Ed eccoci a una nuova puntata qua su Flipped Sciences. Oggi parleremo di distillazione. La distillazione è forse uno dei processi più antichi usati dai chimici ed è stato fondamentale per scoprire una grande quantità di sostanze. Infatti la distillazione è una delle più importanti processi che si può fare con la serve a separare le sostanze contenute all'interno dei miscugli, in particolare miscele a base liquida, quindi miscele, miscugli, liquido-liquido oppure liquido-solio. Vedremo quindi alcuni esempi a seguire sia con delle animazioni sia con un video per chiarire questo importante processo della chimica.
Quindi che cos'è la distillazione semplice? E'un processo che consente, a partire da una inscela contenuta all'interno di un pallone di reazione, di essere separata attraverso i vari passaggi in diverse componenti che verranno poi raccolte all'interno di un contenitore, un cilindro ad esempio, alla fine appunto del condensatore. Ma andiamo con ordine.
Prima di tutto ci serve un riscaldatore, c'è una fonte di calore, La distillazione è un processo infatti che richiede energia termica, calore, nel nostro caso potrebbe essere, come useremo in laboratorio, un mantello riscaldante. La fonte di calore quindi determina un innalzamento della temperatura della miscela, tanto che appunto quando viene raggiunta la temperatura di ebollizione, quel che accade come è normale, noi vediamo formazione di bolle, Che cosa sta accadendo? Beh, accade che adesso le molecole hanno abbastanza energia cinetica per poter fuggire. Cosa significa? Abbandonano la superficie del liquido e vanno a trasformarsi in vapore nella parte sovrastante, appunto il pallone di distillazione, la nostra caldaia di distillazione.
Attenzione però, la temperatura di ebollizione della miscela non sarà uguale alla temperatura dei singoli componenti. perché come sappiamo bene in un miscuglio le proprietà vengono a essere modificate. Quindi se avessimo ad esempio una miscela idroalcolica, cioè di acqua ed alcol, la temperatura non sarebbe né 100°C né 78°C, ma una sorta di via di mezzo tra la temperatura di ebollizione dell'alcol e quindi quella dell'acqua. Una via di mezzo che ovviamente dipende da quanto alcol c'è.
Cosa accade poi? Passaggio successivo. Una parte delle molecole di vapore formate si vanno a condensare all'interno del termometro, in particolare del bulbo, che è la parte che sporge all'interno.
In questo modo noi riusciamo a misurare la temperatura del vapore che condensa, che è uguale alla temperatura di ebollizione. Questo è un punto delicato, molto importante, che riguarda la chimica ma anche la fisica. Infatti la temperatura di ebollizione coincide alla temperatura di... condensazione sono la stessa cosa vi chiederete come mai ci sono due termini diversi ma vedremo studiando questo argomento successivamente che le cose saranno più chiare ad esempio vedremo anche è che la temperatura di fusione la temperatura di solidificazione ad esempio dell'acqua sono assolutamente identiche quindi 0 gradi rappresenterà la temperatura di congelamento di solidificazione dell'acqua ma anche la temperatura alla quale il ghiaccio fonde ecco le molecole prendono ovviamente la via di fuga che dal pallone porta al condensatore attraverso una strettoia e la maggior parte delle particelle che usciranno attraverso questa apertura e che si dirigono verso il refrigeratore appartengono ovviamente alla sostanza con il più basso punto di ebollizione, ovvero se fosse esempio acqua e alcol, l'alcol ha come punto di ebollizione, quindi la maggior parte delle molecole Saranno quelle lì, anche se vedremo.
Cosa accade qui? Qui vediamo le nostre molecole in rosso, le nostre molecole di alcol, che stanno proprio per entrare all'interno del condensatore, che è detto anche in questo caso la forma del condensatore, il refrigerante di Liebig. Ma, sorpresa, compaiono anche delle molecoline azzurre, se non le molecole d'acqua. Purtroppo il processo della distillazione semplice non è così preciso da eliminare del tutto l'acqua.
All'interno del refrigerante avviene un trasporto estremamente interessante che è il trasporto in controcorrente. Perché è chiamato così? Perché nel refrigerante l'acqua fredda viaggia in controcorrente rispetto al vapore caldo.
Il vapore va in una direzione, l'acqua nell'altra. È un sistema studiato appositamente per ottimizzare il raffreddamento perché in questo modo l'acqua più fredda che entra dalla parte bassa del refrigeratore incontra Anche le ultime goccioline di vapore che vorrebbero uscire, scappare via, e quindi la condensazione diventa praticamente perfetta. Che roba è? Sono stata in palestra prima di venire qui, a casa ho pensato di prepararmi un integratore idrosalino.
