DISTILAREA FRACTIONATA, DISTILAREA ÎN VID, EXTRACTIA LICHID-LICHID ŞI LICHID-SOLID

Distilarea fracţionată

Este operaţia de laborator care se utilizează la separarea componentelor dintr-un amestec de mai multe componente miscibile, cu condiţia ca acestea sa nu formeze intre ele amestecuri azeotrope.

O condiţie esenţiala pentru separarea componentelor acestor amestecuri este ca ele să nu aibă puncte de fierbere foarte apropiate (diferenţele de temperatură între punctele de fierbere sa fie de cel puţin 15-20°).

Distilarea fracţionată se execută cu ajutorul coloanelor de separare în care se creează echilibre de faza vapori-lichid între vaporii componentelor mai volatile care urcă în coloană, şi lichidul îmbogăţit în componentele mai puţin volatile, care se condensează pe pereţii coloanei şi coboară în balon.

Se cunosc mai multe tipuri de coloane de fracţionare. În aceste coloane, amestecul de vapori (format din amestecul de lichide care sunt aduse la fierbere în balonul de distilare) întâlnesc de-a lungul coloanei o serie de şicane (bule de sticlă, bucăţi de tuburi de sticlă, bile de sticlă, etc) cu care sunt umplute coloanele, precum şi o mulţime de straturi de lichid condensat depuse pe şicanele coloanei.

În acest mod vaporii mai volatili reuşesc să urce înspre vârful coloanei, ajungând până în refrigerent, unde se condensează, pe când vaporii componentelor mai puţin volatile, se condensează şi cad din nou în balon.

Eficacitatea coloanelor de fracţionare depinde de trei factori:

- dimensiunea coloanei de distilare;- tipul şicanelor;- raportul vapori – condensat.De aceşti factori se ţine seama la fabricarea coloanelor.

Aparatura utilizată la distilarea fracţionată este formată din: balonul de distilare, coloana de fracţionare, refrigerentul şi vasul colector (figura 1).

Operaţia de distilare fracţionată se execută ca şi distilarea simplă, dar se urmăresc cu atenţie indicaţiile termometrului şi schimbarea vasului colector în funcţie de indicaţiile acestuia pentru colectarea diferitelor fracţiuni.

Figura 1. Aparatura pentru distilarea fracţionată

Practic: se va distila fracţionat amestecul dat de conducătorul de lucrări.

1

Distilarea în vid

Se foloseşte pentru distilarea substanţelor 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 puţin scăzută, vaporizarea lichidului va avea loc la o temperatura mult inferioarã punctului sãu de fierbere la presiunea atmosfericã. În acest mod se poate realiza distilarea evitându-se pericolul de descompunere.

Aparatura necesarã distilării la presiune scăzuta este alcătuită din aceleaşi piese componente ca şi cele folosite la distilarea simplã, cu excepţia balonului de distilare, care poate fi un balon Claisen prevăzut cu o capilarã în gâtul central şi un termometru în cel de-al doilea gât sau orice alt balon cu doua gâturi care permite introducerea unei capilare într-unul dintre cele două gâturi şi a unui termometru în 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. Aparatura necesarã distilãrii la presiune scazutã se monteazã ca

în figura 2.

Figura 2. Aparatura pentru distilare în vid

Instalaţia 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 Wurtz prin a cãror tuburi laterale se realizeazã legatura cu sursa de vid.

Pentru distilare în vid se recomandã ca instalaţia sã fie prevazutã cu şlifuri unse cu unsoare de silicon.

Ĩnainte de a începe incãlzirea, se controleazã vidul 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 instalaţia la o trompã de apã, panã ce se eliminã complet fracţiunile volatile. Dupã eliminarea “capului de distilare”, dupã ce 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 Hoffmann a capilarei.- se face legãtura cu presiunea atmosfericã prin intermediul

robinetului vasului de siguranţã.Practic: se va distila la presiune scazutã apa urmarindu-se

variaţia punctului de fierbere comparativ cu distilarea la presiune normală.

2

EXTRACTIA

Este una din metodele de separare şi purificare a substanţelor chimice. Ea se bazează pe separarea substanţelor la trecerea lui în faza lichidă cu care se face extracţia (indiferent dacă amestecul de substanţe a fost iniţial în fază solidă sau în faza lichidă).

Aparatele folosite în acest scop sunt de mai multe feluri în funcţie de starea de agregare a substanţei a cărei separare se urmăreşte, de natura amestecurilor, de natura dizolvanţilor, etc

În funcţie de starea de agregare a produsului de la care se porneşte metodele de extracţie pot fi clasificate în extracţii din substanţe solide şi extracţii din substanţe lichide.

1.Extractia din amestecuri solide

Constă din separarea unui component dintr-un amestec solid, folosind un anumit solvent organic în care doar componentul respectiv să fie solubil. Solventul organic ales se ia în funcţie de solubilitatea substanţei de extras, de stabilitatea substanţei în acesta, de posibilitatea de a îndepărta uşor solventul după extracţie.

Eficacitatea extracţiei unei substanţe solide cu un solvent lichid este determinată de -solubilitatea substanţei solide în lichid; -viteza de difuziune a substanţei în lichid; -viteza de eliminare a substanţei de pe suprafaţa de contact.

