Возгонка

Содержание

«Возгонкой называют процесс испарения твердого вещества с последующей конденсацией (сублимацией) паров в твердую фазу, минуя жидкую. При конденсации пара происходит непосредственно образование твёрдой фазы в виде оседающих на холодной поверхности кристаллов.

Возгонке подвергаются лишь те вещества, упругость пара которых в твердом состоянии достаточно велика при температуре ниже их температуры плавления. Температура, при которой давление пара над твердым веществом равно внешнему давлению, называется температурой возгонки. Давление паров увеличивается при нагревании, поэтому скорость возгонки возрастает с повышением температуры

Однако повышать температуру нужно с осторожностью во избежание разложения вещества. Снизить температуру возгонки можно, проводя процесс в вакууме

Вещества, имеющие относительно высокую упругость пара, при нагревании могут приобрести давление пара, равное атмосферному, при температуре, меньшей температуры плавления. В этом случае температура плавления при нагревании вещества не достигается, и оно непосредственно переходит в парообразное состояние, т.е. возгоняется.

Примеры возгонки

Сублимация воды

Хорошо поддается возгонке вода, что определило широкое применение данного процесса как одного из способов сушки. При промышленной возгонке сначала производят заморозку исходного тела, а затем помещают его в вакуумную или заполненную инертными газами камеру. Физически процесс возгонки продолжается до тех пор, пока концентрация водяных паров в камере не достигнет нормального для данной температуры уровня, в связи с чем избыточные водяные пары постоянно откачивают. Возгонка применяется в химической промышленности, в частности, на производствах взрывоопасных или взрывчатых веществ, получаемых осаждением из водных растворов.

Выдержка из текста

Введение.

В окружающем нас мире протекают естественные явления и процессы, сложные и разнообразные по своей структуре. На основе данных, полученных в результате изучения естественных процессов, осуществляются многочисленные промышленные процессы с целью переработки сырья в средства производства.

Изучение технологических процессов и отыскание наиболее эффективных способов их проведения составляет суть технологии, как науки. В свою очередь химическая технология рассматривает не только процессы, в которых происходит изменение внешней формы материала или физических свойств, а в которых сырье претерпевает глубокие превращения, связанные с химическим составом и агрегатным состоянием вещества.

Так, например, в химической, нефтехимической, фармацевтической, пищевой и других отраслях промышленности часто возникает необходимость разделить смеси двух или большего числа жидкостей на отдельные составляющие. Наиболее характерным примером является разделение нефтепродуктов на отдельные фракции, обладающие различными летучестями. Процесс разделения основан на том, что все жидкости, составляющие смеси, имеют разные летучести или, иначе говоря, — разные температуры кипения при одинаковом внешнем давлении. Следствием такого свойства жидкостей является различное количество паров компонентов над жидкой смесью. Пары над смесью оказываются обогащенными парами более летучих компонентов. Если смесь таких паров отделить от жидкой фазы и полностью сконденсировать, то состав полученного конденсата будет таким же, что и состав паров. Следовательно, новая жидкая смесь окажется в большей степени обогащенной относительно более летучим компонентом по сравнению с исходной жидкой смесью. Для этого широко применяют ректификацию, которая осуществляется в аппаратах, называемых ректификационными колоннами. Для очищения сырья широко применяются и другие методы, более подробно рассмотренные ниже

Возгонка своими словами для детей

Возгонка, или сублимация, — это когда вещество превращается в пар, не становясь при этом жидким. Как правило, мы привыкли видеть, что когда что-то нагревается, оно сначала тает и становится жидким, а потом превращается в пар. Но в случае с сублимацией, этого не происходит.

Давай представим, что у нас есть кусочек льда. Когда мы нагреваем его, лед обычно тает и превращается в воду. Но иногда, если лед очень холодный, он может сразу превратиться в пар, минуя стадию жидкости. Это и есть сублимация.

Сублимация происходит, когда молекулы вещества очень быстро двигаются и получают достаточно энергии, чтобы преодолеть силы притяжения друг к другу. Таким образом, вместо того, чтобы сначала стать жидкостью, вещество превращается в пар сразу из твердого состояния.

