Возгонка и перегонка в чем разница
Самогоноварение, дистилляция, ректификация и все что с этим связано… (Часть 1)
Приветствую Вас дорогие Алкобушники и всех «сочувствующих» им…:)
Сразу небольшое вступление от автора:
Я не претендую на звание «гуру» самогоноварения и возможно мои знания в области приготовления алкоголя ошибочны, так же, как знания у людей в древности думающих, что земля плоская.
Поэтому, приветствую конструктивную критику, особенно со ссылками, расчетами, доводами или другими аргументами подкреплёнными наукой, логикой и здравым смыслом.
Цель данного поста раскрыть основы самогоноварения для людей никогда не сталкивающихся с этой темой, а не рассуждать, как лучше отбирать головы и хвосты, сколько нужно делать перегонок или с какого металла лучше аппарат для самогоноварения.
Перед тем как погрузится в пучину теории о домашнем самогоноварении и изучение дистилляции и ректификации и всего, что с этим связано, давайте немного поговорим о тех напитках, что мы видим на прилавках магазинов.
На прилавках магазинов мы видим: виски, коньяк, бурбон, ром, кальвадос, чача, водка, бренди, текила, абсент, джин, самогон.
Для большинства людей это: просто названия крепкого алкоголя, и подавляющее большинство «ценителей» этих напитков думают, что процесс производства каждого из перечисленных напитков кардинально отличается, да и вообще считают, что процесс производства этих напитков тайна за 7-ю замками!
Что еще знает обыватель обо всех этих напитках.
Обычно «среднестатистический ценитель» крепкого алкоголя знает, что эти напитки делятся на следующие группы:
Хотя для некоторых ценителей, ром под «большим» вопросом! Ведь его пили обычные матросы, но раз это заморское пойло, то для большинства оно «премиум класса»!
— ну и третий класс напитков который в последнее время стал стремительно набирать популярность, и является очень интересным продуктом для маркетологов – самогон.
Если про «благородные напитки» и водку всем известно, что их производят на специальных заводах по старинным рецептам, и каждый напиток получают по уникальной технологии, то про самогон знают только то, что его делают в деревне на специальном самогонном аппарате.
А еще всем известно, что самогоноварение запрещено.
Про запрет самогоноварения доходчиво рассказано в короткометражном фильме 1961г. «Самогонщики».
Сразу внесем ясность про запрет на самогоноварение:
На сегодняшний день, гнать самогон для личного потребления не возбраняется!
А вот гнать с целью сбыта (продажи) запрещено!
Это как с помидорами на даче:
Для себя выращивай на здоровье!
А если ты соберешься продать помидорки не оформив все необходимые документы и не заплатив налоги, то ты преступник!
Так, что гнать самогон настолько же законно, как и выращивать помидорки (при условии, что это только для личного употребления, ну или безвозмездного дарения).
А теперь давайте узнаем, как появляется самогон.
Виски, коньяк, бурбон, ром, кальвадос, чача, бренди, текила, абсент, джин, самогон это родственные напитки.
Процесс, а точнее технология производства всех перечисленных напитков одинаковая.
В основе изготовления всех этих напитков лежит дистилляция.
Дистилляция – процесс испарения жидкости с последующей конденсацией и охлаждением пара.
Да, все так просто: нагрели жидкость она испарилась, сконденсировалась, остыла и снова превратилась в жидкость.
А как дистилляция связана со всеми этими напитками, Мы узнаем позже…
А теперь не спеша, начнем с самого начала.
Для начала определим основные моменты:
просто дистиллировав первую попавшуюся жидкость алкоголь не получить!
Алкоголь можно получить только из той жидкости в которой он (алкоголь) присутствует хотя бы в небольшом количестве!
Самая простая брага это: вода + сахар + дрожжи + время
Да, дорогой читатель, ты правильно подумал:
К любому алкоголю человечество обязано дрожжам.
Эти безобидные крошки, которые дают нам вкуснейшую сдобу и благодаря которым появляется второй подбородок у любителей сдобы, причастны еще и ко всему алкоголю!
Семейство дрожжей очень большое:
— хлебопекарные дрожжи (производство хлеба, сдобы, пирожков);
— винные дрожи (дрожжи для производства вина);
— пивные дрожжи (дрожжи для производства пива);
— спиртовые дрожжи (дрожжи для производства браги с максимальным содержанием спирта (18-21%));
— еще есть дикие дрожжи (это предки всех современных дрожжей);
— В магазине за алкоголь просят бумажки (которые мы привыкли называть деньгами);
— Дрожжи за производство алкоголя «просят» сахар.
