Bereichernde Destillation

Die Destillation von Gemischen zur Trennung und Reinigung von Substanzen ist eine alte Technik, die der modernen Gesellschaft zugrunde liegt. Es produziert alkoholische Getränke und die Kraftstoffe , die unsere Fahrzeuge antreiben, und hält sogar medizinische Scanner am Laufen. Die Destillation findet sich in der gesamten Industrie.

Die vielen anwendungen der destillation bieten eine reiche quelle von geschichten zu rahmen lehre., Zum Beispiel ist der Wasserkreislauf effektiv ein riesiger Destillationszyklus und kann in viele Stufen der Ausbildung der Schüler eingebunden werden. Gebiete der Welt ohne Zugang zu Süßwasser, die Trinkwasser produzieren müssen, bieten Möglichkeiten, die sozialen und ökologischen Aspekte der Wissenschaft zu diskutieren.

Die Gesellschaft ist in hohem Maße auf raffinierte Rohölprodukte sowie durch fraktionierte Destillation aus der Luft getrennte Stoffe angewiesen, und dies gibt Anlass für Diskussionen über die wirtschaftlichen Aspekte der Destillation., Nützliche Produkte aus der Luft sind Stickstoff, Sauerstoff und die Edelgase, die in der Medizin, Industrie und Forschung ausgiebig eingesetzt werden. Zum Beispiel hält flüssiger Stickstoff gespeicherte biologische Proben kühl, während flüssiges Helium MRT-Scanner bei einer kalten Arbeitstemperatur hält. Sauerstoff und Argon blasen im Grundsauerstoffstahlherstellungsprozess und Kryptonlaser produzieren Mikroelektronik. Dampfdestillation wird auch verwendet, um Verbindungen zu reinigen, die Teil vieler Konsumgüter sind, einschließlich Duftstoffe und Lebensmittel.,

Die Thematisierung in relevanten zeitgenössischen Kontexten hilft den Studierenden, die Anwendbarkeit einer wissenschaftlichen Ausbildung für alle zu schätzen, nicht nur für diejenigen, die eine wissenschaftliche Karriere anstreben.

Aufbauend auf anderen Konzepten

Die Destillation kombiniert zwei grundlegende physikalische Prozesse: Verdampfung und Kondensation. Die Studenten treffen diese Ideen frühzeitig und sie bilden die Grundlage für den Übergang zur fraktionierten Destillation.,

Das Herstellen von Verbindungen zwischen physischen Zustandsänderungen und den alltäglichen Erfahrungen der Schüler kann ihnen helfen, die konzeptionelle Kluft zwischen der makroskopischen Welt und den abstrakten submikroskopischen und repräsentativen Modellen, die wir ihnen beim Aufbau zu helfen versuchen, zu überbrücken. Beispielsweise kann die Verdampfung durch Bezugnahme auf das Trocknen von Pfützen vom Kochen unterschieden werden. Der Badezimmerspiegel nach einer heißen Dusche ist eine alltägliche Begegnung mit Kondenswasser., Darüber hinaus kann das Konzept der Reinigung durch einfache Untersuchungen wie das „Desert Survival Practical“ konsolidiert werden, das die Schüler herausfordert, ihr letztes kostbares Wasser wiederzugewinnen, das vor dem Austrocknen auf den Sand verschüttet wurde.

Die Schüler bauen ein umfassenderes und integrierteres Verständnis des Themas auf, anstatt eine Sammlung isolierter Fakten, indem sie Verbindungen zwischen Konzepten in der Chemie herstellen. Eine Einschränkung des Partikelmodells ist beispielsweise die fehlende Berücksichtigung von Kräften zwischen Partikeln., Dies kann im Zusammenhang mit der Energetik der Destillation diskutiert werden, z.B. warum verschiedene Substanzen unterschiedliche Siedepunkte haben.

Distillation practical work in GCSE specifications

GCSE specification	Practical work
AQA GCSE Chemistry (8462)	Required practical activity 8 – Analysis and purification of water samples from different sources, including pH, dissolved solids and distillation
Edexcel GCSE (9-1) Chemistry	Core practical 2.,td>OCR GCSE (9-1) Twenty First Century Science Chemistry B
WJEC Eduqas GCSE (9-1) Chemistry	Angegeben Praktische Arbeit: SP1B – Trennung von Flüssigkeiten durch Destillation, z.B. ethanol aus Wasser, und durch Papier-Chromatographie

Entwicklung der praktischen Fähigkeiten

Schüler im Alter von 7-11 Jahren können mit digitalen und analogen Thermometern in die Temperaturmessung eingeführt werden. Ein einfaches Experiment mit Blick auf die drei Phasen des Wassers ist eine geeignete Aktivität und kann den Unterschied zwischen Verdampfung und Kochen verstärken. In Schulen, in denen die praktische Arbeit durch Mangel an Ausrüstung begrenzt ist, könnte ein heiterer Robinson-Stil verwendet werden., Zum Beispiel gibt die Herstellung einer einfachen Solaranlage zur Herstellung von destilliertem Wasser auf dem Schulgelände den Schülern einen relevanten Kontext, um ihr Verständnis zu festigen.

