Tekst źródłowy strony Destylacja z parą wodną

'''Destylacja z parą wodną''' – [[destylacja]] z użyciem strumienia [[para nasycona|nasyconej]] lub [[para przegrzana|przegrzanej pary]] wodnej, prowadząca do otrzymywania [[mieszalność cieczy|kondensatów dwufazowych]] (faza wodna i organiczna), odbieranych w temperaturze niższej od [[Temperatura wrzenia|temperatury wrzenia]] najniżej wrzącego składnika mieszaniny ([[heteroazeotrop]]).

Strumień pary wodnej jest doprowadzany do destylowanej mieszaniny z zewnątrz lub wytwarzany wewnątrz urządzenia do destylacji, na przykład przez intensywne ogrzewanie wodnego roztworu rozdzielanej mieszaniny [[związek chemiczny|związków chemicznych]]. Destylację z [[para wodna|parą wodną]] stosuje się do wyodrębniania związków w niewielkim stopniu mieszających się z wodą ([[hydrofobowość|hydrofobowych]]), których [[destylacja prosta]] nie jest wskazana, głównie ze względu na możliwość [[dysocjacja termiczna|termolizy]]. Metodą destylacji z parą wodną wyodrębnia się między innymi z [[surowiec zielarski|surowców zielarskich]] pożądane składniki do [[Lek ziołowy|leków ziołowych]], a także [[Olejek eteryczny|olejków eterycznych]] (stosowanych do wytwarzania [[kosmetyki|kosmetyków]] i [[przyprawa|przypraw]] oraz w [[aromaterapia|aromaterapii]]).

Metoda ta jest również stosowana w [[preparatyka chemiczna|preparatyce chemicznej]] do wyodrębniania produktów łatwo rozkładających się podczas [[synteza organiczna|syntezy]] z [[mieszanina reakcyjna|roztworów reakcyjnych]] oraz do rozdzielania składników mieszanin przy założeniu, że co najmniej jeden składnik destyluje z parą wodną<ref>{{cytuj książkę |autor = [[Bolesław Bochwic]] (red. zespołowego tłumaczenia z jęz. niemieckiego (Autorenkolektiv, ''Organikum. Organisch–Chemisches Grundpraktikum'', Berlin 1963)) |tytuł = Preparatyka organiczna |wydanie = 1 |wydawca = Państwowe Wydawnictwo Naukowe |miejsce = Warszawa |rok = 1969 |język = pl}}</ref><ref>{{cytuj książkę |nazwisko = Klimek |imię = Romuald |tytuł = Olejki eteryczne |wydanie = 1 |wydawca = Wydawnictwo Przemysłu Lekkiego i Spożywczego |miejsce = Warszawa |rok = 1957 |język = pl}}</ref><ref>{{cytuj książkę |autor = [[Stanisław Bursa]] |tytuł = Chemia fizyczna |wydanie = 2 popr |wydawca = Państwowe Wydawnictwo Naukowe |miejsce = Warszawa |rok = 1979 |isbn = 83-01-00152-6 |język = pl}}</ref><ref name=Vogel>{{cytuj książkę |nazwisko = Vogel |imię = Artur I. |tytuł = Preparatyka organiczna |strony = 13–17, 144–148, 1123 |wydanie = 4 |wydawca = Wydawnictwa Naukowo-Techniczne |miejsce = Warszawa |rok = 1964 |język = pl}}</ref>.

== Podstawy fizykochemiczne ==
{{Galeria|Nazwa = [[Prawo Raoulta]] i odchylenia |wielkość=250|pozycja=right
|Plik:Raoultov zakon.png|Prężność par A i B nad roztworem doskonałym
|Plik:ActivityCoefficientAnimation2.gif|Siły [[oddziaływania międzycząsteczkowe|oddziaływań międzycząsteczkowych]]
|Plik:OdchylkyRaoult.png|Niewielkie dodatnie odchylenia od prawa Raoulta
|Plik:Diagrama Acetona CS2.png|Azeotrop dodatni aceton–CS<sub>2</sub>
|Plik:Phase diagr L-L 3.png|Odchylenia od prawa Raoulta i ograniczona [[mieszalność cieczy]]
|Plik:Phase diagr L-L 4b.png|Heteroazeotrop
}}
[[Plik:Pr Daltona.svg|thumb|250px|Prężność par nad niemieszającymi się cieczami]]
Zgodnie z [[Prawo Daltona|prawem Daltona]] całkowita [[Ciśnienie pary nasyconej|prężność pary]] <math>p</math> nad cieczą dwuskładnikową jest sumą cząstkowych prężności par składników:
: <math>p = p_\mathrm A + p_\mathrm B,</math>