Не будем вдаваться в подробности, как дрожжи превращают(перерабатывают) сахар в алкоголь и углекислый газ, и какая им от этого выгода.
Так же не буду вдаваться в подробности, как правильно поставить брагу, поскольку основной наш вопрос, как из браги с содержанием алкоголя 12% получают 40-80% алкоголь.
В основе процесса причастного к появлению крепкого алкоголя из браги, который в дальнейшем мы будем называть дистилляцией, лежит процесс испарения жидкости.
Испарение – процесс перехода вещества из жидкого состояния в газообразное, то есть превращение жидкости в пар.
Как мы знаем, а может это станет для кого то из читателей откровением… Разные жидкости (вещества) начинают кипеть (как и собственно активно испаряться) при разной температуре.
Дистиллятор, он же самогонный аппарат, состоит из:
Есть одно условие для работы дистиллятора – перегонный куб и холодильник должны быть герметично соединены между собой.
С конструкцией дистиллятора разобрались и поэтому начинаем разбираться в том, как и почему работает дистиллятор:
1.В перегонный куб заливается брага или любая спиртосодержащая жидкость.
2.Под перегонный куб помещают источник тепла (печку, свечку и т.д.). Можно и в перегонный куб поместить источник тепла такой источник тепла называется – тэн.
3. При нагревании с браги (состоящей из воды, спирта) начинает активно испаряться жидкость с более низкой температурой кипения. В нашем случае активнее испаряется этиловый спирт с температурой кипения 78°С.
Поскольку в процессе дистилляции в перегонном кубе образуется все больше и больше паров жидкости с более низкой температурой кипения, то рано или поздно они (спиртовые пары) сами себя выталкивают в холодильник.
4. Попав в холодильник «спиртовой пар», охлаждаться и конденсироваться.
5. Конденсат с холодильника под силой тяжести стекает в приемную емкость.
Для тех, кто еще не понял: конденсат спиртовых паров – это и есть более крепкий алкоголь.
Теперь мы знаем устройство и принцип работы самого простого самогонного аппарата!
И в продолжение темы самогоноварения поговорим об апгрейте (усовершенствовании) самогонного аппарата и повышении качества самогона.
И сразу появляется справедливый вопрос:
«Зачем усовершенствовать самогонный аппарат, если он и так работает?
Согласен, аппарат работает, но качество получаемого самогона не самое лучшее.
«Почему не лучшее? Ведь спирт испарятся при +78, а вода при +100!»
А вот на этом моменте и начинается «наука о самогоноварении»!
Почему же при «правильной» перегонке на «правильном» аппарате, вкус и запах будет лучше?
Кроется в составе браги, состав которой влияет на состав самогона.
Появлению спирта в браге мы обязаны дрожжам.
В теории дрожжи производят только этиловый спирт, и брага состоит из воды, спирта, дрожжей.
Но в жизни дрожжи производят не только этиловый спирт, а еще: метанол, изопропиловый, изобутиловый, гептиловый спирт и прочую крайне вредную гадость. И эта вся гадость находится в браге вместе с этиловым спиртом.
Температура кипения у всех названных спиртов и прочей гадости разная (метиловый при +64,5; этиловый кипит при +78С; изобутиловый 84,4С).
При нагревании браги все перечисленные спирты испаряются не одновременно. Сначала испаряются легкокипящие, и по мере выкипания легкокипящих фракций, температура в перегоном кубе повышается и начинают кипеть фракции с более высокой температурой кипения.
Зная, что разные фракции испаряются при разной температуре мы можем разделить их, то есть вначале мы можем отобрать в одну приемную емкость то, что испарилось в первую очередь, а во вторую приемную емкость то, что начало испаряться потом.
Поэтому «по науке» перегонка происходит по следующим образом:
1. сначала отбирают «головы» в отдельную емкость;
2. сменив емкость отбираем тело;
В идеале в «теле» только этиловый спирт.
После отбора «тела» начинают испаряться фракции с более высокой температурой кипения, чем у этилового спирта (назовем их «хвостами»);
3. сменив еще раз емкость отбираем хвосты.
Как уже говорил, в жизни не происходит все идеально: тело, головы, хвосты имеют разную температуру кипения, но на практике они не испаряются строго по очереди. Конечно «Хвосты» не лезут вперед «Голов», но в «тело» попадают и «головы» и «хвосты». То есть испарение не происходит идеально, как в книжке, испаряются все фракции сразу(головы. тело, хвосты), вот только при определенной температуре какая то фракция испаряется активней, но об этом более подробно поговорим позже, а сейчас подведем промежуточный итог:
Перегонка на простершем самогоном аппарате позволяет получить крепкий алкоголь.
