Università Degli Studi di Cagliari Facoltà Farmacia Corso di laurea in Tossicologia. Corso di Analisi Chimico-Tossicologica.

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1 Università Degli Studi di Cagliari Facoltà Farmacia Corso di laurea in Tossicologia Corso di Analisi Chimico-Tossicologica Distillazione La distillazione La distillazione consiste nel vaporizzare un liquido riscaldandolo, condensarne i vapori e raccogliere il condensato in un differente recipiente. Il condensato raccolto si definisce distillato, mentre il liquido rimasto è chiamato residuo di distillazione Questa tecnica consente di separare una miscela i cui componenti abbiano un differente punto di ebollizione. La distillazione è un metodo conveniente per purificare un liquido da impurezze non volatili. Solventi come l acqua, il cloroformio e l etere sono purificati in questo modo. Analisi Chimico Tossicologica AA

2 Il punto di ebollizione di un liquido Il punto di ebollizione è la temperatura alla quale un liquido esercita una tensione di vapore pari a 1 atm. A questa temperatura, si formano bolle di vapore che raggiungono la superficie del liquido, se esso si trova alla pressione atmosferica. Tensione di vapore (torr) Temperatura ( C) 60 Quando si distilla una miscela di liquidi la temperatura osservata durante la distillazione di una sostanza pura rimane costante finché liquido e vapore sono presenti contemporaneamente. Quando si distilla una miscela di liquidi spesso la temperatura non rimane costante ma aumenta durante la distillazione, perché la composizione del vapore varia continuamente. Analisi Chimico Tossicologica AA

3 Diagramma di fase liquido vapore per una miscela a due componenti Quando una miscela ideale di due liquidi miscibili viene scaldata fino al punto di ebollizione si ottiene una curva come quella riportata in figura in cui per ogni composizione il vapore è più ricco del componente più volatile e il liquido è più ricco del componente meno volatile. (Pressione costante) In una miscela la composizione del vapore in equilibrio con la soluzione bollente è diversa dalla composizione della soluzione stessa. La fase vapore è più ricca nel componente più volatile La fase liquida è più ricca nel componente meno volatile. Tipi di distillazione 1. La distillazione semplice 2. La distillazione frazionata 3. La distillazione sotto vuoto 4. La distillazione in corrente di vapore Analisi Chimico Tossicologica AA

4 Distillazione semplice La distillazione semplice permette la separazione dei vari componenti della miscela a un ragionevole livello di purezza se: solo un componente della miscela da distillare è volatile, cosi che il distillato è un composto puro. la differenza dei punti di ebollizione dei vari componenti puri della miscela è elevata Questo metodo è utilizzabile per: Separare composti con differenza di temperatura di ebollizione elevata (> 80 C); Purificare liquidi da impurezze non volatili; Concentrare soluzioni, con rimozione parziale o totale del solvente. Esempio di distillazione semplice Analisi Chimico Tossicologica AA

5 Il riscaldamento può essere effettuato con un bagni ad acqua o con un bagno ad olio a seconda della temperatura di ebollizione del liquido da distillare. Distillazione semplice La distillazione semplice di una miscela consiste in un ciclo di vaporizzazione condensazione E importante lasciare sempre un residuo nel pallone di distillazione: distillare fino alla completa rimozione del liquido comporta, infatti, il riscaldamento a secco di un residuo a natura spesso sconosciuta, operazione di per sé molto pericolosa. Distillare il distillato ottenuto attraverso più cicli sequenziali di vaporizzazione condensazione potrebbe produrre sostanze sempre più pure, ma tale procedimento è dispendioso. Distillazione frazionata La distillazione frazionata viene utilizzata per separare componenti puri presenti in una miscela nel caso in cui la differenza tra i punti di ebollizione è piccola. In questo caso si usa una colonna di frazionamento che provoca una continua serie di parziali condensazioni del vapore e di parziale vaporizzazione del condensato. L effetto complessivo è analogo a quello di una serie di distillazioni successive e permette quindi una separazione più efficace delle diverse frazioni. Analisi Chimico Tossicologica AA

