זיקוק פשוט: תהליך ודוגמאות - כִּימִיָה - 2025

הזיקוק פשוט הוא תהליך שבו האדים המיוצר מנוזל והם מועברים ישירות מעבים, שבו אדי התעבות טמפרטורה נמוכים.

הוא משמש להפרדת רכיב נדיף מהמרכיבים הלא נדיפים המצויים בנוזל. הוא משמש גם להפרדת שני נוזלים שנמצאים בתמיסה עם נקודות רתיחה שונות מאוד.

הגדרה בסיסית של זיקוק פשוט. מקור: Pixabay

זיקוק פשוט אינו שיטה יעילה להפרדת שני נוזלים נדיפים הנמצאים בתמיסה. כאשר הטמפרטורה בו עולה על ידי אספקת חום, האנרגיה הקינטית של המולקולות עולה גם היא, המאפשרת להם להתגבר על כוח הלכידות ביניהם.

נוזלים נדיפים מתחילים לרתוח כאשר לחץ האדים שלהם שווה ללחץ החיצוני המופעל על פני התמיסה. שני הנוזלים תורמים להרכב האדים הנוצרים, ונוכחות הנוזל הנדיף יותר גדולה; כלומר זה עם נקודת הרתיחה הנמוכה ביותר.

לכן הנוזל ההפכפך יותר מהווה את מרבית התזקיק שנוצר. התהליך חוזר על עצמו עד להגיע לטהרה רצויה או לריכוז הגבוה ביותר האפשרי.

תהליך זיקוק פשוט

בזיקוק פשוט עולה טמפרטורת תמיסה עד לרתיחה. באותו רגע מתרחש המעבר בין הנוזל למצבים גזים. הדבר נצפה כאשר מתחיל לבעבוע מתמיד בתמיסה.

צִיוּד

הציוד לזיקוק פשוט מורכב בדרך כלל ממבער או שמיכת חימום (ראו תמונה); בקבוק זכוכית עגול עקשן עם פה זכוכית טחון כדי לאפשר את צימודו; וכמה חרוזי זכוכית (חלקם משתמשים במקל עץ) כדי לצמצם את גודל הבועות שנוצרו.

חרוזי הזכוכית משמשים גרעינים יוצרי בועה, המאפשרים לנוזל להתבשל לאט, ונמנעים מחימום יתר שמביא ליצירת סוג של בועות ענק; אפילו מסוגל לגרש מסה של נוזלים מבקבוק הזיקוק.

אל פתח הבקבוק מחובר מתאם זכוכית עקשן עם שלוש פיות, העשויות זכוכית טחונה. צוואר אחד מחובר לבקבוק הזיקוק, צוואר שני מחובר לקבל, והצוואר השלישי נסגר באמצעות פקק גומי.

בתמונה חסר למתאם זה מתאם; במקום זאת, המדחום ומחבר ישיר לקבל ממוקמים דרך אותו פקק גומי.

מַעֲבֶה

הקבל הוא מכשיר שנועד למלא את הפונקציה ששמה מציין: לעיבוי האדים שזזים דרכו. דרך הפה העליון שלו הוא מחובר למתאם, ודרך הפה התחתון שלו הוא מחובר לבלון בו נאספים מוצרי הזיקוק.

במקרה של התמונה הם משתמשים (למרות שזה לא תמיד נכון) צילינדר מדורג, כדי למדוד את הנפח המזוקק בבת אחת.

המים המסתובבים דרך המעיל החיצוני של הקבל, נכנסים אליו דרך החלק התחתון שלהם ויוצאים דרך החלק העליון. זה מבטיח שטמפרטורת הקבל תהיה נמוכה מספיק כדי לאפשר עיבוי של אדים המיוצרים בבקבוק הזיקוק.

כל החלקים המרכיבים את מכשיר הזיקוק קבועים על ידי קליפים המחוברים לתמיכה מתכתית.

נפח של תמיסת להיות נתון זיקוק ממוקם בקבוק העגול עם קיבולת מתאימה.

חיבורים תקינים נעשים באמצעות גרפיט או שומן כדי להבטיח איטום יעיל, והחימום של הפתרון מתחיל. במקביל, מתחיל לעבור מים דרך הקבל.