Примером сублимации может быть наша знакомая соль. Если ты когда-нибудь видел, что соль находится на кухонном столе и постепенно исчезает, не оставляя следов, это означает, что она сублимирует. При комнатной температуре соль обычно не тает, а сразу превращается в пар и исчезает.

Также есть другие вещества, которые могут сублимировать. Например, мы можем видеть, что снег иногда исчезает, даже если температура не достаточно высока для таяния. Это происходит потому, что снег, на самом деле, сублимирует и превращается в пар.

Так что, теперь ты знаешь, что сублимация — это когда вещество превращается в пар, минуя стадию жидкости, когда его нагревают. Это интересное явление, которое происходит с разными веществами и помогает нам понять, как работает наш мир.

Возгонка в токе инертного газа

Если возгонка при обычном давлении протекает медленно, что вызывается медленным отводом образующихся паров в охлаждаемую часть прибора, то процесс выгодно проводить в токе инертного газа (N2, СO2 и т. п.), который уносит пары вещества из обогреваемого пространства. Одновременно создается защитная от воздуха атмосфера. Инертный газ рекомендуется подогревать до температуры, немного превышающей температуру возгонки, чтобы конденсация паров не начиналась прежде, чем они достигнут охлаждающей поверхности. Следует, однако, иметь в виду, что при этом способе возгонки получается очень рыхлый сублимат.

Возго́нка (сублимация) — переход вещества из твёрдого состояния сразу в газообразное, минуя жидкое. Поскольку при возгонке изменяется удельный объём вещества и поглощается энергия (теплота сублимации), возгонка является фазовым переходом первого рода. Обратным процессом является десублимация.

20 примеров сублимации

1- Углекислый газ

Сухой лед — это твердый углекислый газ. При комнатной температуре и давлении он сублимируется в пары углекислого газа (рисунок 2).

Его можно использовать для создания особого дымчатого или жуткого эффекта. Из-за своей относительной безопасности сухой лед является хорошим выбором на демонстрациях в классе.

2- Вода

В особых условиях замерзшая вода (лед) может пропускать жидкую фазу и сублимировать в воздухе. Трудно увидеть сублимацию льда, но вы можете увидеть результаты.

Южная поверхность горы Эверест имеет идеальные условия для сублимации снега: низкие температуры, сильный солнечный свет, низкая относительная влажность и сухие ветры (VanBuren, S.F.).

3- Йод

Йод при температуре 100 ° С превращается из твердого в токсичный пурпурный газ. Это используется в криминалистике для захвата отпечатков пальцев.

6- Печатные краски

Сухие сублимационные принтеры используют процесс сублимации для печати изображений фотографического качества.

Процесс начинается, когда появляются специальные пленки, содержащие твердые пигменты, которые при нагревании, сублимации и повторном захвате позже.

Изображения могут быть напечатаны на полиэстеровых рубашках, банках или листах из алюминия или хрома (МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ ПРИНЦЫ, Окрашивающие на алюминий, S.F.).

7- Ароматизаторы

Твердые освежители воздуха также сублимируют. Эти соединения обычно являются сложными эфирами, в том числе и теми, которые висят на унитазе. Так химические вещества попадают прямо в воздух и делают запах прохладным.

Шарики нафталина сделаны с этим составом, который сублимирует моли.

11- Металлургия

Некоторые сплавы очищаются сублимационными методами. Таким образом, соединения, составляющие сплав, разделяются с получением очищенных продуктов..

12- кадмий

Другое соединение, которое сублимирует при низком давлении. Это особенно проблематично в ситуациях, когда вы работаете в высоком вакууме.

13- графит

Этот материал сублимируется путем пропускания электрического тока большой силы тока в высоком вакууме. Эта процедура используется в просвечивающей электронной микроскопии для проведения образцов и имеет более высокое разрешение.

14- Золото

Сублимация золота используется для изготовления недорогих медалей и «позолоченных» украшений. Он также используется для обработки образцов сканирующей электронной микроскопии..