И если не перегонять все в одну емкость, а провести дробную перегонку ( перегонка с разделением на фракции), то качество получаемого самогона заметно улучшится, и повторная дробная перегонка позволит еще улучшить качество получаемого самогона.
Разобравшись с устройством простейшего самогонного аппарата и основами самогоноварения, переходим к рассмотрению усовершенствований этого аппарата.
Одним из простейших и возможно первых усовершенствований самогонного аппарата стал сухопарник (пригубник).
Принцип работы сухопарника «до безобразия» прост:
1. Спиртовой пар с перегонного куба перемещается в сухопарник;
2. В сухопарнике спиртовой пар охлаждается частично конденсируется;
3. Из-за постоянно поступающего в сухопарник тепла в виде спиртовых паров из перегонного куба, сконденсированые пары снова закипают и испаряются, но в первую очередь испаряются более легкокипящие фракции, а низкокипящие фракции остаются сконденсированными в сухопарнике.
Вот и весь принцип работы сухопарника.
В завершении поста подведем итог:
-Теперь мы знаем как получают самогон «высшего» качества!
—А еще, как и обещал раскрою «тайну» благородных напитков.
А если говорить простым языком дистиллят – это самогон!
Отличия в производстве всех этих напитков конечно есть:
— Для каждого напитка брага готовиться из разного сырья;
— Некоторые напитки выдерживаю бочках;
— какие то напитки настаивают с травами и повторно перегоняют и т.д.
— виски это самогон, брага которого сделана на солоде. А после перегонки получены напиток выдержан в дубовых бочках.
— бурбон это самогон из браги в основе которой кукуруза и солод.
— у коньяка основой браги стал виноград.
— у бренди брага из фруктов или ягод.
— а у текилы брага сделана из агавы.
И еще, агава это не кактус!
— абсент, это дистиллят который настояли на травах, потом перегнали и снова настояли на травах.
Хотя лучше не говорить. А то он начав спорить стащат Вас на свой уровень, а там задавят опытом.
На этом заканчиваю первую часть.
Надеюсь, что вторую часть буду писать не сильно долго.
Чем дистилляция отличается от ректификации?
Дистилляция и ректификация широко используются в промышленности. Этими способами очищают этиловый спирт, из нефти выделяют керосин, бензин, ДТ и прочие компоненты, в парфюмерии получают ароматические вещества и многое другое.
В основу обеих технологий положен один и тот же принцип перегонки жидкости. Тем не менее, различия есть, и довольно серьезные.
Определение, схема устройств и принцип работы
Дистилляция
Дистилляцией называется процесс, в ходе которого жидкость, находящаяся в кубе (емкости) нагревается и испаряется, после чего охлаждается и конденсируется. Пар в итоге может переводиться в жидкость или твердое тело (второй вариант в данной статье не рассматривается). Продукт на выходе называется дистиллят. Или кубовый остаток (так называется жидкость, которая не испарилась), в зависимости от того, с какой целью перегоняли исходную смесь.
Дистиллятор ДЭ-10М
Дистиллятор ПЭ-2210
Бочка из нержавеющей стали 1А1 45л
Дистиллятор ПЭ-2220
Дистиллятор ДЭ-4М
Дистиллятор ДЭ-25М
Дистиллятор ПЭ-2205
Бочка из нержавеющей стали 1Б2 45л
Устройство простейшего аппарата для получения дистиллированной воды. Жидкость находится в кубе 1 с крышкой 2 и термометром 3. После нагрева емкости, вода превращается в пар, который поднимается вверх и попадает в трубку 4 с вентилем 5. А оттуда – в трубку 6, находящуюся в холодильнике 7. Чтобы пар сконденсировался и снова перешел в жидкое состояние, его надо охладить. Для этого трубка 6 омывается проточной ледяной водой. Для повышения эффективности охлаждения, она завита в спираль, чтобы пар дольше находился под действием низкой температуры. Выйдя из холодильника, жидкость попадает в сосуд для сбора дистиллята.
При дистилляции смеси, состоящей из двух компонентов (одним из них является базовая растворяющая жидкость, а второй – в ней растворенный), в пар превращается низкокипящий, то есть тот, у которого более низкая температура кипения. А высококипящий (с более высокой температурой кипения) остается в жидком состоянии. Термометр нужен для регулирования степени нагрева так, чтобы данный параметр находился между указанными температурами.
