Cum se purifică alcoolul prin distilare

Alcoolul etilic este unul dintre cei mai folosiți compuși chimici organici în laborator. În plus, este unul dintre puținii alcooli care pot fi ingerați relativ în siguranță, deoarece majoritatea celorlalți alcooli pot fi foarte toxici.

Etanolul este alcoolul a doi atomi de carbon și formula sa moleculară este CH ₃ CH ₃ OH. Printre proprietățile sale multiple putem găsi utilizarea sa ca solvent organic care este și miscibil cu apa. Are un punct de fierbere relativ scăzut și este, de asemenea, foarte combustibil.

Pe de altă parte, la fel ca toți alcoolii, etanolul este o materie primă importantă pentru sinteza unei game largi de compuși organici, datorită numărului mare de reacții chimice la care poate participa. Acestea și alte motive fac să fie foarte important să aveți alcool etilic în laborator cu un grad bun de puritate.

Surse posibile de alcool

Alcoolul etilic poate fi produs în mai multe moduri. La nivel industrial, este de obicei produs prin hidratarea etilenei, care este una dintre hidrocarburile gazoase care se găsesc în zăcămintele petroliere și zăcămintele de gaze naturale. În plus, se produce și în cantități mari prin fermentarea carbohidraților de către unele microorganisme, inclusiv drojdii.

Alcoolul de origine industrială este adesea folosit pentru sinteza organică la nivel industrial și servește și ca sursă pentru prepararea alcoolului absolut pentru utilizare ca solvent sau reactiv în laborator. Pe de altă parte, alcoolul etilic este unul dintre componentele principale ale băuturilor alcoolice, unde îl găsim amestecat cu apă și o mare varietate de alte substanțe dizolvate și solvenți, toți potriviți pentru consumul uman.

Deoarece vânzarea de alcool pentru consum uman este puternic reglementată și controlată în cea mai mare parte a lumii, alcoolul etilic destinat altor utilizări este denaturat pentru a preveni consumul. Acest lucru se realizează prin adăugarea de substanțe chimice extrem de amare și chiar toxice, în unele cazuri. Aceste substanțe, pe lângă faptul că provoacă aceste efecte neplăcute atunci când sunt consumate, pot interfera și cu utilizarea lor ca solvent sau ca reactiv chimic.

Din aceste motive și din alte motive, purificarea alcoolului este un proces foarte important, iar cel mai bun mod de a o face este prin distilare.

Purificarea etanolului prin distilare

Distilarea este procesul de separare a amestecurilor lichide în funcție de diferența dintre punctele lor de fierbere. În majoritatea prezentărilor de alcool pe care le găsim în comerț, fie ca băuturi alcoolice, alcool de fricție sau ca alcool denaturat, acesta este amestecat cu apă, care are un punct de fierbere mai mare, ceea ce permite separarea acestuia prin distilare.

Distilarea simplă vs. fracționată

La 1 atmosferă de presiune, etanolul pur sau absolut are un punct de fierbere de 78,37 °C, în timp ce apa fierbe la 100 °C. Această diferență de puncte de fierbere, în principiu, face posibilă separarea ambelor lichide prin distilare simplă. Acest lucru poate fi realizat folosind un echipament de distilare precum cel prezentat în figura următoare.

Acest echipament este format dintr-o placă electrică de încălzire, un balon de distilare cu cotul său de distilare respectiv, un condensator, un termometru pentru controlul temperaturii și un alt balon sau, alternativ, un pahar pentru colectarea distilatului.

În ciuda faptului că acest proces permite separarea etanolului de apă cu succes, apropierea ambelor puncte de fierbere înseamnă că vaporii prezenți atunci când amestecul fierbe mai conține cantități semnificative de vapori de apă care se condensează împreună cu etanolul și ajung în distilat. . Pentru a elimina excesul de apă, poate fi efectuată o a doua distilare, apoi o a treia și așa mai departe.

Cu toate acestea, acest lucru poate fi evitat de obicei prin efectuarea nu a unei simple distilare de mai multe ori, ci a unei distilari fracționate, folosind o coloană de fracționare. În aceste coloane, de fapt, multe distilații la scară mică au loc pe măsură ce vaporii se ridică pe coloană, se condensează și se evaporă din nou.

Metoda de distilare pe care o alegeți va depinde de cât de pur este necesar etanolul. De exemplu, o simplă distilare a unui amestec etanol-apă care conține inițial aproape 50% în volum din fiecare componentă, îmbogățește alcoolul doar la 62%. În schimb, repetarea distilarii simple de mai multe ori sau utilizarea distilarii fracționate poate aduce alcoolul la 95% în volum.

