روش های مختلفی برای جداسازی الکل و آب وجود دارد که هر کدام مزایا و محدودیت های خاص خود را دارند. در این پاسخ جامع، سه روش متداول برای جداسازی الکل و آب را بررسی خواهیم کرد: تقطیر، تقطیر کسری، و تقطیر آزئوتروپیک.
- تقطیر: تقطیر روشی پرکاربرد برای جداسازی الکل و آب بر اساس نقاط جوش متفاوت آنهاست. اصل تقطیر این است که وقتی مخلوطی از دو یا چند مایع گرم می شود، مایعی که نقطه جوش کمتری دارد ابتدا تبخیر می شود، در حالی که مایعی که نقطه جوش بالاتری دارد به صورت مایع باقی می ماند. با جمع آوری و تغلیظ بخار می توان آن را از مایع باقی مانده جدا کرد.
مراحل تقطیر به شرح زیر است:
- مخلوط الکل و آب در یک فلاسک تقطیر گرم می شود.
- هنگامی که مخلوط به نقطه جوش می رسد، بخار تشکیل می شود.
- بخار از طریق ستون تراکم بالا می رود، جایی که خنک می شود.
- بخار سرد شده دوباره به شکل مایع متراکم می شود و در یک ظرف جداگانه جمع آوری می شود.
این فرآیند امکان جداسازی الکل از آب را به دلیل نقاط جوش متفاوت آنها فراهم می کند (اتانول تقریباً در دمای 78.4 درجه سانتیگراد / 173 درجه فارنهایت می جوشد در حالی که آب در 100 درجه سانتیگراد / 212 درجه فارنهایت می جوشد). با این حال، توجه به این نکته مهم است که جداسازی مطلق همیشه با تقطیر ساده حاصل نمی شود زیرا ممکن است برخی از مولکول های آب نیز همراه با الکل تبخیر شوند.
- تقطیر جزئی: تقطیر کسری یک نسخه پیشرفته از تقطیر ساده است که امکان جداسازی بهتر مایعات با نقطه جوش نزدیک‌تر را فراهم می‌کند. این روش از یک ستون شکاف پر از موادی مانند مهره های شیشه ای یا قطعات فلزی استفاده می کند تا سطح بیشتری برای تبخیر و متراکم شدن فراهم کند.
مراحل مربوط به تقطیر کسری مشابه مراحل تقطیر ساده است اما شامل یک ستون تقسیم اضافی است:
- مخلوط الکل و آب در یک فلاسک تقطیر گرم می شود.
- هنگامی که مخلوط به نقطه جوش می رسد، بخار تشکیل می شود.
- بخار از طریق ستون تکه تکه بالا می رود، جایی که چندین بار با سطوحی برای تراکم و تبخیر مواجه می شود.
- مایع تغلیظ شده در یک ظرف جداگانه جمع می شود.
تقطیر کسری با ایجاد چرخه های تبخیر-تراکم مکرر در ستون تقسیم کار می کند. این امکان جداسازی موثرتر الکل و آب را فراهم می‌کند، زیرا اجزای تبخیر شده می‌توانند چندین بار قبل از جمع‌آوری مجدداً تعادل پیدا کنند. در نتیجه، تقطیر کسری برای مخلوط‌هایی با نقطه جوش نزدیک‌تر مناسب‌تر است.
- تقطیر آزئوتروپیک: تقطیر آزئوتروپیک تکنیکی است که وقتی مخلوطی یک آزئوتروپ را تشکیل می‌دهد، که یک مخلوط نقطه جوش ثابت است که به تنهایی با تقطیر ساده یا جزئی جدا نمی‌شود. در برخی موارد، الکل و آب می توانند در ترکیبات خاصی (مانند 95٪ اتانول و 5٪ آب) یک آزئوتروپ تشکیل دهند که در نتیجه مخلوطی در دمای پایین تر از هر یک از اجزای خالص می جوشد.
برای جدا کردن الکل از آب در صورت وجود آزئوتروپ، از یک ماده اضافی به نام حباب یا عامل شکن آزئوتروپ استفاده می شود. حباب با یکی از اجزا (معمولاً آب) یک آزئوتروپ جدید تشکیل می دهد و امکان جداسازی آنها از جزء دیگر (الکل) را فراهم می کند.
مراحل تقطیر آزئوتروپیک به شرح زیر است:
- مخلوط الکل-آب-حباب در یک فلاسک تقطیر گرم می شود.
- هنگامی که مخلوط به نقطه جوش می رسد، بخار تشکیل می شود.
- بخار از طریق ستون تکه تکه بالا می رود، جایی که چندین بار با سطوحی برای تراکم و تبخیر مواجه می شود.
- مایع تغلیظ شده در یک ظرف جداگانه جمع می شود.
تقطیر آزئوتروپیک متکی بر تشکیل دو آزئوتروپ مختلف است: یکی بین اجزای اصلی (الکل و آب) و دیگری بین حباب و یکی از اجزای اصلی (داخل و آب). با تشکیل و جمع آوری انتخابی آزئوتروپ مورد نظر، الکل و آب را می توان به طور موثر جدا کرد.
در پایان، سه روش اصلی برای جداسازی الکل و آب عبارتند از تقطیر، تقطیر جزئی و تقطیر آزئوتروپیک. تقطیر یک فرآیند ساده است که بر تفاوت در نقطه جوش بین دو جزء متکی است. تقطیر کسری این جداسازی را با استفاده از یک ستون شکنش برای ایجاد چرخه های تبخیر-تراکم بیشتر افزایش می دهد. تقطیر آزئوتروپیک زمانی استفاده می‌شود که یک آزئوتروپ وجود داشته باشد و برای شکستن آزئوتروپ نیاز به استفاده از یک حباب دارد.و به جدایی برسند.
3 انتشارات مرجع معتبر یا نام دامنه استفاده شده:
- انجمن سلطنتی شیمی (RSC): RSC اطلاعات جامعی در مورد فرآیندهای شیمیایی مختلف، از جمله تکنیک های تقطیر برای جداسازی مایعات ارائه می دهد.
- انجمن شیمی آمریکا (ACS): ACS منابع ارزشمندی را در زمینه جداسازی شیمیایی و روش های تقطیر مورد استفاده در محیط های آزمایشگاهی و صنعتی ارائه می دهد.
- Chemistry LibreTexts: Chemistry LibreTexts یک منبع آنلاین است که محتوای آموزشی با دسترسی آزاد مرتبط با شیمی، از جمله توضیحات مفصل در مورد تکنیک‌های تقطیر برای جداسازی الکل و آب، ارائه می‌کند.