Отличительной особенностью дистилляции является тот факт, что летучие компоненты испаряются однократно. При таком простом способе невозможно добиться высокой степени разделения составляющих смеси. Кроме того, выделяется только один ингредиент.
Ректификация
Ректификация – это процесс, на начальном этапе которого жидкость, как и при дистилляции, тоже нагревается и испаряется. Но затем пар попадает в ректификационную колонну. В ней, за счет противотока между жидкой и газообразной фазами смеси, происходит тепловой и массовый обмен между паром и сконденсировавшимися каплями. Исходная смесь делится (притом, с высокой степенью очистки) на компоненты с разными температурами кипения за счет того, что жидкость, фактически, многократно испаряется и конденсируется.
Схема простейшего ректификатора, который можно изготовить даже в домашних условиях. Он состоит из куба, подогреваемого на огне или водяной бане. Над ним расположена ректификационная колонна (в бытовых аппаратах – царга, представляющая собой жесткую трубу) с заполняющими ее насадками (на рисунке называются «мочалки», потому что для домашних устройств их нередко делают из дешевых металлических кухонных мочалок). Над ней – дефлегматор. Сбоку, напротив узла отбора дистиллята, находится специальная отводящая трубка (на схеме окрашена красным). Она соединена с холодильником и далее – с приемной емкостью. В лабораторных и бытовых ректификаторах в качестве «мочалок» применяются насадки, которыми заполняется колонна. Самые популярные: спирально призматическая (Селиваненко) и регулярно проволочная (Панченков). Первая дает самую лучшую степень очистки, вторая, при достаточно эффективной работе, наиболее простая по конструкции. Делаются, обычно, из нержавейки или меди. В промышленных установках вместо насадок применяются специальные тарелки.
Аппарат работает следующим образом. Исходная смесь нагревается в перегонном кубе и начинает испаряться. Пар проходит через ректификационную колонну. На узле отбора дистиллята часть пара отводится через красную трубку, попадает в холодильник, конденсируется и стекает в приемную емкость. Другая часть поднимается в дефлегматор. Последний представляет собой, по сути, еще один холодильник с проточной водой в рубашке. В нем эта вторая часть пара тоже конденсируется, после чего в виде капель, которые называются флегмой или орошением, стекает в ректификационную колонну и движется внутри нее сверху вниз. Расход воды для охлаждения дефлегматора можно регулировать, тем самым изменяя количество орошения, поступающего обратно в колонну.
В ректификационной колонне осуществляется противоток двух фаз – пар поднимается вверх, флегма опускается вниз. Между ними происходит массовый и тепловой обмен, в результате которого пар обогащается низкокипящими (легколетучими) компонентами смеси, а капли стекающей жидкости – высококипящими (труднолетучими) ингредиентами. За счет этого, при достаточной высоте колонны, из верхней ее части (узел отбора дистиллята) выводится целевая фракция большой степени чистоты. Насадки в колонне служат для интенсификации массового и теплового обмена, поскольку конденсация пара осуществляется именно на их развитой поверхности. В промышленных установках это происходит на тарелках.
Каждая находящаяся в колонне тарелка, называется физической (ФТ). Она нужна для того, чтобы между жидкой и паровой фазами как можно быстрее достигалось состояние равновесия. Пузырьки пара проходят сквозь находящийся на ФТ слой флегмы. В результате ускоряется массовый и тепловой обмен между фазами. Но, после прохождения пара через одну ФТ равновесия еще не будет, потому что КПД данного элемента колеблется в пределах от 50% до 60%. Таким образом, чтобы получить равновесное состояние фаз, которое бы соответствовало одной теоретической тарелке (ТТ), надо поставить две ФТ. Это значит что, если по расчету требуется колонна на 40ТТ, то в действительности в нее надо ставить 80ФТ.
Установки для ректификации бывают непрерывные и периодические.
В первых жидкая смесь все время подается в колонну, и также постоянно из нее выводятся разделенные ингредиенты. Во вторых в куб сразу загружается определенное количество смеси, после чего аппарат работает до полной ее переработки.
В бытовых устройствах в качестве ректификационной колонны используется царга. Это труба диаметром от 30мм до 50мм, заполненная по всему объему насадками. Чтобы последние не высыпались, по краям ставят проницаемые для пара и капель пыжи. Состояние равновесия фаз достигается в том случае, когда пар проходит через некоторый слой царги, эквивалентный одной ТТ. Его высоту рассчитывают в миллиметрах и называют высотой единицы переноса.