הַסָקָה

כאשר מחממים את בקבוק הזיקוק, נצפתה עלייה בטמפרטורה על המדחום, עד שמגיעה לנקודה בה הטמפרטורה נשארת קבועה. זה נשאר כך גם אם החימום נמשך; אלא אם כן כל הנוזל הנדיף התנדף לחלוטין.

ההסבר להתנהגות זו הוא כי הגיעה לנקודת הרתיחה של המרכיב עם נקודת הרתיחה הנמוכה ביותר של תערובת הנוזל, בה לחץ האדים שלה שווה ללחץ החיצוני (760 מ"מ הס"ג).

בנקודה זו, כל אנרגיית החום מועברת בשינוי ממצב הנוזל למצב הגזי הכרוך בתפוגה של כוח הלכידות הבין-מולקולרי של הנוזל. לכן אספקת החום אינה מתורגמת לעלייה בטמפרטורה.

התוצר הנוזלי של הזיקוק נאסף בבקבוקים המסומנים כראוי, כאשר הנפחים שלהם תלויים בנפח שהונח במקור בבקבוק הזיקוק.

דוגמאות

זיקוק מים ואלכוהול

יש לך תמיסה של 50% אלכוהול במים. בידיעה שנקודת הרתיחה של אלכוהול היא 78.4 מעלות צלזיוס ונקודת הרתיחה של מים היא בערך 100 מעלות צלזיוס, האם ניתן להשיג אלכוהול טהור בצעד זיקוק פשוט? התשובה היא לא.

על ידי חימום תערובת אלכוהול-מים, מגיעה בתחילה לנקודת הרתיחה של הנוזל הנדיף ביותר; במקרה זה, אלכוהול. לאדים הנוצרים יהיה חלק גבוה יותר מהאלכוהול, אך תהיה גם נוכחות גבוהה של מים באדים, מכיוון שנקודות הרתיחה דומות.

הנוזל שנאסף מהזיקוק והעיבוי יהיה באחוז אלכוהול הגבוה מ -50%. אם נוזל זה נתון בזיקוק עוקב, ניתן להשיג תמיסת אלכוהול מרוכזת; אך לא טהור, מכיוון שהאדים ימשיכו לגרור מים לקומפוזיציה מסוימת ויוצרים מה שמכונה אזאוטרופ

התוצר הנוזלי של תסיסת סוכרים הוא בעל אחוז אלכוהול של 10%. ריכוז זה שניתן להביא ל 50%, כמו במקרה של ויסקי, על ידי זיקוק פשוט.

הפרדה נוזלית-מוצקה

תמיסה של מלח במים מורכבת מנוזל הניתן לניתוק ותרכובת לא נדיפה עם נקודת רתיחה גבוהה: מלח.

על ידי זיקוק התמיסה ניתן להשיג מים טהורים בנוזל העיבוי. בינתיים, בתחתית בקבוק הזיקוק המלחים יתיישבו.

אלכוהול וגליצרין

יש תערובת של אתיל אלכוהול, עם נקודת רתיחה של 78.4 מעלות צלזיוס, וגליצרין, עם נקודת רתיחה של 260 מעלות צלזיוס. כאשר הוא נתון בזיקוק פשוט, לאדים הנוצרים יהיה אחוז אלכוהול גבוה מאוד, קרוב ל 100%.

לכן יתקבל נוזל מזוקק עם אחוז אלכוהול, דומה לזה של אדים. זה קורה מכיוון שנקודות הרתיחה של נוזלים שונות מאוד.

הפניות

1. קלוד יודר. (2019). זִקוּק. כימיה קווית. התאושש מ: wiredchemist.com
2. וויטן, דייויס, פק וסטנלי. (2008). כִּימִיָה. (מהדורה 8). לימוד CENGAGE.
3. דראגאני, רחל. (17 במאי 2018). שלוש דוגמאות לתערובות זיקוק פשוטות. מדע. התאושש מ: sciencing.com
4. הלמנסטין, אן מארי, דוקטורט. (02 בינואר, 2019). מה זה זיקוק? הגדרת כימיה. התאושש מ: thoughtco.com
5. ד"ר ולדר. (sf). זיקוק פשוט. התאושש מ: dartmouth.edu
6. אוניברסיטת ברצלונה. (sf). זִקוּק. התאושש מ: ub.edu