16- ментол

Ментол сублимируется очень легко. Когда вы смотрите на бутылку чистого ментола, вы видите тонкие иглы ментола. Они растут путем осаждения. Это означает, что твердый ментол сублимирует.

Это добавка к пище, которая легко сублимируется для очистки (Crampton, 2017).

19- Салициловая кислота

Используется как мазь для снятия лихорадки, так как легко сублимируется. Этот метод также используется для его очистки (Очистка органических соединений, S.F.).

20- Космическая сублимация

Феномен сублимации наблюдается не только ежедневно или в лаборатории. Астрономы и астрофизики имеют тенденцию иметь дело с этим явлением, когда они поворачивают свой взгляд к звездам.

Примерами являются сублимация воды ядер комет, приближение кометы к Солнцу и сублимация полярных ледяных шапок на Марсе во время марсианского лета (Технологический университет Суинберна, С.Ф.).

ссылки

1. Энн Мари Хельменстин, П. (2016, 20 июня). Определение сублимации (фазовый переход в химии). Получено с мысли.
2. (S.F.). Фазовый переход твердого тела в газ. Восстановлено от boundless.com.
3. Crampton, L. (2017, 5 мая). Воздействие на здоровье бензойной кислоты, бензоата натрия и бензола. Восстановленный от caloriebee.com.
4. МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ ПРИНТЫ Окраска-сублимация на алюминий. (S.F.). Восстановлено от blazing.com.
5. Очистка органических соединений. (S.F.). Восстановлено с askiitians.com.
6. Сублимация (химия). (2008 г., 2 апреля). Получено с сайта newworldencyclopedia.org.
7. Суинбернский технологический университет. (S.F.). сублимация. Получено с сайта astronomy.swin.edu.au.
8. Такер, Р. П. (1929). Примечания по сублимации серы между 25 ° и 50 ° C. Англ. Chem., 21 (1), 44-47.
9. VanBuren, J. (S.F.). Примеры сублимации в реальной жизни. Получено с Education.seattlepi.com.

Примеры сублимации возгонки в природе

1. Сублимация снега и льда:

• Под воздействием солнечных лучей, температура поверхности снега или льда может превысить точку плавления, и процесс сублимации начинает протекать.
• В результате сублимации снег или лед прямо переходит из твердого состояния в газообразное, минуя жидкую фазу.
• Процесс сублимации снега и льда широко наблюдается в холодных климатических условиях, при воздействии высокой интенсивности солнечного излучения и при низкой атмосферной влажности.

2. Сублимация морского льда:

• В холодных морях, вода может замерзать и образовывать толстый слой льда на поверхности.
• Когда поверхностная температура повышается, лед начинает сублимировать, переходя из твердого состояния в газообразное.
• Процесс сублимации морского льда играет важную роль в гидрологическом балансе и климатической системе Земли.

3. Сублимация сухого льда:

• Сухой лед, представляющий собой замороженный углекислый газ, сублимирует при нормальных атмосферных условиях (т.е. при атмосферном давлении и комнатной температуре).
• В результате сублимации сухого льда он прямо переходит из твердого состояния в газообразное, не оставляя мокрости или остатков.
• Сублимация сухого льда широко применяется в различных сферах деятельности, включая пищевую промышленность, медицину, холодильные системы и в театральных спецэффектах.

4. Сублимация вулканического газа:

• Вулканические извержения могут выделять большие объемы газа, включая углекислый газ (CO2).
• При высоких температурах и низком давлении вулканический газ может сублимировать, переходя из жидкого состояния в газообразное.
• Сублимация вулканического газа является важным процессом для изучения и мониторинга активности вулканов и его влияния на атмосферные условия.

5. Сублимация силикатных минералов:

• Некоторые силикатные минералы способны сублимировать при определенных условиях.
• Процесс сублимации силикатных минералов может приводить к образованию характерных структур и геологических образований, таких как трубы и домики фей в результате долговременного воздействия ветра и атмосферы.

