Для чего применяется возгонка сублимация
Возгонка
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.
Содержание
Примеры возгонки
Сублимация йода
Возгонка характерна, например, для элементарного йода I2, который при нормальных условиях не имеет жидкой фазы: чёрные с голубым отливом кристаллы сразу превращаются (сублимируются) в газообразный молекулярный йод (медицинский «йод» представляет собой спиртовой раствор).
Известным примером десублимации является появление инея на ветках во время усиления мороза.
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.
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
См. также
Ссылки
Полезное
Смотреть что такое «Возгонка» в других словарях:
возгонка — сублимация, дистилляция Словарь русских синонимов. возгонка сущ., кол во синонимов: 9 • вакуум возгонка (1) • … Словарь синонимов
ВОЗГОНКА — ВОЗГОНКА, процесс, при к ром твердое тело при помощи нагревания переводится в газообразное состояние, а потом охлаждением обратно в твердое, минуя жидкий стадий. Возможна для так наз. летучих веществ, обладающих значительным напряжением пара уже… … Большая медицинская энциклопедия
возгонка — сублимация Переход вещ ва из конденсиров. состояния в газообр., сопровождаемый изменением своб. энергии, значит, долю к рой составляет теплота возгонки или сублимации. В. элементов, обладающих выс. значениями давл. насыщ. пара, происходит во… … Справочник технического переводчика
ВОЗГОНКА — ВОЗГОНКА, то же, что сублимация … Современная энциклопедия
ВОЗГОНКА — то же, что сублимация … Большой Энциклопедический словарь
ВОЗГОНКА — ВОЗГОНКА, возгонки, жен. (физ.). Перевод или переход твердого тела непосредственно в пар. Толковый словарь Ушакова. Д.Н. Ушаков. 1935 1940 … Толковый словарь Ушакова
возгонка — ВОЗГОНЯТЬСЯ ( яюсь, яешься, 1 и 2 л. не употр.), яется; несов. (спец.). О веществе: переходить при нагревании из твёрдого состояния в газообразное, минуя стадию жидкости. Толковый словарь Ожегова. С.И. Ожегов, Н.Ю. Шведова. 1949 1992 … Толковый словарь Ожегова
ВОЗГОНКА — (сублимация), переход в ва из тв. состояния в газообразное, минуя жидкую фазу. Физический энциклопедический словарь. М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1983 … Физическая энциклопедия
ВОЗГОНКА — син. термина сублимация. Геологический словарь: в 2 х томах. М.: Недра. Под редакцией К. Н. Паффенгольца и др.. 1978 … Геологическая энциклопедия
Возгонка — ВОЗГОНКА, то же, что сублимация. … Иллюстрированный энциклопедический словарь
ВОЗГОНКА — (сублимация) процесс перехода вещества из твёрдого состояния в газообразное, минуя жидкую фазу; используется для очистки веществ … Большая политехническая энциклопедия
Что такое сублимация?
Сублимация, или сублимационная сушка – способ консервации, который максимально сохраняет все полезные вещества и свойства продуктов. Еще она может называться лиофилизация (лиофильная сушка), или возгонка.
Как же происходит процесс сублимации (лиофилизации)?
Если совсем коротко, продукты замораживают до очень низких температур и буквально вымораживают из них воду в вакуумных камерах, затем готовый продукт досушивают уже при плюсовой температуре и герметично упаковывают.
Температура замораживания для разных продуктов разная и варьируется от минус 20 до минус 200 градусов. Заморозка это очень важный этап в сублимационной сушке. Надо максимально быстро достигнуть температуры ниже точки затвердевания продукта, чтобы образовались очень мелкие кристаллы льда, которые не разрушают структуру продукта и проще испаряются.
В вакуумной камере создается пониженное давление, чтобы вода из твёрдого состояния переходила сразу в газообразное, минуя жидкую фазу. Другими словами, лед испаряется из продукта, не превращаясь в воду.
Существует сочетание температуры и давления, которое называется тройная точка – когда вода одновременно находится в твердом, жидком и газообразном состоянии. Сублимация происходит при условиях ниже тройной точки. (да, да название лиофилизированного мороженого взято именно отсюда).