które oblicza się na podstawie molowych udziałów <math>(y)</math> obu składników w parze:
: <math>p_\mathrm A = p \cdot y_\mathrm A,</math>
: <math>p_\mathrm B = p \cdot y_\mathrm B.</math>

W przypadku [[roztwór doskonały|roztworów doskonałych]] wartości <math>p_\mathrm A</math> i <math>p_\mathrm B</math> oblicza się na podstawie [[prawo Raoulta|prawa Raoulta]]:
: <math>p_\mathrm A = p_\mathrm A{}^\circ \cdot\ x_\mathrm A,</math>
: <math>p_\mathrm B = p_\mathrm B{}^\circ \cdot\ x_\mathrm B.</math>

W przypadku roztworów niedoskonałych obserwowane są odchylenia od prawa Raoulta, których kierunek i wielkość zależą od wielkości sił [[oddziaływania międzycząsteczkowe|oddziaływania między cząsteczkami]] A–A, B–B i A–B w cieczy (decydujących o wartościach [[Współczynnik aktywności|współczynników aktywności]]). W przypadkach, gdy odchylenia od doskonałości są duże, w układach AB występują ekstremalne wartości prężności pary – maksymalne ([[azeotrop]] dodatni) lub minimalne (azeotrop ujemny). W przypadkach bardzo dużych odchyleń w układach występują obszary ograniczonej [[mieszalność cieczy|mieszalności cieczy]] ([[heteroazeotrop]]ia, [[heterozeotrop]]ia).

W przypadkach skrajnych dwie ciecze A i B, mieszające się w minimalnym stopniu, mogą być traktowane jak prawie niezależne układy ciecz–para. W każdym z nich w stałej temperaturze utrzymuje się taka sama prężność pary, niezależna od ilości obu cieczy. Ogrzewane w odrębnych naczyniach zaczynają wrzeć w różnych temperaturach – takich, w których prężności par są równe wartości ciśnienia zewnętrznego. Jeżeli niemieszające się ciecze A i B znajdują się w jednym naczyniu, zależność prężności pary każdej z nich od temperatury nie zmienia się, ale cząsteczki cieczy dwufazowej prędzej ją opuszczają. Wrzenie rozpoczyna się w niższej temperaturze – wtedy, gdy wartość ciśnienia zewnętrznego jest osiągana przez sumę prężności A i B.

W tak uproszczonym przypadku w stałej temperaturze skład pary nad roztworem jest niezależny od składu cieczy. Stosunek ilości moli A i B (<math>n_\mathrm A</math> i <math>n_\mathrm B</math>) w jednostce objętości pary jest równy stosunkowi odpowiednich prężności par (<math>p_\mathrm A</math> i <math>p_\mathrm B</math>) czystych składników w danej temperaturze. Stosunek mas obu składników (<math>w_\mathrm A</math> i <math>w_\mathrm B</math>) w parze jest zależny od prężności par czystych składników i ich ciężarów cząsteczkowych (<math>M_\mathrm A</math> i <math>M_\mathrm B</math>).
: <math>n_\mathrm A: n_\mathrm B = p_\mathrm A: p_\mathrm B,</math>
: <math>w_A: w_\mathrm B = M_\mathrm A p_\mathrm A: M_\mathrm B p_\mathrm B.</math>