6 Condensazione in una colonna di frazionamento Diagramma di fase liquido vapore per la distillazione frazionata per una miscela a due componenti Ogni singolo passaggio lungo il cammino rappresenta una singola distillazione ideale. In ciascun ciclo lungo la colonna la composizione del vapore si arricchisce progressivamente del componente più volatile. Analisi Chimico Tossicologica AA

7 Efficienza della colonna Una comune misura dell efficienza della colonna di frazionamento è data dal numero dei piatti teorici. Un piatto teorico è equivalente a una distillazione semplice o ad un ciclo di vaporizzazione-condensazione. Più piccola è la differenza del punto di ebollizione, più grande sarà il numero di piatti teorici che la colonna di frazionamento deve avere per ottenere la separazione della miscela nei suoi componenti puri Differenza dei punto di ebollizione Numero dei piatti teorici Distillazione sotto vuoto La distillazione sotto vuoto o a pressione ridotta viene utilizzata quando i composti hanno un punto di ebollizione molto alto e/o si decompongono alle alte temperature richieste per la distillazione a pressione atmosferica. Il punto di ebollizione viene ridotto sensibilmente riducendo la pressione. Analisi Chimico Tossicologica AA

8 La più comune applicazione della distillazione sotto vuoto non frazionata è l utilizzo dell evaporatore rotante per rimuovere il solvente da una soluzione. Le pompe ad acqua operano a torr e portano ad una diminuzione della temperatura di ebollizione di circa 100 C, le pompe meccaniche operano a circa 0.1 torr e portano ad un abbassamento del punto di ebollizione di circa 200 C. Distillazione in corrente di vapore La distillazione in corrente di vapore viene usata per la separazione e la purificazione di composti organici insolubili o quasi insolubili in acqua. E largamente usata per estrarre oli da fonti naturali Essa consiste nel passaggio di un flusso di vapore attraverso la miscela. Il prodotto bolle a temperature inferioria 100 C evitando così fenomeni di decomposizione per le sostanze termolabili o molto altobollenti Con la vaporizzazione, le sostanze si mescolano tra di loro e codistillano. Quando si condensa il distillato, il componente desiderato, non essendo miscibile si separa dall acqua. Analisi Chimico Tossicologica AA

9 Distillazione in corrente di vapore esterno DISTILLAZIONE DI MISCELE BINARIE NON IDEALI DI LIQUIDI MISCIBILI Il diagramma di distillazione presenta un minimo detto azeotropo a minimo. Esiste cioè un punto in cui il liquido e il vapore hanno la stessa composizione; tale miscela, chiamata azeotropica, ha un punto di ebollizione minore rispetto ai componenti puri. Mediante distillazione non è possibile ottenere i componenti puri perché distilla per primo l azeotropo. Analisi Chimico Tossicologica AA

10 H20-etanolo Il procedimento più noto è quello di distillazione di miscele contenenti alcool per ottenere alcool ad elevata concentrazione. Questo procedimento viene anche impiegato per produrre liquori. Analisi Chimico Tossicologica AA

11 Distillatori GLI ALAMBICCHI Tecnicamente il termine alambicco si riferisce solamente al contenitore in cui si portano a ebollizione i liquidi da distillare; nella maggior parte dei casi, però, viene usato per indicare l'intero apparato, costituito dalla colonna di frazionamento, dal condensatore e dal contenitore in cui viene raccolto il distillato. Gli alambicchi utilizzati in laboratorio sono in genere di vetro, mentre quelli adibiti a impieghi industriali sono di ferro o d'acciaio Distillazione frazionata La distillazione viene detta frazionata quando viene realizzata in più stadi, sottoponendo le frazioni che si formano nelle prime fasi del processo a più distillazioni successive. Questo metodo viene usato industrialmente non solo per semplici miscele di due sostanze ma anche per soluzioni più complesse come il petrolio. Analisi Chimico Tossicologica AA

12 LA LAVORAZIONE DEL PETROLIO PRODOTTI DELLA DISTILLAZIONE Analisi Chimico Tossicologica AA