Примеры сублимации возгонки в природе демонстрируют, как этот процесс влияет на различные аспекты окружающей среды и играет важную роль в ее функционировании.

Использует

Сублимация — это метод, используемый химиками для очистки соединений. Обычно твердое вещество помещают в сосуд, который затем нагревают в вакууме. При пониженном давлении твердое вещество улетучивается и конденсируется в виде очищенного соединения на охлажденной поверхности, оставляя после себя нелетучие примеси. Эта охлаждаемая поверхность часто имеет форму «холодного пальца» (показано на схеме выше). После прекращения нагрева и сброса вакуума сублимированное соединение можно собрать с охлажденной поверхности. Обычно это делается с помощью сублимационного аппарата.

Морозильные камеры без замораживания являются результатом наличия вентилятора и циркуляции воздуха внутри морозильной камеры. Минусовая температура в сочетании с циркуляцией воздуха, которая сохраняет воздух засушливым, значительно ускоряет процесс сублимации. Это предохраняет стенки и полки морозильной камеры от льда, хотя кубики льда постоянно сублимируют.

Сублимация красителя также часто используется при цветной печати на различных носителях, включая бумагу. Небольшой нагреватель используется для испарения твердого красителя, который затем затвердевает на бумаге. Поскольку этот тип принтера позволяет чрезвычайно точно контролировать соотношения основных цветов, можно получить изображение хорошего качества даже при относительно низком разрешении принтера по сравнению с другими типами принтеров аналогичного разрешения. Стандартные черно-белые лазерные принтеры могут печатать на обычной бумаге с использованием специального «тонера для переноса», содержащего сублимационные красители, которые затем могут постоянно нагреваться на футболках, шляпах, кружках, металлах, пазлах и других поверхностях.

В алхимиясублимация обычно относится к процессу, при котором вещество нагревается до пара, а затем немедленно собирается в виде осадка на верхней части и горловине теплоносителя (обычно в реторте или перегонной камере). Это один из 12 основных алхимических процессов.

в Быстрая заморозка, глубокое травление В методике образцы (например, образцы тканей) быстро замораживаются в жидком азоте и переносятся в вакуумное устройство, в котором поверхность льда сублимируется. Это эффективно протравливает поверхность образца, показывая сохраненную трехмерную структуру гидратированного материала. Затем с помощью электронной микроскопии можно получить копию вращающейся затененной поверхности.

Сублимация также используется для создания лиофилизированных веществ, например чая, супа или лекарств, в процессе, называемом лиофилизация, который заключается в замораживании раствора или суспензии и очень медленном нагревании в вакууме от среднего до высокого, в частности, при давлении ниже, чем давление паров растворителя при его температуре плавления. Это может быть намного ниже точки плавления воды, если в лиофилизируемом образце присутствуют органические растворители или соли. Образовавшееся твердое вещество обычно намного легче растворить или ресуспендировать, чем твердое вещество, получаемое из жидкой системы, а низкие температуры вызывают меньший ущерб чувствительным или реактивным веществам.

Список использованной литературы

1. Девятых Г.Г., Еллиев Ю.Е. Введение в теорию глубокой очистки веществ. — М.: Наука, 1981. — 320 с.

2. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. Изд. 9-е. — М.: Химия, 1973. — 752 с.

3. Кувшинский М.Н., Соболева А.П. Курсовое проектирование по предмету “Процессы и аппараты химической промышленности”. — М.: Высшая школа, 1980.

4. Плановский А.Н. Процессы и аппараты химической технологии, 1967. – 849 с.

5. Дерябина Г.И., Потапова И.А., Нечаева О.Н. Практикум по органической химии. Часть I. Методы очистки и идентификации органических соединений. Учебное пособие. − Самара: «Универс-Групп», 2005. − 84 с.

6. Александров И.А. Перегонка и ректификация в нефтепереработке, 1981. – 352 с

Возгонка в вакууме

К возгонке в вакууме прибегают тогда, когда возгоняемые вещества малолетучи. Возгонка в вакууме протекает быстрее и более эффективна, чем возгонка при обычных условиях.