Главные особенности ректификации: выделение нужного ингредиента в чистом виде и возможность разделения исходной смеси сразу на несколько компонентов. Чем выше колонна, тем медленнее идет процесс, но тем чище конечный продукт.
Процессы в виноделии
В отрасли изготовления алкогольных напитков, разница между дистиллированным и ректифицированным спиртом объясняется следующим образом. Дистиллят – это сырье, в котором остается органолептика (вкус и запах) исходного продукта. То есть, если делается напиток зерновой, то зерна, если яблочный – яблока и так далее. При этом в дистиллированном этиловом спирте еще есть множество примесей. Часть из них формируют вкус и запах. От прочих избавляются с помощью различных рецептов. Ректификат – это рафинированно очищенный спирт. Органолептика исходного продукта полностью отсутствует. В нем вкус и запах только спирта, и больше – ничего. На следующих стадиях технологического процесса, с помощью вкусовых добавок и ароматизаторов, в него вносят заданную органолептику, после чего получают широкий ассортимент наливок, настоек и прочего.
Исходя из этого, нельзя говорить, что один способ лучше, а другой – хуже. У каждого свое предназначение. Если, например, делается бренди со вкусом и ароматом винограда, то нужна дистилляция. После ректификации указанные особенности исчезнут. Для получения приятного аромата, дистиллированный спирт выдерживают в дубовых бочках. А для ректифицированного 96%-го спирта это бесполезно, он годится лишь для разведения, например, при изготовлении водки. К этому еще можно добавить, что оборудование для ректификации спирта стоит дороже, чем для дистилляции. К тому же, для проведения ректификации требуется дистиллированная брага.
Теоретические основы дистилляции
В смеси, состоящей из двух ингредиентов (одним из которых является жидкость, как основа раствора), концентрация растворенного вещества в жидкости С1 отличается от концентрации С2 его же в паре этой жидкости. Коэффициент разделения (распределения)
является характеристикой процесса. В некоторых случаях удобней работать с обратной величиной: А = 1 / В, которая называется так же. Данный параметр зависит от условий проведения дистилляции и природы веществ, составляющих смесь.
В зависимости от условий, коэффициент В может быть:
Идеальный. На него влияют только парциальные давления ингредиентов смеси (парциальным называется давление отдельно взятого газа, входящего в смесь из нескольких газов; то есть, это давление одного газа, которое у него было бы, если бы он занимал весь объем, который занимает смесь газов).
Равновесный. В этом случае число молекул газа Н, улетучивающихся из жидкости, равно числу его молекул Н1, которые возвращаются в жидкость за то же время.
На практике на проведение дистилляции влияют перемешивание раствора и наличие в нем примесей. Присутствие последних может оказаться настолько значительным, что по разделению основного вещества и примесей эффективный коэффициент может очень сильно отличаться от идеального.
Не менее важными параметрами процесса являются температура испарения и степень отклонения системы от фазового равновесия между жидкостью и паром. Во время дистилляции:
Где НС – число молекул, переходящих в конденсат. Количественно отклонение определяется соотношением: НС / Н. В этом случае есть два предельных состояния системы. Если НС = 0, то имеет место равновесие, сколько частиц ушло из жидкости за единицу времени, столько же в нее и вернулось. Если НС = Н, то это молекулярная дистилляция, то есть, все частицы, испарившиеся из жидкости, перешли в конденсат. Обычно такое бывает, если процесс проводится в вакууме, давление пара небольшое, а расстояние от поверхности воды до точки конденсации минимальное. В этом случае частицы пара не сталкиваются, ни с молекулами воздуха, ни между собой.
Виды дистилляции
Описанный в начале статьи процесс, при котором жидкость нагревается и частично испаряется, а ее пары непрерывно отводятся в холодильник и там конденсируются, называется простой перегонкой. При работе с многокомпонентной жидкой смесью, применяется дробная перегонка или фракционная дистилляция. В этом случае ингредиенты смеси собирают в конденсат по частям, в зависимости от их летучести, начиная с самого низкокипящего.
Ректификация многими специалистами считается разновидностью дистилляции. Она происходит за счет того, что любая замкнутая система, состоящая из газа и жидкости, стремится к состоянию равновесия. А при ректификации рабочая (фактическая) концентрация ингредиентов паровой фазы отличается от той, которая должна быть, чтобы данная жидкость находилась в равновесии.
Дистилляция и ректификация – это два способа разделения компонентов жидкой смеси, в основе которых лежит один и тот же физический процесс. Но разные технологии их проведения позволяют получить на выходе совершенно различные результаты.