Azeotropul etanol-apă

La 1 atmosferă de presiune, odată ce alcoolul ajunge la 95% puritate prin distilare, nu mai poate fi îmbogățit sau purificat în continuare, indiferent de câte ori mai este distilat în mod simplu sau fracționat. Acest lucru se datorează faptului că, la acea compoziție, amestecul formează un azeotrop, care constă dintr-un amestec de două substanțe a căror compoziție în faza gazoasă este aceeași ca în faza lichidă și care, prin urmare, distilează împreună. În aceste cazuri, fierberea amestecului produce un vapori exact egal cu lichidul, prin urmare, atunci când este condensat, se obține și același amestec original.

La 1 atmosferă de presiune, azeotropul etanol-apă fierbe puțin sub punctul de fierbere al etanolului pur, la 78,2 °C pentru a fi exact, și are o compoziție de 95% etanol. Acest lucru implică faptul că, dacă este necesar etanol cu ​​un grad mai mare de puritate (cum ar fi atunci când este folosit ca aditiv pentru benzină), trebuie să spargem azeotropul. Acest lucru se realizează prin așa-numita distilare azeotropă.

Distilarea azeotropă poate fi efectuată în mai multe moduri diferite. O modalitate este prin adăugarea de benzen sau alt aditiv special care împiedică formarea azeotropului, dar cu consecința că etanolul produs trebuie apoi să fie din nou distilat pentru a îndepărta benzenul.

Un alt mod obișnuit de a sparge azeotropul este trecerea amestecului de azeotrop printr-o sită moleculară (cum ar fi un zeolit), astfel încât să absoarbă chiar și o mică parte din apa prezentă în amestec. După ce amestecul azeotrop este spart, distilarea fracționată normală poate fi continuată pentru a termina purificarea alcoolului.

În sfârșit, o altă modalitate de a sparge azeotropul este prin modificarea presiunii la care se efectuează distilarea, fie prin aplicarea unui vid, fie prin creșterea presiunii. Aceasta modifică compoziția azeotropului, permițând separarea unei cantități mai mari de etanol din apă. Odată ce se obține un amestec peste 95% puritate, acesta poate fi revenit la distilarea normală la 1 atmosferă, deoarece odată ce punctul de formare a azeotropului a depășit, nu se poate forma din nou în timpul distilării.

Un exemplu de echipament de distilare care permite etanolului să fie distilat într-un grad mai mare de 95% este prezentat mai jos:

Etape pentru purificarea alcoolului prin distilare

Etapele care trebuie efectuate pentru purificarea etanolului prin distilare sunt descrise mai jos. Vom începe cu câteva măsuri de securitate.

Masuri de securitate

• Etanolul este foarte inflamabil și, de asemenea, considerabil volatil. Prin urmare, distilarea nu trebuie efectuată niciodată folosind o flacără deschisă ca sursă de căldură , deoarece aceasta ar putea duce la o explozie. Trebuie folosit doar un fier de călcat electric sau manta electrică de încălzire.
• Trebuie folosit echipament standard de siguranță de laborator, inclusiv halat, ochelari de protecție și, dacă este posibil, o hotă pentru a preveni acumularea de vapori de etanol în cazul unei scurgeri în sistem.
• Sticlăria trebuie manipulată cu grijă, mai ales având în vedere că va fi fierbinte în timpul distilării.
• Dacă se distilează alcool denaturat, nu este recomandabil să se folosească distilat pentru consumul uman, chiar dacă s-a efectuat distilare fracționată. Acest lucru se datorează faptului că unii agenți de denaturare sunt foarte toxici și pot fi încă prezenți în distilat.

Materiale și echipamente necesare

Echipamentele necesare pentru distilarea fracționată a etanolului sunt prezentate mai jos, deoarece este procesul care produce, în cel mai mic număr de etape, cea mai bună puritate.

