1
LABORATOR 5 DISTILAREA IN VID, EXTRACTIA LICHID‐LICHID SI LICHID‐SOLID
Distilarea în vid
Se foloseşte pentru distilarea substanțelor care la presiune atmosfericã se descompun prin fierbere sau care au puncte de fierbere foarte ridicate.
Prin realizarea în interiorul aparaturii de distilare a unei presiuni mai mult sau mai puțin scazutã, vaporizarea lichidului va avea loc la o temperatura mult inferioarã punctului sãu de fierbere la presiunea atmosfericã. In acest mod se poate realiza distilarea evitându‐se pericolul de descompunere.
Aparatura necesarã distilãrii la presiune scazutã este alcatuitã din aceleaşi piese componente ca si cele folosite la distilarea simplã, cu excepția balonului de distilare, care poate fi un balon Claisen prevãzut cu o capilarã în gâtul central şi un termometru in cel de‐al doilea gât sau orice alt balon cu doua gâturi care permite introducerea unei capilare într‐unul dintre cele doua gaturi si a unui termometru in cel de‐al doilea gât.
Prin capilarã se barboteazã un curent slab de aer reglat cu ajutorul unei cleme Hofmann care se fixeazã pe tubul de cauciuc tras pe tubul capilar.
Sursa de vid este în marea majoritate a cazurilor trompa de apã. Controlul vidului la care are loc distilarea se realizeazã cu ajutorul unui vacuumetru prin mãsurarea distanței în mm dintre nivelul mercurului între cele douã brațe (manometrul cu mercur).
Aparatura necesarã distilãrii la presiune scazutã se monteazã ca în figurã.
Figura 1. Aparatura pentru distilare în vid
Instalația simplã de distilare în vid se etanşeizeazã cu dopuri de cauciuc. Vasele de colectare pot fi: baloane cu fund rotund prevãzute cu alonjã pentru vid, sau baloane Wűrtz prin a cãror tuburi laterale se realizeazã legatura cu sursa de vid.
Pentru distilare în vid se recomandã ca instalația sã fie prevazutã cu şlifuri unse cu unsoare de silicon.
Ĩnainte de a începe incãlzirea, se controleazã vidul si etanşeitatea instalației cu ajutorul vacuumetrului dupã ce s‐a reglat debitul de gaz al capilarei (cu ajutorul clemei Hofmann), pentru a asigura în balon o agitare suficientã a lichidului şi un vid corespunzator.
Apoi se începe încãlzirea balonului, legând instalația la o trompã de apã, panã ce se eliminã complet fracțiunile volatile. Dupã eliminarea “capului de distilare”, dupã ce
2
temperatura la presiunea respectivã ramâne constantã, se colecteazã produsul principal al distilãrii pânã când temperatura indicatã de termometru începe sã scadã.
Ĩntreruperea distilãrii se face în urmatoarea ordine: ‐ se întrerupe încalzirea balonului. ‐ se deschide clema Hofmann a capilarei. ‐ se face legãtura cu presiunea atmosfericã prin intermediul
robinetului vasului de siguranțã. Practic: se va distila la presiune scazutã apa
urmarindu‐se variația punctului de fierbere comparativ cu distilarea la presiune normală.
EXTRACTIA
Este una din metodele de separare si purificare a substanțelor chimice. Ea se bazează pe separarea substanțelor la trecerea lui in faza lichidă cu care se face extracția (indiferent dacă amestecul de substanțe a fost inițial în fază solidă sau în faza lichidă).
Aparatele folosite în acest scop sunt de mai multe feluri în funcție de starea de agregare a substanței a cărei separare se urmareste, de natura amestecurilor, de natura dizolvantilor, etc
In funcție de starea de agregare a produsului de la care se porneşte metodele de extracție pot fi clasificate în extracții din substanțe solide şi extracții din substanțe lichide.
1. Exțractia din substanțe solide
Constă din separarea unui component, folosind un anumit
solvent organic în care componentul respectiv să fie solubil. Solventul organic ales se ia în funcție de solubilitatea substanței de extras, de stabilitatea substanței în acesta, de posibilitatea de a îndepărta usor solventul după extractie.
Eficacitatea extracției unei substanțe solide cu un solvent lichid este determinata de
‐ solubilitatea substantei solide in lichid; ‐ viteza de difuziune a substanței în lichid; ‐ viteza de eliminare a substanței de pe
suprafața de contact. In continuare se descrie extracția prin procedeul Soxhlet. Ea
se bazeaza pe principiul simplu al unei extracții periodice continue având o largă utilizare practică. In aparatul Soxhlet se face o
3
extracție continuă cu ajutorul unei cantități de solvent bine determinată.
Apaxatul Soxhlet se compune din trei parți: 1‐ balonul în care se încălzeşte solventul; 2‐ cilindrul de extracție propriu‐zis unde se introduce
produsul de extras; 3‐ refrigerentul ascendent. Solventul cu care se face extracția parcurge în acest aparat
un ciclu închis si vaporii solventului formați în balon trec prin tubul lateral şi ajung în refrigerent, unde se condensează şi cad în cilindrul de extracție, peste produsul de extracție care se află într‐un cartuş special din hârtie de filtru.