În continuare se descrie extracţia prin procedeul Soxhlet. Ea se bazeaza pe principiul simplu al unei extracţii periodice continue având o largă utilizare practică. În aparatul Soxhlet se face o extracţie continuă cu ajutorul unei cantităţi de solvent bine determinată.

Apaxatul Soxhlet se compune din trei părţi:1- balonul în care se încălzeşte solventul;2- cilindrul de extracţie propriu-zis unde se introduce produsul

de extras; 3- refrigerentul ascendent.

Solventul cu care se face extracţia parcurge în acest aparat un ciclu închis şi vaporii solventului formaţi în balon trec prin tubul lateral şi ajung în refrigerent, unde se condensează şi cad în cilindrul de extracţie, peste produsul de extracţie care se află într-un cartuş special din hârtie de filtru (figura 3).

Figura 3.Aparatura pentru extracţia solid-lichid

Solventul colectat în cilindru sifonează, revenind în balon. Operaţia se continuă până la extracţia totală a substanţei respective. Substanţa extrasă concentrată în balon este izolată apoi fie prin precipitare după răcire din soluţia 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 extracţii pe scară industrială.

Practic: se vor extrage substanţele organice din coji de portocale sau frunze de menta prin procedeul Soxhlet folosind ca solvent alcoolul etilic.

2. Extractii din amestecuri lichide

Adeseori este necesar sa se extragă din soluţii o substanţă dizolvată care poate fi solidă sau lichidă. Pentru aceasta se foloseşte un dizolvant nemiscibil cu soluţia. Extracţia din lichide se bazează pe principiul echilibrului eterogen, ce se stabileşte între două faze nemiscibile între care s-a repartizat substanţa de separat.

3

Extracţia se bazează pe legea repartiţiei a lui Nernst, conform căreia la solvirea unei substanţe în două lichide nemiscibile, raportul concentraţiilor substanţelor la echilibru, [CA] şi [CB], în cele doua lichide A şi B are o valoare constanta:

Constanta K se numeşte coeficient de repartiţie (distribuţie), iar concentraţiile sunt concentraţii molare.

Deoarece o singură extracţie nu poate duce la o concentrare suficientă a produsului de extracţie în faza extractoare, operaţia de extracţie trebuie repetată în majoritatea cazurilor.

Conform legii de repartiţie a lui Nernst, la fiecare nouă adăugare de solvent se stabileşte un nou echilibru între cantitatea de substanţă rămasă de extras şi aceea care trece din soluţie în solvent.

Stabilirea rapidă a echilibrului de repartiţie se realizează printr-un contact cât mai intim între cele două faze. Practic aceasta se realizează în mod obişnuit cu ajutorul pâlnilor de separare alternând agitarea şi repausul soluţiei formate din cele două faze.

În marea majoritate a cazurilor, una din faze este apoasă iar cealaltă este un solvent organic. Fiecărei faze i se pot adăuga diverse substanţe care pot influenţa creşterea solubilităţii produsului ce urmează a fi extras în faza respectivă.

Factorul cel mai important în efectuarea unei extracţii este alegerea potrivită a solventului. Principalii factori de care trebuie să se ţină seama la alegerea solventului sunt :

- miscibilitatea cât mai redusă a celor două faze;- solubilitatea substanţei de extras şi selectivitatea dizolvantului;- stabilitatea substanţei în soluţie- diferenţa cât mai mare de greutate specifică între cele două faze;- vâscozitatea cât mai redusă;- posibilitatea îndepărtării uşoare a dizolvantului după extracţie.În laborator cea mai simplă şi cea mai des utilizată metodă de extracţie

este extracţia prin agitare cu ajutorul pâlniilor de separare care constă în extracţii repetate cu noi cantităţi de solvenţi, până la epuizarea

substanţei din soluţie. După fiecare extracţie urmează separarea celor două faze.

Din cauza agitării (mai ales în cazul solvenţilor ce au tensiune mare de vapori cum este cazul eterului), în pâlnie 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 şi manevrarea corespunzătoare a robinetului.

Ca rezultat al extracţiei, ambele faze se saturează una în raport cu cealaltă.

În cazul extracţiilor din faza apoasa, înainte de îndepărtarea solventului, pentru recuperarea substanţei extrase se impune eliminarea apei din solventul organic prin anhidrificare utilizând diverse săruri anorganice anhidre. Apoi lichidele îmbogăţite în substanţa extrasă se prelucrează prin îndepărtarea solventului şi purificarea produşilor obţinuţi.

Se cunosc o serie de procedee continue de extracţie în care solventul străbate în permanenţa faza supusa extracţiei şi se îmbogăţeşte mereu în componenta pe care o extrage. Acestea sunt percolarea şi distribuţia în contracurent.

Practic, se va extrage iodul din soluţia apoasă de iod-iodura de potasiu cu ajutorul unora din următorii solvenţi organici: alcool metilic, alcool etilic, eter etilic, acetona, cloroform, sulfură de carbon tetraclorură de carbon, benzen, etc.

Mod de lucru: Se iau 2-3 ml soluţie 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 lasă 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 câte 5 ml benzen în două etape şi se repetă operaţia de extracţie.

4