Приборы для возгонки в вакууме весьма просты. Простейший прибор может быть изготовлен из пробирки для отсасывания и обычной пробирки с подводящей и отводящей трубками для воды (рис. 165). Пробирка с водой выполняет в данном случае роль холодильника. Боковой отвод пробирки для отсасывания присоединяют к водоструйному или масляному насосу через предохранительную склянку.

Часто используют прибор, изображенный на рис. 166. Его помещают в воздушную баню так, чтобы снаружи оставалась головка с краном и часть конденсационной трубки. Когда часть вещества возгонится и кристаллы осядут в виде кольца на выступающей части трубки 2, прибор немного выдвигают из воздушной бани и продолжают возгонку. При многократном повторении этого приема можно собрать отдельные порции сублимата и по температуре плавления определить их идентичность. Во время разборки прибора рыхлый сублимат часто отстает от конденсационного устройства (или трубки) и падает на дно прибора, в котором еще содержится неочищенное вещество. В этом случае возгонку нужно повторить.

Сублимация (возгонка)

82. Простейший прибор для возгонки: 1 — фарфоровая чашка с веществом; 2 — стеклянная воронка; 3— кружок фильтровальной бумаги с отверстиям; 4 — песчаная баня; 5 — вата.

Для сублимации небольших количеств легко возгоняющихся веществ может быть использован про- стсйшпй прибор, состоящий кз фарфоровой чашки, часового стекла и обычной химической воронки (рис. 80). Возгоняемое вещество нагревают на песчаной бане; возгон собирается на холодных стенках воронки, откуда его следует периодически счищать. Чтобы кристаллы возгона не падали обратно в чашку, вещество накрывают кружком фильтровальной бумаги или асбеста, проколов в нем несколько отверстий.

Рис. 82. Прибор для возгонки небольших количеств веществ в вакууме.

Во многих случаях предпочтительнее проводить конденсацию на охлаждаемую поверхность. Из всех предложенных для этой цели приборов наиболее простыми и в то же время обеспечивающими минимальное расстояние до поверхности конденсации являются приспособления, изображенные на рис. 81.

Обычно применяемый прибор для возгонки небольших количеств веществ в вакууме приведен на рис. 82. К его недостаткам относится необходимость периодического отключения вакуума и разборки прибора для соскабливания возгона.

В вакуум-сублиматоре, изображенном на рис. 83, возгон собирается в горизонтально расположенном холодильнике с достаточно широкой внутренней трубкой. Во избежание преждевременной конденсации продукта колбу с возгоняемым веществом по самое горло погружают в нагретую до нужной температуры жидкостную баню. Небольшой ток воздуха или инертного газа, подаваемый в’ колбу через капилляр, способствует эффективному отводу паров от поверхности испарения, что резко повышает производительность прибора.

Для предотвращения уноса мельчайших частиц вещества с током газа в отводное горло колбы целесообразно впаять пористую стеклянную перегородку, однако при небольшом расходе газа эта мера не обязательна.

В зависимости от свойств очищаемого вещества и его количества можно изменять конструкцию отдельных частей прибора, не меняя принципа его действия. Так, различными могут быть форма колбы и способ ее обогрева. В качестве конденсатора для сублимации больших количеств вещества очень удобна охлаждаемая снаружи двухгорлая колба.

Сухая возгонка

Сухая возгонка происходит, когда пары возгоияемого тела уплотняются в твердое тело, жесткое или хрупкое. Пример дают сера, кино-парь и другие, из паров собирающиеся в твердые тела.

Когда происходит сухая возгонка, и ее применение.

Скипидар представляет собой жидкость, получаемую при сухой возгонке дерева. Попадая на кожу, он обезжиривает ее и оказывает раздражающее действие, которое различно в зависимости от степени очистки, сырья и способа получения скипидара.

Другое санитарно-гигиеническое требование — ограничение температуры поверхности приборов — вызвано явлением разложения и сухой возгонки органической пыли на нагретой поверхности, сопровождающимся выделением вредных веществ, в частности окиси углерода.