<div style="float:left">
{| class="wikitable" style="margin-right:1em; text-align:center;"
|+ Skład przykładowych destylatów według S. Younga (1922)<ref name=Vogel />
|align="center" style="background:#f0f0f0;"| '''Związek'''
|align="center" style="background:#f0f0f0;"| '''Masa cząsteczkowa<br />''M'' [g/mol]'''
|align="center" style="background:#f0f0f0;"| '''''t''<sub>wrzenia</sub><br />[°C]'''
|align="center" style="background:#f0f0f0;"| '''p [mmHg]'''<br />w 100&nbsp;°C
|align="center" style="background:#f0f0f0;"| '''Zawartość w destylacie'''<br />% mas.
|-
| [[Karwon]] || 150 || 230 || 9 || 9,7
|-
| [[Geraniol]] || 154 || 230 || 5 || 5,6
|-
| [[Anetol]] || 148 || 235 || 8 || 7,1
|-
| [[Eugenol]] || 164 || 250 || 2 || 1,7
|-
| [[α-Santalol]] || 228 || 301 || < 1 || 0,5
|}
</div>

Efektywność odzyskiwania wysokowrzących związków chemicznych z ich mieszanin ze związkami nielotnymi z parą wodną można zwiększyć, stosując destylację z użyciem pary przegrzanej. Warunkiem ograniczającym są prawdopodobne reakcje rozkładu termicznego.

''Przykład''

[[Aldehyd benzoesowy|Benzaldehyd]] (tw. 178&nbsp;°C przy 760&nbsp;mmHg) destyluje z równowagową parą wodną (100&nbsp;°C) w temperaturze 97,9&nbsp;°C. [[Destylat]] zawiera 32,1% wag. benzaldehydu. Stosując parę wodną przegrzaną do 133&nbsp;°C, otrzymuje się kondensat zawierający 70,6% wag. benzaldehydu<ref name=Vogel />.

{{clear}}

== Sprzęt do destylacji z parą wodną ==
{{Galeria|Nazwa = Sprzęt laboratoryjny|wielkość=200|pozycja=right
|Plik:Steam dist.svg|Klasyczny zestaw elementów.<br />Od lewej: wytwornica pary, kolba z substancją oczyszczaną, [[chłodnica laboratoryjna|chłodnica]], odbieralnik
|Plik:Steam dist2.svg|Okresowe odbieranie kondensatu
|Plik:Steam dist3.svg|Cyrkulacja wody w obiegu zamkniętym<br />(dla substancji o gęstości >1 g/cm³)
|Plik:Steam dist5.svg|Cyrkulacja wody w obiegu zamkniętym<br />(dla substancji o gęstości <1 g/cm³)
|Plik:Steam dist4.svg|Destylacja małych ilości preparatów chemicznych
|Plik:Flaszka florent.svg|„Flaszka florentyńska”
}}

Instalacje do destylacji z parą wodną, niezależnie od ich skali, składają się z następujących elementów<ref name=Vogel />:
* wytwornicy pary, która bywa wyposażana w urządzenia do przegrzewania wylotowego strumienia lub zapobiegające porywaniu do destylatora kropel wody,
* zbiornik z materiałem zawierającym oddestylowywany związek chemiczny, na przykład mieszaninę produktów syntezy organicznej lub surowcem zielarskim, rozłożonym na rusztach (destylator),
* chłodnica ([[kondensator]]),
* rozdzielacz warstw dwufazowego kondensatu.

Standardowe zestawy laboratoryjne są montowane analogicznie do zestawów do destylacji prostej, z tym że [[Kolba (chemia)|kolba]] zamocowana jest pod kątem i nie musi być ogrzewana. Do kolby wprowadza się rurkę doprowadzającą strumień pary z centralnej sieci lub laboratoryjnej wytwornicy. Zamiast tradycyjnych korków z umieszczonymi rurkami, obecnie stosuje się specjalne szklane nasadki do destylacji z parą wodną. Tradycyjne metalowe kociołki, ogrzewane palnikami gazowymi, są wyposażone w poziomowskaz i wysoką rurkę, ograniczającą wahania ciśnienia i zapobiegającą wychlapywaniu wrzącej wody do strumienia pary. Po zakończeniu destylacji rurkę tę należy wysunąć ponad poziom cieczy lub usunąć z kociołka aby nie doszło do zassania cieczy z kolby do stygnącego kociołka. Jako wytwornice pary są też stosowane szklane kolby z elektrycznym płaszczem grzejnym również wyposażone w zabezpieczenie przed wahaniami ciśnienia.

