V. Очистка жидкостей перегонкой

Перегонка (дистилляция) – метод очистки жидкостей от растворённых в них веществ, основанный на различии их в температурах кипения (в летучести). Чем ниже температура кипения вещества, тем выше его летучесть.

Метод заключается в том, что при нагревании раствора из него постепенно испаряются вещества по мере увеличения их температур кипения. Выделяющиеся пары конденсируются в холодильнике и собираются отдельно.

Если очищаемая летучая жидкость (например, вода) содержит нелетучие растворённые примеси (соли, щёлочи), то при перегонке они остаются в растворе, а очищаемое вещество испаряется из него, конденсируется и собирается в приёмнике.

Если очищаемая жидкость содержит примесь другой жидкости, то при нагревании их смеси в первую очередь испаряется более летучее вещество. Поэтому очищенная жидкость может остаться в колбе для перегонки или оказаться в приёмнике.

Наиболее часто используют 2 способа перегонки жидкостей:

1. Перегонка при атмосферном давлении (простая перегонка)

Простую перегонку используют для очистки жидкостей либо от нелетучих примесей (соли, щёлочи, красители), либо от примесей, у которых температуры кипения на 100–150 ^оС выше температуры кипения очищаемого вещества.

Прибор для простой перегонки (рис.25) состоит из перегонной колбы (колбы Вюрца), термометра, холодильника Либиха, аллонжа и колбы-приёмника. Перед началом перегонки в перегонную колбу помещают центры кипения (кусочки битого фарфора), которые способствуют равномерному кипению жидкости и препятствуют её перебрасыванию в холодильник. Перегонную колбу заполняют очищаемой жидкостью не более, чем на ⅔ её объёма. Термометр закрепляют так, чтобы шарик со ртутью оказался чуть ниже отводной трубки перегонной колбы и полностью омывался парами. Холодную воду пускают в холодильник в направлении «снизу вверх» и начинают нагревание перегонной колбы. Если в ней находится водный раствор, то разрешается нагревание открытым пламенем. Если
же в колбе содержится горючее вещество, то её нагревают на водяной бане. По показаниям термометра идентифицируют перегоняемое вещество и собирают его в колбу-приёмник.

Известны смеси жидких веществ, которые нельзя разделить перегонкой. Они называются азеотрóпными смесями. К ним относится, например, азеотропная смесь этанола с водой с массовой долей спирта, равной 95,6 %. При нормальном давлении температура её кипения составляет 78,17 ^оС, хотя температуры кипения чистого (100-%-го) спирта и воды выше и равны соответственно 78,3 ^оС и 100 ^оС. Поэтому при нагревании растворов спирта с массовой его долей, большей 95,6 %, из них вначале отгоняется азеотропная смесь, а затем чистый спирт. При нагревании растворов спирта с массовой его долей, меньшей 95,6 %, из них так же вначале отгоняется азеотропная смесь, а затем – оставшаяся вода.

Азеотропные смеси разделяют химическими методами.

Простую перегонку широко используют в лабораториях для получения дистиллированной воды (воды, очищенной методом дистилляции) от растворённых в ней солей.

2. Перегонка при пониженном давлении (вакуум-перегонка)

Её применяют, если невозможна простая перегонка, т.е. если очищаемая жидкость при нагревании под атмосферным давлением разлагается. При понижении давления в системе температура кипения очищаемой жидкости уменьшается и она кипит без разложения. Пары её конденсируются и собираются в приёмнике.

Если целью перегонки является разделение жидкой смеси на несколько разных фракций, то такая перегонка называется фракционной или дробной перегонкой.