Im Alter von 11-14 Jahren können die Schüler eine einfache Destillation von Kupfersulfatlösung unter Verwendung von Seitenarm-Kochröhrchen oder konischen Flaschen/Kochröhrchen durchführen, wobei das Förderrohr durch einen Bung geführt wird. Die Vorteile einer farbigen Lösung sind das farblose Destillat und die vertiefende Farbe der ursprünglichen Lösung, wenn der gelöste Stoff konzentrierter wird.,

Ob eine Flüssigkeit rein ist, könnte durch Messung ihres Siedepunktes untersucht werden, obwohl die Siedepunkthöhe tendenziell gering ist. Ein einfaches Leitfähigkeitsmessgerät kann die relative Reinheit des Destillats gegenüber der ursprünglichen Lösung nachweisen. Eine Demonstration der Höhe des Siedepunkts kann besser sein. Eine gesättigte Zucker-Wasser-Lösung hat einen Siedepunkt von etwa 110°C. Die Schüler können die Siedetemperatur von einem digitalen Thermometer oder Datenlogger klarer sehen. Diese Demonstration hat den zusätzlichen Vorteil, die sehr hohe Löslichkeit von Zucker zu zeigen., Aus der resultierenden konzentrierten Zuckerlösung können Zuckerkristalle hergestellt werden, die mit der Kristallisation als Trenntechnik in Verbindung stehen.

Während einfache Destillation relativ einfach einzurichten ist, brauchen vernünftige Ergebnisse Geduld von den Schülern.,ittle kondensation

Wickeln sie die lieferung rohr in tissue angefeuchtet mit eis-kalten wasser Starke gerüche emittiert von fraktionen, wenn destillieren organische mischungen Halten die sammeln rohre in eis-wasser, und bung sobald sammlung abgeschlossen ist

Erweiterte praktische destillation

Fortgeschrittenere Lernende im Alter von 14-16 Jahren können einfache Destillationen wiederholen, um das Verständnis und die Fähigkeiten zu festigen, zum Beispiel mit einer Fluoresceinlösung, die mit dem Abdestillieren des farblosen Wassers lebendiger grün wird., Eine einfache fraktionierte Destillation kann mit synthetischem Rohöl durchgeführt werden. Eine Fraktionierungssäule wird nicht benötigt, da die verschiedenen Komponenten ausreichend unterschiedliche Siedepunkte aufweisen (>25°C zwischen dem Siedepunkt jeder Fraktion). Ebenso können Sie Limonen aus Orangenschale oder anderen duftenden Verbindungen destillieren .

Da es unwahrscheinlich ist, dass Schulen über ein ausreichendes Kit verfügen oder dass Unter 16-Jährige Quickfit-Glaswaren verarbeiten möchten, demonstrieren Sie stattdessen die Destillation mit einem Liebig-Kondensator ., Die fraktionierte Destillation von synthetischem Rohöl mit einer Fraktionierungssäule könnte auch als Teil einer allgemeinen Diskussion über verschiedene Methoden zur Erzielung ähnlicher Ergebnisse gezeigt werden.

Im Alter von 16-18 Jahren wird von den Schülern eine einfache Destillation mit QuickFit-Apparaten erwartet. Dies geschieht üblicherweise im Zusammenhang mit Reinigungsprodukten oder Zwischenprodukten in der organischen Synthese., Wenn die Geräte verfügbar sind, könnten die Schüler auch eine Fraktionierung Spalte mit einer einfachen Mischung, zB propan-1-ol (bp 97°C) und 2-methyl-propan-1-ol (bp 108°C). Darüber hinaus sollten die Schüler die Möglichkeit haben, Heizmäntel zu verwenden, falls verfügbar. Im Grundstudium sind Aluminiumheizblöcke (z. B. DrySyn-Blöcke) auf Heizplatten die gebräuchlichste Heizmethode. Heutzutage werden Ölbäder selten verwendet.

Viele der Ideen in diesem Artikel werden auch für andere Trenntechniken wie Verdampfung, Kristallisation und Filtration nützlich sein, die in einem späteren Artikel in dieser Serie behandelt werden.

David Paterson ist Chemielehrer an der Aldenham School, Elstree