Acqua minerale ricca di sali, un po'di cloruro di sodio, cioè sale da cucina, e qualche goccia di colorante per renderlo più sciccoso. Assaggia. Questo che ha preparato Giulia è un miscuglio omogeneo di alcuni solidi in un liquido. Ha creato una soluzione in cui l'acqua è il solvente, mentre i cloruri, solfato, sodio, calcio, magnesio e altre sostanze coloranti sono i soluti.
Troppo sale. Secondo voi sarebbe possibile procedere nella maniera inversa? Dividere l'acqua, il cloruro di sodio, il colorante e rimescolarli di nuovo con proporzioni diverse per ottenere un sapore migliore? Per scoprirlo la cosa migliore è sperimentare. Proviamo dunque a distillare questa soluzione per vedere cosa succede.
Prima di iniziare però indossiamo gli occhiali di protezione. Versiamo la soluzione in un pallone codato servendoci di un imbuto. Il pallone va riempito per non più di due terzi, quindi non esagerate.
Al suo interno dobbiamo inserire alcune palline di vetro per evitare che si formino bolle di vapore troppo grandi. Lo posizioniamo poi su un mantello riscaldante fissato a un'asta di 6 cm. sostegno. Al pallone colleghiamo un refrigerante che servirà a sottrarre calore al vapore per riportare l'acqua in fase liquida nel becker.
Nel refrigerante fluisce acqua corrente dal basso verso l'alto attraverso due tubi di raccordo. Serve anche un termometro. Va inserito nel collo del pallone in modo che il bulbo possa venire lambito dai vapori per rilevarne correttamente la temperatura.
Una volta distillato, l'integratore Schick saprà ancora di acqua salmata. No, ma il mio integratore non sa di acqua salmastra, scusa, sa di acqua salata. E che colore avrà? Ma non dirglielo, aspettiamo la fine dell'esperimento, se no che gusto c'è? Ok.
Secondo voi che cosa si otterrà dentro il contenitore di raccolta? Acqua dolce, acqua colorata senza sali, altro? Accendiamo il fornello per portare la soluzione ad ebollizione. Dalla lettura del termometro vi accorgerete che la temperatura sale, poi si ferma a 100°C per tutta la durata dell'ebollizione.
Questo accade perché inizialmente il pallone e il suo contenuto assorbono calore e la temperatura aumenta. Quando la soluzione raggiunge l'ebollizione, l'energia termica assorbita dalle molecole d'acqua allo stato liquido viene utilizzata per trasformarle in vapore acqueo. Il vapore che si libera durante l'ebollizione, convogliato nel refrigerante attraverso il codolo, passa allo stato liquido perché l'acqua che vi circola sottrae calore e ne riduce la temperatura. Infine il distillato cola nel becker di raccolta. Nel pallone sono rimaste soltanto le sostanze solide che prima erano disciolte nell'acqua.
Ecco il distillato. In colore, in odore... Fermo! E le attrezzature della portaria servono solo per gli esperimenti, non per bere.
C'è sempre il rischio di ingerire sostanze pericolose. Hai ragione, mea culpa, ma sono sicuro che è anche insapore. Certo, perché la distillazione ha purificato l'acqua da qualsiasi sostanza solida disciolta.
Nel Becker c'è quello che si definisce un individuo chimico, cioè una sostanza pura, acqua distillata nel nostro caso. E i sali e il colorante sono tutti qui dentro. La distillazione di un miscuglio omogeneo solido-liquido consente di separare il solvente dalle altre sostanze disciolte. Se invece vogliamo separare i componenti di un miscuglio omogeneo liquido-liquido, occorre realizzare una serie di distillazioni successive con una tecnica chiamata distillazione frazionata.
Bevande a parte, la distillazione si usa per operazioni molto più complesse della nostra. Dal petrolio ad esempio si distillano oli, benzine e cherosene. Anche i superalcolici si ottengono per distillazione. Sì Luca, io però ho sete e non ho ancora integrato i miei sali.
È freddo al limone con molto sale al bar? Pronta? Andiamo.
Buono studio. Spero che questi materiali siano riusciti a chiarirti un po'le idee sulla distillazione. Vorrei fosse chiaro che la distillazione è un processo un po'più complesso talvolta di quello che abbiamo visto noi, quella che abbiamo analizzato sostanzialmente è una distillazione semplice.
Nel primo caso, ecco voglio precisare, nel prima animazione mi riferivo come a livello esemplificativo a una distillazione di due liquidi, acqua e alcol, che è probabilmente quella che poi svolgeremo anche noi in laboratorio. mentre nel video dei due ragazzi ovviamente si parlava di una distillazione leggermente diversa, ovvero sia di solidi all'interno di liquidi, dove il liquido era appunto acqua. Quindi una leggera differenza che però ci fa capire come la distillazione possa essere poi utile di fatto a separare diverse... diverse tipologie di miscuglio, tutte però a base liquida sostanzialmente, perché se non abbiamo qualcosa del genere la distillazione non può essere svolta.
Non rimane che salutarti, arrivederci in classe, in laboratorio e alla prossima. Ciao!