Сублимация, как уже говорилось выше, позволяет сохранить практически все полезные свойства и пищевую ценность продуктов, т.к. при такой сушке не используются высокие температуры, разрушающие некоторые витамины и белки. При этом сублимированные продукты имеют минимально возможную влажность – 2-5%. Никакой другой способ сушки не даст такой маленький процент влажности. А это значит, что сублиматы – самая лёгкая еда, которую можно положить в рюкзак, т.к. в них минимально возможное количество воды.
У сублимированных (лиофилизированных) продуктов есть свои преимущества и недостатки:
Преимущества сублиматов:
Недостатки сублиматов:
Хочется отметить еще один момент, который влияет на стоимость продукта – для сублимации можно использовать ТОЛЬКО сырье высокого качества. Подпорченные овощи, фрукты или постоявший пару дней даже в холодильнике суп после сублимированной сушки будет непригоден для еды.
Подводя итог, можно сказать, что
Остались вопросы? С чем-то не согласны? Пишите ваше мнение в комментариях.
Скоро выйдет статья про менее энергозатратные способы сушки.
Возгонка (сублимация)
Главные части аппарата для возгонки: 1) куб, в котором происходит нагревание сырого продукта и превращение его в парообразное состояние, и 2) камера, в которой пары охлаждаются и превращаются в твердое тело. Твердая масса, загруженная в куб, нагревается неравномерно: частички, прилегающие к нагревательной поверхности куба, подвергаются наиболее сильному нагреву, а остальные нагреваются сравнительно слабо, и, вследствие того, что твердая масса б. ч. является плохим проводником тепла, происходит неравномерное нагревание всей массы, связанное к тому же со значительным расходом тепла. Во избежание этого необходимо располагать твердое вещество в кубе невысоким слоем; куб снабжают мешалкой, и т. о. тонкий слой вещества при непрерывном помешивании прогревается достаточно равномерно. Объем камеры значительно превосходит объем куба. Чтобы ускорить процесс обращения пара в твердое вещество, прибегают к искусственному охлаждению паров, орошая камеру водой или понижая ее температуру охлажденным соляным рассолом или охлажденным воздухом; способ охлаждения зависит от того, с какой легкостью происходит конденсация продуктов из паров.
Конструкция аппарата зависит от физических и химических свойств возгоняемого тела и от легкости, с какой данное тело подвергается разложению, но независимо от этого все виды аппаратов, применяемых при возгонке, можно разделить на две большие группы: аппараты, работающие без уменьшенного давления (старого типа), и аппараты, работающие под уменьшенным давлением (с вакуумом). Последние в настоящее время приобрели наибольшее значение, т. к, они требуют меньше времени на очистку продукта и дают больший выход его. Возгонку салициловой кислоты в прежнее время вели в цилиндрических котлах с полушаровидным дном, выложенных свинцом, и без мешалки; вследствие этого вещество спекалось в толстый ком, плохо проводящий тепло; в то время как верхние части этого кома не успевали прогреться до требуемой температуры, нижние перегревались и разлагались, уменьшая этим выход продукта. Куб для возгонки соединялся с камерой для охлаждения рядом узких трубок, снаружи не изолированных, что вызывало преждевременное охлаждение паров в этих трубках, выделение твердого вещества и закупорку трубок. Сама камера была невелика по объему и имела не горизонтальное, а вертикальное положение. Вследствие этого продукты конденсации паров при охлаждении наслаивались друг на друга и не образовывали ясно различимых кристаллов; вертикальное положение и недостаточные размеры камеры не обеспечивали достаточной циркуляции паров внутри камеры для охлаждения; вследствие этого не достигалось полной конденсации.
