I. Metody rozdzielania substancji organicznych:
1. Destylacja
2. Krystalizacja
3. Ekstrakcja
4. Chromatografia
II. Identyfikacja substancji organicznych:
1. Metody chemiczne
2. Metody spektroskopowe
III. Synteza związków organicznych
Destylacja jako metoda rozdzielania substancji ciekłych
Destylacja jest metodą rozdzielania substancji ciekłych na podstawie różnic w temperaturach wrzenia. Proces polega na ogrzaniu mieszaniny do temperatury wrzenia jednego z jej składników, a następnie skropleniu pary w chłodnicy. W wyniku tego procesu łatwiej lotny składnik zostaje oddzielony od reszty mieszaniny.
Zjawisko wykorzystywane w destylacji
Podczas destylacji różne składniki mieszaniny w fazie ciekłej i gazowej mają odmienne prężności par. W temperaturze wrzenia prężność pary nad cieczą staje się równa ciśnieniu zewnętrznemu. Im niższe ciśnienie zewnętrzne, tym niższa temperatura wrzenia.
Temperatura wrzenia
Temperatura wrzenia to temperatura, w której prężność par nad cieczą staje się równa ciśnieniu atmosferycznemu. Jest to kluczowy parametr w procesie destylacji, wykorzystywany do rozdzielania składników mieszaniny.
Wieloskładnikowe układy ciekłe
1. Układ cieczy mieszających się ze sobą
Prężność par w takim układzie można opisać równaniem:
P = PA • xA + PB • xB,
gdzie:
PA, PB – prężności par nad czystymi składnikami,
xA, xB – ułamki molowe poszczególnych składników.
2. Układ cieczy niemieszających się ze sobą
Prężność par w tym przypadku wynosi:
P = PA + PB,
gdzie:
PA, PB – prężności par nad poszczególnymi składnikami.
Rodzaje destylacji
1. Destylacja prosta – Proces jednokrotnego przeprowadzenia fazy ciekłej przez fazę gazową do fazy ciekłej. Stosowana dla mieszanin składników o dużej różnicy w temperaturach wrzenia (kilkadziesiąt stopni).
Przykład: rozdzielanie dichlorometanu i cykloheksanu.
2. Destylacja frakcjonowana (rektyfikacja) – Proces wielokrotnego rozdzielania faz ciekłej i gazowej, realizowany w kolumnie rektyfikacyjnej (deflegmatorze). Stosowany do mieszanin o małych różnicach w temperaturach wrzenia.
3. Destylacja pod zmniejszonym ciśnieniem – Stosowana dla substancji o wysokich temperaturach wrzenia, gdy istnieje ryzyko ich rozkładu przed osiągnięciem temperatury wrzenia. Zamiast porcelanki używa się kapilary, która redukuje ciśnienie wewnątrz układu.
4. Destylacja z udziałem pary wodnej – Wykorzystywana do rozdzielania substancji niemieszających się z wodą. Umożliwia destylację przy temperaturach niższych niż temperatura wrzenia wody. Przykład: destylacja olejków eterycznych.
Rozdzielenie mieszaniny dichlorometanu i cykloheksanu
1. Destylacja prosta – Stosowana dla mieszanin, gdzie różnica temperatur wrzenia składników wynosi kilkadziesiąt stopni.
2. Destylacja frakcjonowana – Używana, gdy różnica temperatur wrzenia jest niewielka. Proces przeprowadzany w kolumnie rektyfikacyjnej, który pozwala na uzyskanie bardziej precyzyjnego rozdzielenia składników.
Zestaw do destylacji i rola deflegmatora
W destylacji frakcjonowanej deflegmator (kolumna rektyfikacyjna) odgrywa kluczową rolę, umożliwiając wielokrotne skraplanie i odparowanie par, co zwiększa czystość otrzymanego destylatu. Dzięki odpowiedniej konstrukcji deflegmatora możliwe jest uzyskanie czystego składnika, który trafi do chłodnicy i odbieralnika.
Wykonanie destylacji
1. Odmierzyć mieszaninę 100 cm³ dichlorometanu i cykloheksanu.
2. Wsypać kilkanaście kawałków porcelanki do kolby kulistej.
3. Zamontować zestaw do destylacji.
4. Włączyć medium chłodzące.
5. Podstawić cylinder miarowy jako odbieralnik.
6. Włączyć ogrzewanie czaszy elektrycznej i regulować moc tak, aby destylacja przebiegała w tempie jednej kropli na sekundę.
7. Notować objętość destylatu oraz temperaturę wrzenia.
8. Sporządzić wykres zależności temperatury wrzenia od objętości zebranego destylatu.
9. Na podstawie wykresu odczytać skład destylowanej mieszaniny.
Destylacja pod zmniejszonym ciśnieniem i z udziałem pary wodnej
Destylację pod zmniejszonym ciśnieniem stosuje się dla substancji o wysokich temperaturach wrzenia, by zapobiec ich rozkładowi. Destylację z parą wodną wykorzystuje się w przypadku substancji niemieszających się z wodą, gdzie temperatura wrzenia mieszaniny jest niższa od temperatury wrzenia wody.
