CHƯNG CẤT ĐƠN GIẢN: QUY TRÌNH VÀ VÍ DỤ - HÓA HỌC - 2026

Các phương pháp chưng cất đơn giản là một quá trình trong đó hơi được sản xuất từ một chất lỏng được đưa trực tiếp vào một bình ngưng, trong đó hơi ở nhiệt độ thấp và ngưng tụ.

Nó được sử dụng để tách một thành phần dễ bay hơi khỏi các thành phần không bay hơi có trong chất lỏng. Nó cũng được sử dụng để tách hai chất lỏng có trong một dung dịch có nhiệt độ sôi rất khác nhau.

Thiết lập cơ bản của một quá trình chưng cất đơn giản. Nguồn: Pixabay

Chưng cất đơn giản không phải là một phương pháp hiệu quả để tách hai chất lỏng dễ bay hơi có trong dung dịch. Khi nhiệt độ của nó tăng lên bằng cách cung cấp nhiệt, động năng của các phân tử cũng tăng lên, điều này cho phép chúng thắng lực liên kết giữa chúng.

Chất lỏng dễ bay hơi bắt đầu sôi khi áp suất hơi của chúng bằng áp suất bên ngoài tác dụng lên bề mặt dung dịch. Cả hai chất lỏng góp phần vào thành phần của hơi được hình thành, sự hiện diện của chất lỏng dễ bay hơi hơn là lớn hơn; tức là chất có nhiệt độ sôi thấp nhất.

Do đó, chất lỏng dễ bay hơi hơn chiếm phần lớn sản phẩm chưng cất được tạo thành. Quá trình được lặp lại cho đến khi đạt được độ tinh khiết mong muốn hoặc nồng độ cao nhất có thể.

Quá trình chưng cất đơn giản

Trong chưng cất đơn giản, nhiệt độ của dung dịch được tăng lên cho đến khi nó sôi. Tại thời điểm đó xảy ra quá trình chuyển từ thể lỏng sang thể khí. Điều này được quan sát thấy khi bắt đầu sủi bọt liên tục trong dung dịch.

Trang thiết bị

Thiết bị để chưng cất đơn giản thường bao gồm một vòi đốt hoặc một tấm sưởi (xem hình ảnh); một bình thủy tinh chịu nhiệt tròn có miệng bằng thủy tinh mài, để cho phép khớp nối của nó; và một số hạt thủy tinh (một số sử dụng thanh gỗ) để giảm kích thước của bong bóng hình thành.

Các hạt thủy tinh đóng vai trò như hạt nhân tạo bong bóng, cho phép chất lỏng sôi từ từ, tránh quá nhiệt dẫn đến hình thành một loại bong bóng khổng lồ; thậm chí có khả năng đẩy một khối lượng chất lỏng ra khỏi bình chưng cất.

Gắn vào miệng bình là một bộ tiếp hợp thủy tinh chịu nhiệt có ba miệng, được làm bằng thủy tinh mài. Một cổ được gắn vào bình chưng cất, một cổ thứ hai được gắn vào bình ngưng và cổ thứ ba được đóng lại bằng cách sử dụng một nút cao su.

Trong hình, ngàm thiếu bộ chuyển đổi này; và thay vào đó, nhiệt kế và đầu nối trực tiếp với bình ngưng được đặt qua cùng một nút cao su.

Tụ điện

Bình ngưng là một thiết bị được thiết kế để thực hiện chức năng mà tên gọi của nó đã chỉ ra: ngưng tụ hơi nước di chuyển qua nó. Thông qua miệng trên của nó, nó được kết nối với bộ điều hợp, và qua miệng dưới, nó được kết nối với một quả bóng nơi các sản phẩm chưng cất được thu thập.

Trong trường hợp của hình ảnh, họ sử dụng (mặc dù không phải lúc nào cũng chính xác) một ống đong chia độ, để đo thể tích cất cùng một lúc.

Nước lưu thông qua vỏ ngoài của bình ngưng, đi vào nó qua phần dưới của nó và thoát ra ngoài qua phần trên. Điều này đảm bảo rằng nhiệt độ bình ngưng đủ thấp để cho phép ngưng tụ hơi sinh ra trong bình chưng cất.

Tất cả các bộ phận tạo nên thiết bị chưng cất được cố định bằng các kẹp nối với giá đỡ bằng kim loại.

Một thể tích dung dịch cần chưng cất được cho vào bình tròn có dung tích thích hợp.

