Метод перегонки применяется для очистки и разделения смеси жидкостей, которые отличаются по температурам кипения. Этот метод целесообразен только в том случае, когда вещество, которое перегоняют, является устойчивой к нагреванию и практически не разлагается при температуре кипения.
Перегонка - это процесс, который включает частичное испарение смеси и последующую конденсацию образованной пары. В результате конденсации пара получают жидкость, состав которой отличается от состава исходной смеси. Разделение жидкостей перегонкой основывается на различной летучести компонентов смеси по одной температуры, поэтому при перегонке все компоненты смеси переходят в парообразное состояние в количествах, пропорциональных их летучести. То есть, паровая фаза всегда содержит большее количество низкокипящего компонента, чем их жидкая смесь.
При испарении устанавливается равновесие между жидкостью и паром соответствующее давление пара, значение которого зависит от природы жидкости и температуры, причем с повышением температуры давление пара над жидкостью повышается. Некоторые соединения образуют смеси, при перегонке которых состав пара не отличается от состава жидкости, то есть эти смеси кипят при одинаковой температуре, а значит становятся неразделимыми. Такие смеси называют азеотропными.
Перегонку при атмосферном давлении целесообразно применять для жидкостей с температурой кипения от 40 до 150 ° С, поскольку при температуре выше 150 ° С большинство органических соединений разлагаются, а другие - с температурами кипения ниже 40 ° С перегоняются со значительными потерями.
При температуре давление пара, находящегося над жидкостью, не зависит от количества жидкости и пара, но возрастает с повышением температуры.
Жидкость начинает кипеть, когда давление пара равно атмосферному давлению. В этих условиях температура жидкости больше не повышается. При дальнейшем нагревании кипящей жидкости повышается скорость парообразования.
Температура кипения жидкости - это температура, при которой давление паров жидкости в каждой точке над ее поверхностью равно атмосферному. Необходимо всегда указывать давление, при котором происходит перегонка, например: Ткип = 121 ° С (753 мм рт. Ст.). Снижение давления вызывает уменьшение температуры кипения жидкости и наоборот - повышение давления приводит к росту температуры кипения. Считают, что снижение атмосферного давления на 10 мм рт. ст. вызывает уменьшение температуры кипения по сравнению с температурой кипения при 760 мм рт. ст. на 0,5 ° С.
Для перегонки чистого вещества при атмосферном давлении применяется установка (рис. 3.7), которая состоит из колбы Вюрца (1), термометра (2), пожилого холодильника (3), аллонжа (4) и приемника (5). Колбу Вюрца выбирают таких размеров, чтобы жидкость в ней занимала 2/3 объема.
Для перегонки низкокипящих жидкостей, температура кипения которых ниже 150 ° С, применяют колбу Вюрца с високоприпаяною трубкой и холодильник Либиха.
Для перегонки высококипящих жидкостей, температура кипения которых выше 150 ° С, применяют колбу Вюрца с низькоприпаяною трубкой и воздушным холодильником. При перегонке таких веществ не следует применять стеклянные холодильники с водяным охлаждением, так как из-за резкого перепада температур холодильник может треснуть.
Жидкости, которые кипят выше 300 ° С, перегоняют без холодильника, его функцию выполняет отводная трубка колбы Вюрца.
Составляют установку для перегонки. Термометр, который показывает температуру пара жидкости перегоняют, вставляют в колбу так, чтобы шарик с ртутью была расположена на 0,5 см ниже отверстия отводной трубки для обеспечения омывания шарики. Холодильник соединяют с Аллонж, который позволяет снизить потери низкокипящих вещества за счет испарения. В колбу наливают жидкость подлежит перегонке, кладут кипятильные камни, которые обеспечивают равномерное кипение, и закрывают горловину пробкой с термометром. Подставляют приемник для дистиллята и начинают нагрев. Нельзя добавлять кипятильные камни в кипящую жидкость, так как при этом происходит ее бурный закипания. При перегонке жидкость не должна бурно кипеть, в противном случае она может попасть в отводную трубку и испачкать дистиллят.
При работе установки с водяным холодильником нужно постоянно следить за напором воды в нем: слабый напор воды или отсутствие ее в холодильнике может привести к пара в атмосферу, отравление воздуха и, тем самым, создать токсическое и огнеопасную обстановку.
Вещество нельзя отгонять полностью. Перегонку прекращают, когда в колбе для перегонки остается 1 - 2 мл жидкости.
В зависимости от температуры кипения жидкости, перегоняют, колбу нагревают или на водяной бане (для веществ, температура кипения которых ниже 80 ° С), асбестовой сетке, или на песчаной бане. Температура бане не должна превышать температуру кипения жидкости более чем на 25 ° С. Горючие, легковоспламеняющиеся жидкости, такие как диэтиловый эфир, перегоняют на водяной бане, предварительно нагретой на электрической плитке с закрытым элементом. Горючие жидкости с температурой кипения более 100 ° С можно нагревать на электроплитках.
Если осуществляют перегонку чистого вещества, показатели термометра в процессе перегонки остаются постоянными. Практически чистой считают вещество, перегоняется в интервале температур с разницей в 1 - 2 ° С.
Простой перегонкой можно разделить смеси веществ, температуры кипения которых значительно (на несколько десятков градусов) отличаются друг от друга. При простой перегонке нельзя добиться полного разделения смеси, но можно выделить отдельные фракции: первую, которая содержит более летку (более низкокипящих) вещество, последнюю, которая содержит менее летку (более высококипящие) вещество. Средняя промежуточная фракция будет состоять из смеси обоих веществ, которые разделяются.