Solventul colectat în cilindru sifonează, revenind în balon. Operația se continuă până la extracția totală a substanței respective. Substanța extrasă concentrată în balon este izolată apoi fie prin precipitare după răcire din soluția concentrată formata în balon, fie prin evaporare până la uscarea solventului din balon şi apoi se recristalizează dintr‐un solvent potrivit.
Pe acest principiu se construiesc aparate cu capacitate mare, care să permită extracții pe scară induostriala.
Extractii din lichide
Adeseori este necesar sa se extraga din solutii o substanta
dizolvata care poate fi solida sau lichida. Pentru aceasta se foloseste un dizolvant nemiscibil cu solutia. Extractia din lichide se bazeaza pe principiul echilibrului eteroge, ce se stabileste intre doua faze nemiscibile intre care s‐a repartizat substanta de separat.
Extracția se bazează pe legea repartiției a lui Nernst, conform căreia la solvirea unei substante în două lichide nemiscibile, raportul concentrațiilor substantelor la echilibru, [CA] si [CB], in cele doua lichide A si B are o valoare constanta:
Constanta K se numeşte coeficient de repartitie
(distribuție), în care concentrațiile apar sub formă de concentrații molare.
Deoarece o singură extracție nu poate duce la o concentrare suficientă a produsului de extracție în faza extractoare, operația de extracție trebuie repetată în majoritatea cazurilor.
Conform legii de repartiție a lui Nernst, la fiecare nouă adăugare de solvent se stabileşte un nou echilibru intre cantitatea de substanță ramasă de extras şi aceea care trece din soluție în solvent.
Stabilirea rapidă a echilibrului de repartiție se realizează printr‐un contact cât mai intim între cele două faze. Practic aceasta se realizează in mod obişnuit cu ajutorul pâlnilor de separare alternând agitarea si repausul soluției formate din cele două faze.
In marea majoritate a cazurilor, una din faze este apoasă iar cealaltă este un solvent organic. Fiecărei faze i se pot adăuga diverse substante care pot influența creşterea solubilității produsului ce urmează a fi extras în faza respectivă.
Factorul cel mai important în efectuarea unei extracții este alegerea potrivită a solventului. Principalii factori de care trebuie să se țină seama la alegerea solventului sunt :
‐ miscibilitatea cât mai redusa a celor două faze;
4
‐ solubilitatea substanței de extras şi selectivitatea dizolvantului;
‐ stabilitatea substanței în solutie ‐ diferența cât mai mare de greutate specifică între cele
două faze; ‐ vâscozitatea cât mai redusă; ‐ posibilitatea îndepărtării uşoare a dizolvantului după
extracție. In laborator cea mai simplă şi cea mai des utilizată metodă de
extracție este extracția prin agitare cu ajutorul pâlniilor de separare care consta în extracții repetate cu noi cantități de solvenți, pâna la epuizarea substanței din soluție. După fiecare extracție urmeaza separarea celor doua faze.
Din cauza agitării (mai ales în cazul solvenților ce au tensiune mare de vapori cum este cazul eterului), în pîlnie se poate crea o suprapresiune care are ca rezultat aruncarea şi spargerea dopului de sticlă. De aceea se recomanda agitarea pâlniei cu grijă, fixându‐se bine dopul cu mâinile urmată de aerisiri repetate executate prin întoarcerea pâlniei cu coada în sus si manevrarea corespunzătoare a robinetului.
Ca rezultat al extracției, ambele faze se saturearz, una în raport cu cealaltă.
In cazul extracțiilor din faza apoasa, înainte de îndepărtarea solventului, pentru recuperarea substasnței extrase se impune eliminarea apei din solventul organic prin anhidrificare utilizând diferse săruri anorganice anhidre. Apoi lichidele îmbogățite în substanța extrasă se prelucrează prin îndepărtarea solventului şi purificarea produşilor obținuți.
Se cunosc o serie de procedee continue de extracție în care solventul strabate în permantența faza supusa extracției ți se
îmbogățeşte mereu în componenta pe care o extrage. Acestea sunt percolarea şi distribuția in contracurent.
Practic: se vor extrage substanțele organice din coji de portocale sau frunze de menta prin procedeul Soxhlet folosind ca solvent alcoolul etilic.
Folosind metoda de extracție prin agitare cu ajutorul pâlniilor de separare, se va extrage iodul din soluția apoasă de iod‐iodura de potasiu cu ajutorul unora din următorii solvenți organici: alcool metilic, alcool etilic, eter etilic, acetona, cloroform, sulfură de carbon tetraclorură de carbon, benzen, etc.
Se iau 2‐3 ml soluție KI (iod în iodură de potasiu) se introduc într‐o pâlnie de separare de 50 ml. Se adaugă 5 ml benzen, se închide pâlnia şi se agită bine. Se scoate aerul, se lasa pâlnia pe un inel de filtrare până la separarea celor două faze. Se separă faza apoasă de faza organică, fazei apoase i se mai adaugă cîte 5 ml benzen în două etape şi se repetă operația de extracție.