Enriching distillation

la distillation de mélanges pour séparer et purifier les substances est une technique ancienne, et celle qui sous-tend la société moderne. Il produit des boissons alcoolisées et les carburants qui alimentent nos véhicules , et fait même fonctionner les scanners médicaux. La Distillation se trouve dans toute l’industrie.

les nombreuses utilisations de la distillation fournissent une riche source d’histoires pour encadrer l’enseignement., Par exemple, le cycle de l’eau est en fait un cycle de distillation géant et peut être lié à de nombreuses étapes de l’éducation des étudiants. Les régions du monde qui n’ont pas accès à l’eau douce et qui ont besoin de produire de l’eau potable offrent des occasions de discuter des aspects sociaux et environnementaux de la science.

la société dépend fortement des produits raffinés du pétrole brut, ainsi que des substances séparées de l’air par distillation fractionnée, ce qui donne un contexte pour les discussions sur les aspects économiques de la distillation., Les produits utiles de l’air comprennent l’azote, l’oxygène et les gaz nobles, qui sont largement utilisés en médecine, dans l’industrie et dans la recherche. Par exemple, l’azote liquide maintient les échantillons biologiques stockés au frais tandis que l’hélium liquide maintient les scanners IRM à une température de travail froide. L’oxygène et l’argon soufflent dans le processus de fabrication de l’acier à base d’oxygène et les lasers au krypton produisent de la microélectronique. La distillation à la vapeur est également utilisée pour purifier les composés qui font partie de nombreux produits de consommation, y compris les parfums et les aliments.,

L’encadrement du sujet dans des contextes contemporains pertinents aide les étudiants à apprécier l’applicabilité d’un enseignement des sciences pour tous, pas seulement pour ceux qui recherchent une carrière scientifique.

s’appuyant sur d’autres concepts

La Distillation combine deux processus physiques fondamentaux: l’évaporation et la condensation. Les étudiants rencontrent ces idées très tôt et ils fournissent la base pour la progression vers la distillation fractionnée.,

faire des liens entre les changements d’état physique et les expériences quotidiennes des élèves peut les aider à combler le fossé conceptuel entre le monde macroscopique et les modèles abstraits sub-microscopiques et représentatifs que nous essayons de les aider à construire. Par exemple, l’évaporation peut être distinguée de l’ébullition par référence au séchage des flaques d’eau. Le miroir de salle de bain après une douche chaude est une rencontre quotidienne avec la condensation., De plus, le concept de purification peut être consolidé à l’aide d’enquêtes simples, telles que la « pratique de survie dans le désert » qui met au défi les étudiants de récupérer leur dernière eau précieuse déversée sur le sable avant qu’ils ne se déshydratent.

Les étudiants construisent une compréhension plus complète et intégrée du sujet, plutôt qu’une collection de faits isolés, en faisant des liens entre les concepts en chimie. Par exemple, une limitation du modèle de particules est le manque de prise en compte des forces entre les particules., Cela peut être discuté dans le contexte de l’énergétique de la distillation, par exemple pourquoi différentes substances ont des points d’ébullition différents.

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	Specified Practical Work: SP1B – Separation of liquids by distillation, eg ethanol from water, and by paper chromatography

développer des compétences pratiques

Les élèves âgés de 7 à 11 ans peuvent être initiés à la mesure de la température à l’aide de thermomètres numériques et analogiques. Une expérience simple examinant les trois phases de l’eau est une activité appropriée et peut renforcer la différence entre l’évaporation et l’ébullition. Dans les écoles où le travail pratique est limité par le manque d’équipement, un style plus Heath Robinson pourrait être utilisé., Par exemple, fabriquer un simple alambic solaire pour produire de l’eau distillée sur le terrain de l’école donne aux élèves un contexte pertinent pour consolider leur compréhension.

à l’âge de 11-14 ans, les étudiants peuvent effectuer une simple distillation de solution de sulfate de cuivre à l’aide de tubes d’ébullition à bras latéral ou de flacons coniques / tubes d’ébullition avec le tube de distribution passé à travers une bonde. Les avantages d’une solution colorée sont le distillat incolore et l’approfondissement de la couleur de la solution originale à mesure que le soluté devient plus concentré.,

on pourrait déterminer si un liquide est pur en mesurant son point d’ébullition, bien que l’élévation du point d’ébullition ait tendance à être faible. Un simple conductimètre peut démontrer la pureté relative du distillat par rapport à la solution originale. Une démonstration de l’élévation du point d’ébullition peut-être mieux. Une solution eau-sucre saturée a un point d’ébullition d’environ 110°C. Les élèves pourront voir la température d’ébullition plus clairement à partir d’un thermomètre numérique ou d’un enregistreur de données. Cette démonstration a l’avantage de montrer la très grande solubilité du sucre., Des cristaux de sucre peuvent être produits à partir de la solution de sucre concentrée résultante, ce qui est lié à la cristallisation en tant que technique de séparation.

alors que la distillation simple est relativement simple à mettre en place, les résultats raisonnables nécessitent de la patience de la part des étudiants.,

envelopper le tube de distribution dans un tissu imbibé d’eau glacée fortes odeurs émises par les fractions lors de la distillation de mélanges organiques conserver les tubes collecteurs dans de l’eau glacée et les Bonner dès que la collecte est terminée

distillation pratique avancée

Les apprenants plus avancés, âgés de 14 à 16 ans, peuvent répéter une distillation simple pour consolider leur compréhension et leurs compétences, par exemple avec une solution de fluorescéine, qui devient plus vivement verte à mesure que L’eau incolore se distille., Une distillation fractionnée Simple peut être effectuée à l’aide de pétrole brut synthétique. Une colonne de fractionnement n’est pas nécessaire car les différents composants ont des points d’ébullition suffisamment différents (>25°C entre le point d’ébullition de chaque fraction). De même, les classes peuvent distiller du limonène à partir de la peau d’orange ou d’autres composés parfumés .

comme il est peu probable que les écoles aient suffisamment de kit ou le désir pour les moins de 16 ans de manipuler la verrerie Quickfit, faites plutôt la démonstration de la distillation à l’aide d’un condenseur Liebig ., La distillation fractionnée de pétrole brut synthétique avec une colonne de fractionnement pourrait également être présentée dans le cadre d’une discussion générale sur les différentes méthodes permettant d’obtenir des résultats similaires.

à 16-18 ans, les étudiants sont censés effectuer une distillation simple avec un appareil QuickFit. Ceci est généralement dans le contexte de produits de purification ou d’intermédiaires en synthèse organique., Si l’équipement est disponible, les étudiants pourraient également utiliser une colonne de fractionnement avec un mélange simple, par exemple propan-1-ol (bp 97°C) et 2-méthyl-propan-1-ol (bp 108°C). De plus, les étudiants devraient avoir la possibilité d’utiliser des manteaux de chauffage si disponibles. Au premier cycle, les blocs chauffants en aluminium (par exemple les blocs DrySyn) sur les plaques chauffantes sont la méthode de chauffage la plus courante. De nos jours, les bains d’huile sont rarement utilisés.

de nombreuses idées de cet article seront également utiles pour d’autres techniques de séparation, telles que l’évaporation, la cristallisation et la filtration, qui seront traitées dans un article ultérieur de cette série.

David Paterson est professeur de chimie à Aldenham School, Elstree