== Przebieg destylacji z parą wodną w laboratorium ==
Strumień pary jest wprowadzany do kolby rurką sięgającą prawie do dna, często lekko zakrzywioną na końcu. Kolba jest montowana w takim położeniu, aby burzliwy przepływ pary przez ciecz nie powodował jej wychlapywania do chłodnicy.

Strumień pary niosącej oddestylowywane związki przepływa przez chłodnicę (wodną lub powietrzną), w której [[Skraplanie|kondensują]] pary. Dwufazowy kondensat spływa do odbieralnika, którym może być np. standardowy [[rozdzielacz]] laboratoryjny albo urządzenia umożliwiające odbieranie obu faz w sposób ciągły, przez odpowiednio ulokowane rurki przelewowe.

Oddestylowany składnik mieszaniny poddawanej destylacji (na przykład produkt prowadzonej w kolbie reakcji) może częściowo rozpuszczać się w wodzie (lub mieszać się z nią) co generuje straty. Aby uniknąć strat i zwiększyć wydajność procesu, warstwę wodną można w sposób ciągły zawracać do kolby destylacyjnej/reakcyjnej. W takim przypadku kolba musi być dodatkowo ogrzewana.

== Przykłady zastosowań ==
[[Plik:ClovesDried.jpg|thumb|200px|Goździki]]

* Wyodrębnianie produktów syntez organicznych:
# Oddzielanie nieprzereagowanego [[aldehyd benzoesowy|aldehydu benzoesowego]] od [[kwas cynamonowy|kwasu cynamonowego]], otrzymywanego w [[Kondensacja (chemia)|reakcji kondensacji]] tego aldehydu z [[bezwodnik octowy|bezwodnikiem octowym]] wobec [[octan potasu|octanu potasu]] ([[Kondensacja Perkina|reakcja Perkina]])<ref>{{cytuj książkę |nazwisko = Vogel op. cit. |imię = Artur I. |tytuł = Preparatyka organiczna |strony = 725–726}}</ref><ref name=Popławska>{{cytuj |autor = Magdalena Popławska |tytuł = Laboratorium z chemii organicznej / Materiały Pomocnicze / Metody wydzielania i oczyszczania związków organicznych / Destylacja z parą wodną |url = http://zcho.ch.pw.edu.pl/dyd_inz22.doc |wydawca = Zakład Chemii Organicznej, Wydział Chemiczny PW |miejsce = Warszawa |język = pl |data dostępu = 2010-12-23 |archiwum = https://web.archive.org/web/20090320005217/http://zcho.ch.pw.edu.pl/dyd_inz22.doc |zarchiwizowano = 2009-03-20}}</ref>
# Oddzielenie głównego produktu jodowania [[benzen]]u ([[jodobenzen]]u) od produktów ubocznych<ref name=Popławska /><ref>{{cytuj książkę |nazwisko = Vogel, op. cit. |imię = Artur I. |tytuł = Preparatyka organiczna |strony = 543, 547–548}}</ref>
# Oddzielanie [[anilina|aniliny]], otrzymywanej przez [[redukcja (chemia)|redukcję]] [[nitrobenzen]]u, od nieprzereagowanego [[Substrat (chemia)|substratu]]<ref name=Popławska /><ref>{{cytuj książkę |nazwisko = Vogel, op. cit. |imię = Artur I. |tytuł = Preparatyka organiczna |strony = 573–574}}</ref>
# Rozdzielanie mieszaniny [[o-Nitrofenol|''o''-nitrofenolu]] i [[4-Nitrofenol|''p''-nitrofenolu]], powstającej w czasie [[nitrowanie|nitrowania]] [[fenol]]u<ref name=Popławska /><ref>{{cytuj książkę |nazwisko = Vogel, op. cit. |imię = Artur I. |tytuł = Preparatyka organiczna |strony = 689–690}}</ref>.
:: Różnica między [[Ciśnienie pary nasyconej|prężnościami pary]] [[Izomery|izomerów]] ''orto'' i ''para'' jest konsekwencją różnic w budowie cząsteczek. W przypadku izomeru ''orto'' tworzy się wewnątrzcząsteczkowe [[wiązanie wodorowe]], które uniemożliwia [[asocjacja cząsteczek|asocjację cząsteczek]]. Asocjacji ulegają cząsteczki izomeru ''para'', co powoduje zmniejszenie prężności pary.