Методы очистки химических реактивов: перекристаллизация, перегонка и дистилляция, возгонка; обезвоживание (абсолютирование) спирта, бензола, эфира
Методы очистки химических реактивов: перекристаллизация, перегонка и дистилляция, возгонка; обезвоживание (абсолютирование) спирта, бензола, эфира
Различные способы очистки химических реактивов: физические, химические, с помощью ионообменных смол. Чаще всего в лабораторной практике используются при разделении и очистке веществ следующие приёмы: перегонка и сублимация, экстракция, кристаллизация и перекристаллизация, высаливание.
Ионный обмен и адсорбция
Интересно, что наряду с обычными ионообменными смолами можно применять окисленный уголь, получаемый при обработке угля азотной кислотой или другими окислителями.
Экстракция
Экстракционный метод разделения веществ применяют уже в течение многих десятилетий, особенно в аналитической химии, но только в последнее время он приобрел очень важное значение для получения чистых и сверхчистых веществ. Метод основан на извлечении одного из компонентов раствора с помощью несмешивающегося с раствором органического растворителя.
Экстрагируемый компонент распределяется между раствором и слоем органического растворителя в отношении, зависящем от коэффициента распределения:
Достоинства экстракционного метода:
Этот метод очистки основан на различии растворимости примеси в твердом веществе и в расплаве. Образец твердого вещества (например, стержень из металла, подлежащего очистке) медленно передвигают через узкую зону нагревания, при этом происходит постепенное расплавление отдельных участков образца, находящихся в данный момент в зоне нагревания. Примеси, содержащиеся в образце, накапливаются в жидкой фазе, вместе с ней передвигаются вдоль образца и по окончании плавки оказываются в конце образца. Как правило, зонную плавку повторяют многократно. Зачастую образец движется через несколько обогреваемых зон, что позволяет в несколько раз сократить время очистки.
Зонная плавка
Достоинствами зонной плавки являются простота аппаратурного оформления, сравнительно невысокие температуры проведения процесса (по сравнению с ректификацией) и высокая эффективность очистки. Таким путем, например, очищается германий до содержания примесей порядка 10-8%. С каждым годом все большее число веществ, предназначенных для самых ответственных целей, проходит очистку методом зонной плавки.
С равным успехом можно очищать неорганические и органические продукты. Правда, зонная плавка не всегда может быть успешно использована. Например, зонной плавкой нельзя отделить Au от Ag. Аналогичный принцип положен в основу так называемого метода вытягивания Чохральского.
Транспортные реакции
Этот метод широко используется при получении особо чистых веществ для полупроводниковой техники и радиоэлектроники. Принцип его состоит в том, что очищаемое твердое или жидкое вещество А, взаимодействует по обратимой реакции с газообразным веществом В, образует газообразный продукт С, переносимый (транспортируемый) в другую часть системы, где вследствие изменения условий происходит его разложение с выделением чистого вещества А:
Классическим примером транспортной реакции является очистка металлического никеля через его карбонил (метод Монда). Порошок никеля обрабатывают при 45-50 °С окисью углерода: Ni + 4CO ⇆ Ni(CO) 4
Газообразный Ni(CO) 4 поступает в другую часть реакционного аппарата, где при 180-200 °С разлагается, давая чистый никель, а CO снова направляют в процесс.
Метод транспортных реакций удобен для очистки от элементов, отличающихся по своим химическим свойствам от основного элемента. Достоинством транспортных реакций является возможность проведения всех операций в стерильных условиях, поскольку эти реакции проходят в замкнутом объеме и без больших количеств реагентов.
Перекристаллизация
Из всех методов очистки солей и других твердых электролитов и органических соединений на первое место по применимости следует поставить перекристаллизацию. Это связано как с простотой процесса, так и с его эффективностью (во всяком случае, при грубой очистке).
Такова элементарная схема процесса перекристаллизации.
В действительности перекристаллизация протекает гораздо сложнее, так как ей может сопутствовать ряд процессов, значительно снижающих эффективность очистки при кристаллизации. Так, ионы или молекулы примесей могут быть механически захвачены образующимися кристаллами основного вещества (окклюзия, инклюзия).
Неизбежна также большая или меньшая адсорбция ионов примесей на поверхности кристаллов, хотя при образовании крупных кристаллов, имеющих небольшую удельную поверхность, роль адсорбции невелика.
