dans la vapeur d'un mélange de deux liquides, le liquide A et le liquide B.
5 Calculer la fraction molaire du liquide A dans la vapeur en utilisant l'équation de la dernière étape. Exemple: Disons que le liquide B a une pression de vapeur de 47 Torr et liquide A a une pression de vapeur de 600 Torr. La fraction molaire de liquide B dans le mélange est de 0,7 et la fraction molaire du liquide A est de 0,3. Si nous branchons ces valeurs dans notre équation, nous trouvons ce qui suit pour le liquide A: fraction molaire de liquide A dans la vapeur = ((0,3) x (600)) / ((0,3) x (600) + (0,7) x ( 47)). La fraction molaire de liquide A dans la vapeur = 0,845. Notez que tandis que le liquide A était juste un tiers du mélange, il représente environ 85 pour cent de la vapeur - et une fois que nous condenser la vapeur, nous aurons un mélange qui est environ 85 pour cent de liquide A. On pourrait alors distiller ce nouveau mélange à nouveau pour obtenir un échantillon encore plus pur de liquide A. Voici comment fonctionne la distillation.