• Călcat sau pătură de încălzire.
• Balon de distilare de dimensiune adecvată pentru probă și un alt balon cu fund rotund pentru colectarea distilatului.
• Perle care fierb.
• Coloana de fracționare.
• Cot de distilare.
• Condensator racit cu apa.
• Termometru.
• Cot pentru distilare în vid.
• Sursă de apă curentă.
• Pompă sau tub de vid.
• 2 suporturi universale cu clemele lor respective pentru a susține balonul de distilare și balonul de distilat.
• Unsoare pentru îmbinări șlefuite de sticlă.

procedura de distilare

1. Placa de incalzire este asezata pe suportul universal.
2. Balonul de distilare se fixează pe suportul universal
3. Se introduc granulele de fierbere si se adauga proba de distilat.
4. Îmbinările de pământ ale coloanei de fracţionare sunt unse şi se leagă la balon.
5. Întregul ansamblu este coborât până când mingea atinge placa de încălzire.
6. Același proces se repetă pentru a conecta termometrul la cotul de distilare, asigurându-se că becul termometrului este la nivel cu deschiderea cotului.
7. Partea inferioară a cotului este conectată la partea superioară a coloanei urmând aceeași procedură, iar cotul care iese din lateral este conectat la condensator, care trebuie fixat în prealabil de un al doilea suport universal prin intermediul unei cleme.
8. Trebuie să vă asigurați că conectorul lateral al condensatorului corespunzător admisiei de apă este îndreptat în jos, în timp ce capătul de evacuare a apei trebuie să fie îndreptat în sus.
9. Partea inferioară a condensatorului este conectată la cotul de distilare pentru distilare în vid, care trebuie conectat în prealabil la un balon cu fund rotund care, la rândul său, trebuie să fie atașat și de suportul universal.
10. În acest moment, condensatorul trebuie conectat la sursa de apă rece folosind un furtun, iar un alt furtun trebuie conectat la ieșirea de apă superioară pentru a evacua excesul de apă la scurgere. Odată făcut acest lucru, robinetul este deschis astfel încât apa să înceapă să curgă prin mantaua condensatorului.
11. Se pornește placa de încălzire și începe distilarea.
12. Temperatura trebuie monitorizată cu atenție în timpul distilării. Dacă presiunea atmosferică este de 1 atm, temperatura în timpul distilării ar trebui să rămână relativ constantă și în jur de 78,2 °C, totuși aceasta poate varia în funcție de componentele amestecului.
13. Când se observă o creștere a temperaturii, distilarea trebuie oprită deoarece, în acest moment, tot amestecul etanol-apă s-a distilat deja și probabil că se distilează alte substanțe.

Dacă doriți să obțineți etanol cu ​​un grad mai mare de puritate, puteți distila din nou azeotropul, dar de data aceasta sub vid. Pentru a face acest lucru, începem prin a scoate balonul de distilare și a-l curăța sau putem folosi un balon nou și repetam pașii de la 1 la 10 adăugând distilatul anterior în loc de proba originală. Apoi, trebuie efectuate următorii doi pași:

1. Cotul de distilare trebuie conectat la un sistem de vid și sistemul de vid pornit pentru a se asigura că nu există scurgeri de aer în sistem.
2. Odată ce acest lucru a fost verificat, distilarea este începută prin pornirea plăcii de încălzire.
3. Ca și înainte, temperatura trebuie monitorizată constant. În acest caz, temperatura de distilare ar trebui să fie mai mică decât cea înregistrată la presiunea atmosferică. De exemplu, la o presiune de 300 mmHg, se formează un nou azeotrop care fierbe la aproximativ 56°C și are aproximativ 97,4% etanol în volum.

Odată ce acest nou azeotrop este obținut, dacă se dorește o purificare suplimentară, poate fi efectuată o a treia distilare la presiunea atmosferică. În acest caz, azeotropul nu se va mai forma din nou, deoarece amestecul are o proporție mai mare de etanol, care va crește doar odată cu distilarea. Dupa aceasta a treia distilare se va obtine etanol absolut, aproape complet lipsit de apa.

Referințe

Ondarse Álvarez, D. (2021, 30 septembrie). Cum se obține alcoolul etilic? Conceptul de. https://www.ejemplos.co/alcohol-etilico/

Chimie.ES. (nd). Distilarea azeotropă . https://www.quimica.es/enciclopedia/Destilaci%C3%B3n_azeotr%C3%B3pica.html

Sanz Tejedor, A. (sf). Chimie organică industrială . Chimie organică industrială. https://www.eii.uva.es/organica/qoi/tema-06.php

Tunqui, C., Pardo, A., Tejada, G. și Cjuro, IR (2018). Evaluarea caracteristicilor distilatului alcoolic de anason verde (Pimpinella anisum L.) obtinut prin distilare simpla. Rev. Soc. Chim. Peru , 84 (4 Lima oct./di). http://www.scielo.org.pe/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1810-634X2018000400003

Veiga, S. (2016, 7 noiembrie). QuimicaViva vol15 num3 . Polul Educaţional Tehnologic UTU. http://www.quimicaviva.qb.fcen.uba.ar/v15n3/E0041.html