Fraktionierte Destillation

Viele homogene Mischungen, zum Beispiel Salzwasser, können durch Verdampfen und anschließendes Kondensieren eines der Bestandteile getrennt werden. Dieses Verfahren wird als einfache Destillation bezeichnet. Das funktioniert sehr gut, wenn du eine Flüssigkeit von einem Feststoff trennen möchtest, oder wenn die Zutaten in der Mischung bei sehr unterschiedlichen Temperaturen verdampfen und kondensieren – wenn sie sehr unterschiedliche Siedepunkte haben. Aber wie wäre es mit dieser Mischung aus Wasser und Ethanol? Beide Stoffe in dieser Mischung sind flüssig, und der Unterschied zwischen ihren Siedepunkten beträgt weniger als 25°C.

Einfache Destillation funktioniert hier nicht. Um ein solches Gemisch zu trennen, brauchen wir eine andere Art der Destillation – fraktionierte Destillation. Genau wie einfache Destillation, basiert die fraktionierte Destillation auf Verdampfung und Kondensation. Aber es wird ein spezieller Aufbau verwendet, was eine höhere Genauigkeit ermöglicht. Werfen wir einen Blick auf einen typischen Aufbau einer fraktionierten Destillation.

Das zu trennende Gemisch – in unserem Fall Wasser gemischt mit Ethanol – ist in diesem Rundkolben enthalten. Der Kolben wird über eine Wärmequelle gestellt, die verwendet wird, um die Temperatur der Mischung im Inneren zu erhöhen. Die Oberseite des Kolbens ist mit einem langen senkrechten Glasrohr, Fraktionierkolonne genannt, verbunden. Die Fraktionierkolonne ist lang genug, um einen Temperaturgradienten zu erzeugen – unten heißer, und oben kälter. Auch die Fraktionierkolonne enthält Teile, die ihre Oberfläche vergrößert, zum Beispiel Glasperlen oder eine Reihe von Fächern.

Ethanol hat einen niedrigeren Siedepunkt und ist der flüchtigere der beiden Bestandteile des Gemisches. Also, wenn du das Gemisch erhitzt, beginnt Ethanol schneller als Wasser sich in Dampf zu verwandeln. Der Ethanoldampf steigt in der Fraktionierkolonne auf, die noch kalt ist. Der Ethanoldampf gibt Wärme an die Kolonne ab, und die Temperatur des Dampfes fällt unter seinen Siedepunkt. Dadurch kondensiert das Ethanol.

Ein Teil der Flüssigkeit tropft zurück in den Kolben, und einige bleiben kondensiert an der Innenfläche der Fraktionierkolonne. Lass uns mehr Wärme hinzufügen. Die Temperatur des Ethanols steigt wieder über seinem Siedepunkt. Diesmal ist die Fraktionierkolonne etwas wärmer als zuvor. Der Ethanoldampf kann etwas höher steigen als beim ersten Mal, bevor er wieder kondensiert.

Dieser Vorgang des Erhitzens, Verdampfens, die Säule hinaufsteigen, abkühlen, und das Kondensieren passiert mehrmals; bis der Dampf schließlich den Kopf der Fraktionierkolonne erreicht. Am Kopf der Fraktionierkolonne ist ein Adapter, der die Fraktionierkolonne mit den nächsten Teilen des Aufbaus verbindet. Der Adapter ist normalerweise mit einem Thermometer ausgestattet, damit du die Temperatur am Kopf der Fraktionierkolonne messen kannst. Wenn der Dampf den Kopf der Fraktionierkolonne erreicht, wird er durch den Adapter zu einem langen doppelwandigen Rohr, Kondensator genannt, geleitet. Der Raum zwischen Innen- und Außenwand des Kondensators ist mit kaltem Wasser gefüllt.

Dadurch wird das Ethanol gekühlt und seine Temperatur fällt unter seinen Siedepunkt, es kondensiert also. Das flüssige Ethanol tropft durch den Kondensator nach unten und sammelt sich in einem darunter gestellten leeren Kolben oder Becher. Und was passiert mit dem Wasser? Wenn die Temperatur der Mischung im Kolben steigt, erreicht irgendwann auch das Wasser seinen Siedepunkt. Aber aufgrund des Temperaturgefälles innerhalb der Fraktionierkolonne, steigt der Wasserdampf nicht so schnell in der Säule auf wie der Ethanoldampf.

Am Ende verdunstet das gesamte Ethanol aus unserer Mischung und bewegt sich zum Empfänger, während das Wasser in der ersten Flasche bleibt. Dank fraktionierter Destillation wurden die Zutaten des Gemisches getrennt!