При температуре не выше 144° жидкая сера испаряется; пары по трубе переходят из реторты в камеру, где охлаждаются и оседают по стенкам в виде серного цвета. Осевшую на стенках серу сметают несколько раз во время процесса. Если же температуру поднять выше 144°, то сера собирается на дне камеры в жидком виде и через отверстия вытекает в формы, откуда по охлаждении извлекают черенковую серу. Для очистки хлористого аммония также прибегают к возгонке. Сырую, неочищенную массу загружают в железный котел с плоским дном; котел (куб) обкладывается огнеупорным кирпичом снизу и с боков, а сверху покрывается слабо выпуклой крышкой из железа или свинца; котел обогревают голым огнем. Содержащуюся в неочищенном хлористом аммонии влагу удаляют в первую очередь, для чего в начале возгонки открывают отверстие в крышке куба. Когда вся вода испарится, и покажутся первые пары хлористого аммония, отверстие закрывают и продолжают нагревание. Следует остерегаться слишком сильного нагрева, т. к. при этом органические примеси могут обуглиться и загрязнить продукт. Возгонка хлористого аммония продолжается долго: загрузка в полтонны возгоняется в течение пяти дней. По окончании процесса снимают крышку, на которой отложился сублимированный хлористый аммоний слоем толщиной около 10 см, и удаляют чистый продукт.
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.
Рис. 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.
СУБЛИМАЦИЯ ИЛИ ВОЗГОНКА
Сублимацию, как и перегонку, можно проводить при обычном давлении или при уменьшении давления (вакуум-сублимация). Ниже рассматриваются случаи сублимации только при обычном давлении.
Из веществ, которые можно очистить сублимацией, следует-назвать: иод,серу, окиси мышьяка, хлористый аммоний и др.
В лабораториях чаще всего приходится возгонять иод. Устройство для возгонки небольших количеств вещества очень простое. Это — тонкостенный стакан, поставленный на песочную баню так, чтобы дно его было погружено в песок на 1—2 см. Стакан сверху накрывают часовым стеклом, причем выпуклая сторона его должна быть обращена внутрь стакана (рис. 431). При осторожном нагревании иод возгоняется и на часовом стекле собираются игольчатые кристаллы.
Технический иод перед возгонкой следует смешать с KI и CaO. Обычно на 6 частей продажного иода следует брать 1 часть Kl и 2 части CaO, затем смесь растирают и сублимируют.
Рис. 431. Простейшее устройство для возгонки
Рис. 432. Прибор для возгонки: 1 —часовое стекло; 2— стакан; 3 — термометр; 4— песочная баня.
Иногда, для улучшения охлаждения, на часовое стекло наливают холодную воду или кладут небольшие кусочки льда. Значительно удобнее работать с аппаратом, устроенным по типу холодильников, т. е. с постоянным током холодной воды. Один из аппаратов такого типа изображен на рис. 432.
Одну трубку прибора присоединяют к водопроводному крану, а другая трубка служит для отвода воды; на нее следует надеть резиновую трубку и отвести ее к раковине или водосливу. Ток воды устанавливают ие очень сильный.
Обычно иод для надежности возгоняют дважды. После вторичной возгонки препарат получается очень чистым, если его не загрязнить при снимании кристаллов со стекла. Кристаллы иода снимать при помощи металлического шпателя или ножа нельзя, так как иод взаимодействует с большинством металлов. Возогнанный иод с часового стекла или с аппарата для возгонки следует счищать стеклянной лопаточкой.
Аналогичным образом можно возо-гнать и другие вещества, упомянутые выше.
Очень удобный прибор для возгонки иода изображен на рис. 433. Нагревание в нем проводят при помощи электрической лампы накаливания мощностью около 100 вт. Эту лампу 2 вставляют в трубку / из асбоцемента или фарфора. В открытый конец трубки вставляют тонкостенный химический стакан 3, на дно которого помещают нужное количество иода, подлежащего очистке. Стакан закрывают специальной колбой-холодильником 4. Холодная вода поступает в левую трубку колбы и выходит через правую.
При необходимости возогнать большое количество какого;либо вещества аппаратуру соответствующим образом изменяют. Обычно в пособиях по препаративной химии приводится описание аппаратов для каждого отдельного, случая.
Рис. 433 Прибор для возгонки иода: 1- трубка из фарфора; 2 —лампа; 3-стакан; 4-колба-холодильник