* [[Ekstrakcja]] składników produktów naturalnych:
# Izolacja [[mentol]]u z [[mięta|mięty]]
# Izolacja olejku goździkowego
:: Utarte w [[moździerz laboratoryjny|moździerzu]] [[goździki]] (''Eugenia caryophyllata'') umieszcza się wraz z wodą w kolbie do destylacji z parą wodną. Zebrany kondensat jest poddawany dwukrotnej [[ekstrakcja|ekstrakcji]] [[Dichlorometan|chlorkiem metylenu]]. Z oddzielonej warstwy organicznej odparowuje się [[rozpuszczalnik]], otrzymując olejek goździkowy, którego głównym składnikiem jest [[eugenol]]<ref>{{cytuj pismo |nazwisko = Milart |imię = Piotr |tytuł = I. Destylacja i ekstrakcja, 1.1. Olejek goździkowy, 1.2. Olejek anyżowy |url = http://web.archive.org/web/20140726211127/http://www.chemia.pk.edu.pl/~mariamikulska/images/oczyszczanie.pdf |czasopismo = Ćwiczenia laboratoryjne z chemii organicznej dla studentów biofizyki, inżynierii materiałowej, biologii z geografią oraz biologii – kurs podstawowy (opracowanie na podstawie skryptu: A. Czarny, B. Kawałek, A. Kolasa, P. Milart, B. Rys, J. Wilamowski „Wprowadzenie do ćwiczeń laboratoryjnych z chemii organicznej”, Gdańsk 2005, oraz materiałów do ćwiczeń laboratoryjnych z chemii organicznej, ZChO Wydz. Chemii UJ) |strony = 14–22 |rok = Wersja poprawiona i rozszerzona 2006 |wydawca = www.chemia.pk.edu.pl |miejsce = Kraków |język = pl |data dostępu = 2010-12-23}}</ref>.

== Przypisy ==
{{Przypisy}}

== Linki zewnętrzne ==
* film z narracją ang. (1:38): Otrzymywanie olejku pomarańczowego w małej skali laboratoryjnej, {{cytuj stronę |url = http://www.youtube.com/watch?v=1OfLPQ-29Iw&NR=1&feature=fvwp |tytuł = Steam distillation |autor = lowlevelpanic999 |data = 1 mar 2008 |opublikowany = YouTube |język = en |data dostępu = 2010-12-31}}
* film (1:37): Wyodrębnianie aldehydu benzoesowego, otrzymywanego metodą Perkina, {{cytuj stronę |url = http://www.youtube.com/watch?v=OECSZXnx1s8 |tytuł = Steam distillation of benzaldehyde from raw cinnamic acid mixture (Perkin reaction) |autor = gigogrozni |data = 30 mar 2010 |opublikowany = YouTube |język = en |data dostępu = 2010-12-31}}
* film z narracją ang. (1:47), Destylacja [[Olejek lawendowy|olejku lawendowego]] (1:47), {{cytuj stronę |url = http://www.youtube.com/watch?v=5uLbtur1xGU |tytuł = Lavender Guide: Distilling Lavender |autor = Lila Avery-Fuson, Paso Robles, Kalifornia; Filmmaker: Patrick Eaves |data = 29 wrz 2008 |opublikowany = YouTube |język = en |data dostępu = 2010-12-31}}
* film z napisami ang. (8:22): Wytwórnia olejków eterycznych, {{cytuj stronę |url = http://www.youtube.com/watch?v=YbaNwZzpf7Q |tytuł = aromatic oil steam distillation plant |autor = Sesha Sai |data = 2009-12-23 |opublikowany = YouTube |język = en |data dostępu = 2010-12-31}}

{{Kontrola autorytatywna}}

[[Kategoria:Destylacja]]
[[Kategoria:Aparatura chemiczna]]
[[Kategoria:Przemiany fazowe]]