Distillazione semplice

Quando un liquido viene riscaldato, guadagna energia fino a quando l'aumento del disordine della fase gassosa supera le interazioni intermolecolari nella fase liquida. Una volta che un numero sufficiente di molecole è in fase gassosa, fuoriescono dal liquido sotto forma di bolle. Questo effetto, chiamato ebollizione, si verifica quando la pressione totale del vapore della sostanza è uguale alla pressione atmosferica.

La tensione di vapore è la pressione del vapore in equilibrio con la sua fase condensata e varia con la temperatura. In una miscela di liquidi, ogni componente ha la propria pressione di vapore, che chiamiamo pressione parziale. La pressione di vapore totale della miscela è uguale alla somma delle pressioni parziali. Se i liquidi sono miscibili, il che significa che formano sempre una soluzione omogenea, la pressione parziale di ciascun componente è la pressione di vapore del composto puro a quella temperatura moltiplicata per la sua frazione molare nel liquido.

La temperatura alla quale inizia a formarsi la prima bolla di vapore in una miscela liquida è chiamata punto di bolla. Per un liquido puro, sia il punto di bolla che la temperatura alla quale il vapore inizia a condensare, o il punto di rugiada, sono gli stessi del punto di ebollizione. Tuttavia, per una miscela di due liquidi miscibili, sia il punto di bolla che il punto di rugiada saranno tra i punti di ebollizione dei componenti.

Quando la miscela bolle per la prima volta, il vapore è ricco del composto con il punto di ebollizione più basso o del composto più volatile. Ciò aumenta la proporzione del composto con il punto di ebollizione più alto, o il composto meno volatile, nella miscela liquida.

La distillazione è una tecnica di separazione che sfrutta questo fenomeno. In una semplice distillazione, viene fatta bollire una miscela liquida omogenea. Il vapore in salita entra quindi nella camera interna di un condensatore raffreddato ad acqua. Il vapore si condensa in un liquido, chiamato distillato, che viene poi raccolto in un recipiente separato.

Man mano che l'ebollizione continua, le composizioni del liquido e del vapore cambiano man mano che il componente più volatile viene rimosso. Quindi, se raccogliamo il distillato in piccole frazioni, vedremo che ogni frazione contiene i composti in un diverso rapporto molare.

All'aumentare della proporzione del componente meno volatile nella miscela liquida, aumentano anche il punto di bolla e il punto di rugiada. Tracciando le bolle e i punti di rugiada della miscela rispetto alle frazioni molari dei componenti si crea un diagramma del punto di ebollizione. Una volta ottenuto questo diagramma, possiamo utilizzare la curva del punto di rugiada per determinare la composizione del vapore a una data temperatura.

In questo laboratorio, imposterai ed eseguirai la semplice distillazione di una miscela di cicloesano e toluene e registrerai la temperatura del vapore durante l'esperimento. Utilizzerai quindi il diagramma del punto di ebollizione pubblicato per cicloesano e toluene per determinare la composizione del vapore, consentendoti di stimare la composizione della miscela liquida durante la distillazione.