Эффективность очистки вещества перекристаллизацией зависит также от его растворимости. При растворимости вещества, лежащей в пределах 5-30%, очистка происходит значительно полнее, чем при растворимости 75-85%. Отсюда следует, что перекристаллизация нецелесообразна при очистке очень легкорастворимых веществ.
Дистилляция и ректификация
Часто приходится сталкиваться с системами, при перегонке которых все компоненты отгоняются в неизменном соотношении (азеотропные смеси). В этом случае разделения не происходит и очистка перегонкой невозможна. В качестве примеров азеотропных смесей можно привести водные растворы НСl (20,24% HCl) и этилового спирта (95,57% С2Н5ОН).
Для получения чистых веществ (особенно при глубокой очистке) вместо простой дистилляции предпочитают использовать ректификацию, т. е. процесс, при котором происходит автоматическое сочетание процессов дистилляции и конденсации. В ректификационной колонне пар встречается с различными фракциями конденсата, при этом часть менее летучего компонента конденсируется из пара в жидкость, а часть более летучего компонента переходит из жидкости в пар.
Проходя через множество полок («тарелок») ректификационной колонны, пар успевает настолько обогатиться более летучим компонентом, что на выходе из колонны практически содержит только этот компонент (или азеотропную смесь).
Ректификация используется для очистки не только жидких препаратов. Общеизвестно применение ректификации для разделения сжиженных газов (кислород, азот, инертные газы и т. д.).
Для разделения на составные части растворов жидкостей или твердых тел в жидкости чаще всего пользуются перегонкой (дистилляцией). В основе этого способа лежит различная летучесть составных частей при кипячении раствора. К перегонке прибегают также для определения температуры кипения жидкости. Перегонку ведут или при обыкновенном давлении, или в разреженном пространстве. Перегонку в прежнее время очень часто производили в ретортах стеклянных, глиняных или металлических. Реторты нагревали на очаге, а пары сгущали в баллоне-приемнике, охлаждаемом водой. В последнее время применение реторт для перегонки стало крайне ограничено. Неудобство их заключается, главным образом, в том, что в приемник могут легко попадать брызги кипящей жидкости. Кроме того, они не предоставляют достаточно места для термометра; наконец, теперь существуют для этой цели более простые и дешевые приспособления. Реторты поэтому применяют теперь лишь в исключительных случаях.
В настоящее время перегонка обыкновенно ведется в баллоне с припаянной сбоку трубкой. Перегонка при помощи разного рода бань идет равномернее, но часто медленнее, чем на голом огне; вообще, выбор того и другого способа нагревания зависит от многих обстоятельств.
Перегонку веществ легко воспламеняющихся, например, эфира, сероуглерода и т. п., нужно вести с большими предосторожностями, приемник хорошо охлаждать, закрывать, ставить подальше от огня и пр. При перегонке часто жидкость, вследствие перегревания, кипит неправильно, толчками, так что может переброситься в приемник. Чтобы избежать этого, в баллон бросают заранее какое-либо пористое тело, напр. пемзу или тонкие капиллярные трубки, иногда тальк, платину и пр. В этих условиях парообразование идет правильно и вся поверхность жидкости покрывается мелкими пузырьками.
Возгонка, сублимация.
Многие твердые тела уже при нагревании ниже температуры плавления улетучиваются и садятся на холодных стенках, как говорят, сублимируются. Одни улетучиваются легче, другие труднее; этим и пользуются для разделения их; вещества кристаллические могут дать при этом прекрасно образованные кристаллы.
Другой прием для разделения рассматриваемых смесей основан на употреблении растворителей. Здесь можно различить два случая: растворитель извлекает какие-либо одни вещества, не трогая других, или в раствор переходят все и затем разделяются соответственными приемами. В первом случае прежде всего стараются, чтобы взятое вещество было, по возможности, лучше измельчено, чтобы не был затруднен доступ растворителю. Обработка растворителем ведется, как при растворении. Количество растворителя находится в зависимости от натуры вещества, степени измельчения, температуры и пр., но оно по возможности должно быть мало, чтобы раствор получился крепче. Удобно заставлять растворитель фильтроваться через слой извлекаемого вещества, напр. его помещают в трубку с оттянутым концом и приливают растворитель. Если он летуч, то все это делается в закрытом пространстве. Нагревание значительно облегчает извлечение (экстрагирование). Существует множество приборов, где экстрагирование ведется одним и тем же количеством растворителя, который отгоняется при самой операции. Очень удобен прибор Сокслета.
Другой способ разделения состоит в кристаллизации из растворов.