Các kết nối thích hợp được thực hiện bằng cách sử dụng than chì hoặc mỡ để đảm bảo niêm phong hiệu quả và bắt đầu đun nóng dung dịch. Đồng thời, nước đi qua bình ngưng bắt đầu.

Sưởi

Khi đun nóng bình chưng cất, nhiệt độ quan sát được trên nhiệt kế cho đến khi đạt đến một điểm mà nhiệt độ không đổi. Điều này vẫn như vậy ngay cả khi hệ thống sưởi tiếp tục; trừ khi tất cả chất lỏng bay hơi đã bay hơi hoàn toàn.

Giải thích cho hành vi này là do nhiệt độ sôi của thành phần có nhiệt độ sôi thấp nhất của hỗn hợp chất lỏng đã đạt được, trong đó áp suất hơi của nó bằng áp suất bên ngoài (760 mm Hg).

Tại thời điểm này, tất cả nhiệt năng được tiêu hao trong sự thay đổi từ trạng thái lỏng sang trạng thái khí liên quan đến sự hết tác dụng của lực liên kết giữa các phân tử của chất lỏng. Do đó, nhiệt lượng cung cấp không chuyển thành nhiệt độ tăng.

Sản phẩm lỏng của quá trình chưng cất được thu thập trong các bình được dán nhãn thích hợp, thể tích của các bình này sẽ phụ thuộc vào thể tích ban đầu được đặt trong bình chưng cất.

Ví dụ

Chưng cất nước và rượu

Bạn có một dung dịch cồn 50% trong nước. Biết rằng nhiệt độ sôi của rượu là 78,4 ° C và nhiệt độ sôi của nước xấp xỉ 100 ° C, vậy có thể thu được rượu nguyên chất chỉ với một bước chưng cất đơn giản hay không? Câu trả lời là không.

Bằng cách đun nóng hỗn hợp rượu-nước, ban đầu đạt được nhiệt độ sôi của chất lỏng dễ bay hơi nhất; trong trường hợp này là rượu. Hơi nước được tạo thành sẽ có tỷ lệ cồn cao hơn, nhưng cũng sẽ có nhiều nước trong hơi nước, vì các điểm sôi tương tự nhau.

Chất lỏng thu được từ quá trình chưng cất và ngưng tụ sẽ có tỷ lệ cồn lớn hơn 50%. Nếu chất lỏng này được chưng cất liên tiếp, có thể đạt được dung dịch rượu đậm đặc; nhưng không tinh khiết, vì hơi sẽ tiếp tục kéo nước đến một thành phần nhất định, tạo thành cái được gọi là azeotrope

Sản phẩm lỏng của quá trình lên men đường có tỷ lệ cồn là 10%. Nồng độ này có thể được đưa lên 50%, như trong trường hợp rượu Whisky, bằng cách chưng cất đơn giản.

Tách chất lỏng-rắn

Dung dịch muối trong nước bao gồm chất lỏng có thể bay hơi và hợp chất không bay hơi có nhiệt độ sôi cao: muối.

Bằng cách chưng cất dung dịch, có thể thu được nước tinh khiết ở dạng lỏng ngưng tụ. Khi đó, ở đáy bình chưng cất các muối sẽ lắng xuống.

Rượu và glycerin

Có một hỗn hợp gồm rượu etylic có nhiệt độ sôi là 78,4ºC và glixerin có nhiệt độ sôi là 260ºC. Khi chưng cất đơn giản, hơi tạo thành sẽ có tỷ lệ cồn rất cao, gần 100%.

Do đó, sẽ thu được chất lỏng chưng cất có phần trăm cồn, tương tự như hơi nước. Điều này xảy ra vì điểm sôi của chất lỏng rất khác nhau.

Người giới thiệu

1. Claude Yoder. (2019). Chưng cất. Hóa học có dây. Khôi phục từ: wiredchemist.com
2. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Hóa học. (Xuất bản lần thứ 8). CENGAGE Học tập.
3. Dragani, Rachelle. (Ngày 17 tháng 5 năm 2018). Ba ví dụ về hỗn hợp chưng cất đơn giản. Đấu kiếm. Phục hồi từ: sciining.com
4. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (Ngày 02 tháng 01 năm 2019). Chưng cất là gì? Định nghĩa Hóa học. Phục hồi từ: thinkco.com
5. Tiến sĩ thợ hàn. (sf). Chưng cất đơn giản. Khôi phục từ: dartmouth.edu
6. Đại học Barcelona. (sf). Chưng cất. Được khôi phục từ: ub.edu