Сублимация (физика)

некоторые примеры сублимации химия процессы, которые испытывают воду, углекислый газ, йод, мышьяк или серу.

Сублимация — это процесс прямого перехода из твердого состояния в газообразное состояние без прохождения жидкой фазы. Это эндотермический фазовый переход, который происходит при температурах и давлениях ниже тройной точки вещества, температуры и давления, в которых сосуществуют три фазы (Сублимация (химия), 2008).

При данной температуре большинство соединений и химических элементов могут обладать одним из трех разных состояний вещества при разных давлениях. В этих случаях переход из твердого состояния в газообразное состояние требует промежуточного жидкого состояния.

При температурах ниже тройной точки снижение давления приведет к фазовому переходу непосредственно от твердого тела к газу. Кроме того, при давлениях ниже давления в трех точках повышение температуры приведет к тому, что твердое вещество превращается в газ, не проходя через жидкую область (Boundless, S.F.).

Для некоторых веществ, таких как уголь и мышьяк, сублимация намного легче, чем испарение. Это связано с тем, что давление его тройной точки очень велико и их трудно получить в виде жидкостей..

Процесс сублимации требует дополнительной энергии; Это эндотермическое изменение. Энтальпия сублимации (теплота сублимации) может быть рассчитана с суммой энтальпии плавления и энтальпии испарения.

Противоположный процесс, когда газ претерпевает фазовое изменение в твердой форме, называется отложением или десублимацией (Anne Marie Helmenstine, 2016).

Возгонка (сублимация)

Некоторые твердые вещества при нагревании способны активно испаряться до достижения температур их плавления. Обратный переход паров в твердое состояние происходит сразу, минуя жидкую фазу. Такой процесс называется возгонкой или сублимацией и применяется для очистки веществ.

Возгонка, даже однократная, как правило, приводит к получению вполне чистого продукта и нередко заменяет несколько перекристаллизации. Она может быть использована как для окончательной очистки продукта, так и для предварительного отделения летучего соединения от нелетучих примесей. От перекристаллизации возгонка выгодно отличается также более высоким выходом чистого продукта (98—99%).

С другой стороны, возгонка — весьма длительный процесс, поэтому его обычно используют для очистки небольших количеств веществ. Область применения этого метода ограничена также тем, что способность многих твердых соединении сублимироваться столь ничтожна, что не может быть использована для препаративных целей.

Поскольку скорость испарения пропорциональна общей площади поверхности испарения, подвергаемое возгонке вещество необходимо как можно тоньше измельчать. Не следует также допускать плавления вещества при возгонке, поскольку это ведет к падению скорости процесса вследствие резкого уменьшения поверхности вещества.

Применение разрежения, так же как и при перегонке, снижает температуру, при которой вещества начинают возгоняться, поэтому под вакуумом удается сублимировать многие трудполетучие соединения.

При выборе приборов для возгонки следует отдавать предпочтение конструкциям, в которых расстояние между возгоняемым веществом и поверхностью конденсации минимально. С уменьшением этого расстояния возрастает скорость возгонки.

Рис. 81. Приборы (а, б) для возгонки с конденсацией паров на охадаемых поверхностях.

Применение процесса

Применение сублимации в лабораторной технике

На эффекте возгонки основан один из способов очистки твердых веществ. При определенной температуре одно из веществ в смеси возгоняется с более высокой скоростью чем другое. Пары очищаемого вещества конденсируют на охлаждаемой поверхности. Прибор, применяемый для этого способа очистки, называется сублиматор.

Сублимационная сушка

Возгонка также используется в пищевой промышленности: так, например, фрукты после сублимирования весят в несколько раз меньше, а восстанавливаются в воде. Сублимированные продукты значительно превосходят сушеные по пищевой ценности, так как возгонке поддаётся только вода, а при термическом испарении теряются многие полезные вещества. Перед сублимацией пищевых продуктов используется быстрое замораживание (-100 до -190 град. Цельсия), что приводит к образованию мелких кристаллов, неразрушающих клеточные мембраны.