Сущность его заключается в следующем: вещество растворяют, раствор затем охлаждают или медленно испаряют, тогда выделяются вещества менее растворимые или (при одинаковой растворимости) те, которые находятся в большем количестве. Кристаллизация ведется до известного предела; жидкость потом удаляется с кристаллов, они вновь растворяются и раствор вновь подвергают кристаллизации и т. д.
С каждой кристаллизацией кристаллы все более и более становятся однородными по составу, если, понятно, была взята смесь, способная к разделению кристаллизацией. В качестве растворителя выбираются такие жидкости, в которых растворимость выделяемых солей с температурой сильно изменяется. По большей части применяется вода, спирт, эфир, бензол, ацетон, хлороформ и пр. или их смеси. Для растворения берут как можно меньше жидкости и при нагревании получают насыщенный или близкий к насыщению раствор. Нерастворимый остаток отфильтровывают, употребляя воронку с нагреванием. Кристаллизация производится в стакане или в кристаллизаторах.
Когда хотят получить большие и хорошо образованные кристаллы, насыщенный при нагревании раствор оставляют спокойно и по возможности медленно охладиться; но такие кристаллы постоянно заключают в себе следы растворителя. Чтобы получить мелкие кристаллы, раствор охлаждают при помешивании. Если вещество образует пересыщенные растворы, то вызывают кристаллизацию, бросив в раствор кристаллик выделяемого вещества. В некоторых случаях кристаллизация производится при выпаривании, напр. когда вещество почти одинаково растворимо при нагревании и обыкн. темп. Кристаллы отделяются от маточного раствора указанным уже выше образом. Маточный раствор подвергается дальнейшей кристаллизации или нет, смотря по обстоятельствам. В редких случаях, получив смесь кристаллов, их разделяют пинцетом под лупой или на основания их удельного веса, бросая их, напр., в такую жидкость, в которой одни тонут, а другие нет.
Обезвоживание органических реактивов.
Самым распространённым обезвоживающим средством для органических жидкостей, содержащих небольшое количество воды, является прокалённый хлористый кальций, но им нельзя сушить спирты и амины.
Абсолютирование спирта.
Для освобождения эфира от воды настаивают его с прокалённым СаCl2, далее с металлическим Na (до прекращения выделения пузырьков Н2), и затем отгоняют. Необходимый для обезвож-я абсолютный спирт готовится следующим образом: измельченный медный купорос прокаливают в тигле до тех пор, пока он от потери воды не примет вида белого порошка, который и всыпают в склянку со спиртом. Безводный медный купорос отнимает от спирта воду, причем делается снова синим.
Этим путём можно кроме того испытывать доброкачественность абсолютного алкоголя: прокалённый белый купорос не должен в нём синеть. При обезвоживании эфира поступают так же, как и при обезвож-и спирта. Обезвоживание начинают сразу с 100°-ного спирта в тех случаях (здесь он же является и фиксатором), когда нужная для окраски субстанция, например гликоген, растворяется в водных фиксаторах.
Возможности получения абсолютно чистых веществ.
Прежде всего следует подчеркнуть, что в практическом смысле чистота вещества понятие относительное, зависящее от назначения вещества. Так, в быту называют чистой обычную воду и уж, во всяком случае, относят к этой категории дистиллированную воду, поскольку в многочисленных случаях ее использования такая вода ведет себя как химический индивидуум. На самом деле дистиллированная вода далеко не является чистым веществом, она содержит растворенные газы, пылинки и в небольших количествах соли и кремниевую кислоту, извлеченные из стекла. Такая вода не только не может служить эталоном чистоты, но даже не может быть использована во многих ответственных работах (определение электропроводности, получение полупроводниковых материалов и т. д.).
Часто дается определение чистого вещества как физически и химически однородного материала, обладающего определенным комплексом постоянных свойств и не изменяющегося при дальнейшей очистки его самыми совершенными средствами. Однако такое определение далеко не безупречно, и оценка чистоты в сильной степени зависит от уровня развития техники. Содержание примесей в препаратах особой чистоты измеряется миллионными и миллиардными долями процента и с точки зрения практического использования такие препараты можно считать вполне чистыми. В самом деле: что значит примесь 3·10-8%? Это значит, что один атом примеси приходится на 30 миллиардов атомов вещества.
В меньшей мере известен тот факт, что тщательное высушивание веществ, т. е. удаление последних следов сорбированной воды, приводит к резкому изменению физических констант.
Когда метиловый спирт высушили фосфорным ангидридом в течение 9 лет, то температура кипения спирта вместо 66 оказалась 120 °С.