Здесь я разбираю простое, но не всегда очевидное различие: собрать фракции в разные сосуды — ещё не значит полностью отделить их друг от друга. Жидкости уже разлиты по своим пробиркам или колбам, а газовые полости над ними могут оставаться сообщающимися. Номер на приёмнике удобен для учёта, но перегородкой для пара он не работает.
В книге под редакцией Вайсбергера описаны устройства, в которых меняют положение подводящей трубки относительно приёмников или перемещают сами приёмники. Среди примеров — «паук» и несколько пробирок в общем эвакуируемом объёме. На схеме я оставляю только существенное для этого разговора: раздельные жидкости и общую газовую область над ними.
Как состав меняется после разделения жидкости
Летучий компонент может покинуть поверхность одной фракции, перейти в сообщающееся паровое пространство и затем попасть в другую жидкость. Поэтому отсутствие перелива или прямой капельной перемычки ещё не исключает обмен веществом. Я рассматриваю этот путь отдельно от жидкого уноса из куба и от послестекания общего конденсатора: разделение может ухудшаться уже в приёмниках, после прохождения колонны.
Для такого переноса жидкости не обязательно кипеть. Молекулы переходят между жидкостью и паром и при более низкой температуре; при динамическом равновесии этот обмен тоже не прекращается. Однако наличие встречных молекулярных потоков ещё не говорит, каков результирующий перенос. Для отдельного компонента я сопоставляю его парциальное давление в газе с равновесным давлением над данной жидкостью при её температуре и составе. Если жидкости различаются, общее паровое пространство не обязано быть равновесным сразу с каждой из них.
Когда разделённые фракции снова обмениваются веществом
В книге под редакцией Вайсбергера отдельно отмечен обмен парами низкокипящих жидкостей между сообщающимися приёмниками. То же ограничение обсуждает Физер в описании трёх приёмников с общим паровым пространством, одновременно отмечая удобство устройства. Я вижу здесь не общий запрет на многопозиционный сборник, а вполне определённый вопрос: насколько важно в данной задаче сохранить состав каждой собранной порции.
По одному наличию общего объёма я не берусь определять, насколько изменится состав. Для этого нужны свойства компонентов, температуры фракций, продолжительность пребывания и реальные связи газовых полостей. Работающий вакуумный тракт дополнительно отводит пар и меняет его движение. Поэтому открытая газовая связь означает возможность переноса, но не доказывает ни равновесия всей системы, ни неизбежного полного смешения собранных фракций.
Если требуется сохранить состав отдельных порций, я смотрю не только на число приёмников, но и на то, какие из них продолжают сообщаться и когда прекращается их газовая связь. Приёмник с действительной вакуумной изоляцией и набор пробирок под общим колпаком решают эту часть задачи по-разному. Порядок переключения определяется уже конкретной конструкцией, а не названием «сборник фракций».
Связи
Связанный аппарат или принцип: Поворотный желобчатый распределитель продукта.
Связанный аппарат или принцип: Попеременные приёмники дистиллята с вакуумной изоляцией.
Источники и материалы
Источники
- «Перегонка» / под ред. А. Вайсбергера, 1954. Раздел о приёмниках дистиллята, с. 400–405: «паук», пробирки в общем объёме и обмен парами низкокипящих фракций.
- Fieser L. F. Experiments in Organic Chemistry. 2nd ed., 1941, с. 246: сообщающиеся приёмники и обмен парами низкокипящих фракций.
- OpenStax. Chemistry: Atoms First 2e, § 10.3, Vaporization and Condensation, динамическое равновесие жидкости и пара.
- OpenStax. College Physics 2e, § 13.6, испарение ниже температуры кипения и роль парциального давления на примере воды.