Die Destillation ist eine weit verbreitete Trenntechnik, bei der die Bestandteile eines Gemischs aufgrund der unterschiedlichen Siedepunkte getrennt werden.Allerdings lassen sich nicht alle Stoffe durch Destillation wirksam trennen.Zwei Stoffe, die durch Destillation nicht getrennt werden können, sind solche, die ein Azeotrop bilden oder sehr ähnliche Siedepunkte haben.Azeotrope sind Gemische aus zwei oder mehr Flüssigkeiten, die während der Destillation eine konstante Zusammensetzung und einen konstanten Siedepunkt aufweisen, was eine Trennung unmöglich macht.Darüber hinaus können Stoffe mit nahezu identischen Siedepunkten aufgrund überlappender Dampfdrücke nicht durch einfache Destillation getrennt werden.Diese Einschränkungen ergeben sich aus den physikalischen Eigenschaften der Stoffe und dem Destillationsverfahren selbst.
Die wichtigsten Punkte werden erklärt:
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Azeotrope und ihre Eigenschaften:
- Ein Azeotrop ist ein Gemisch aus zwei oder mehr Flüssigkeiten, die durch einfache Destillation nicht getrennt werden können, weil sie bei derselben Temperatur sieden und sowohl in der Flüssigkeits- als auch in der Dampfphase eine konstante Zusammensetzung aufweisen.
- Ein gängiges Beispiel sind Ethanol-Wasser-Gemische, die ein Azeotrop mit etwa 95,6 Volumenprozent Ethanol und 4,4 Volumenprozent Wasser bilden.Dieses azeotrope Gemisch siedet bei 78,2 °C und macht es unmöglich, reines Ethanol durch einfache Destillation zu gewinnen.
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Stoffe mit ähnlichen Siedepunkten:
- Die Destillation beruht auf dem Unterschied zwischen den Siedepunkten der Komponenten.Wenn zwei Stoffe sehr nahe beieinander liegende Siedepunkte haben (z. B. innerhalb weniger Grad), überschneiden sich ihre Dampfdrücke erheblich, was eine Trennung schwierig oder unmöglich macht.
- So ist beispielsweise die Trennung von Benzol (Siedepunkt: 80,1 °C) und Cyclohexan (Siedepunkt: 80,7 °C) durch einfache Destillation aufgrund ihrer nahezu identischen Siedepunkte schwierig.
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Beschränkungen der Destillationstechniken:
- Molekulare Destillation:Fortgeschrittene Techniken wie die Molekulardestillation können zwar mit hitzeempfindlichen Stoffen umgehen, sind aber, wie in der Referenz erwähnt, durch eine geringe Trennleistung und zeitaufwändige Verfahren eingeschränkt.
- Kurzweg-Destillation:Diese Methode ist für bestimmte Anwendungen effizient, kann aber aufgrund des geringen Abstands zwischen Verdampfungs- und Aufnahmekolben flüchtige Bestandteile verlieren, was ihre Wirksamkeit bei der Trennung bestimmter Gemische weiter einschränkt.
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Alternative Trennungsmethoden:
- Für azeotrope Gemische sind Techniken wie die azeotrope Destillation (unter Verwendung einer dritten Komponente zur Aufspaltung des Azeotrops) oder die Extraktivdestillation erforderlich.
- Für Stoffe mit ähnlichen Siedepunkten können fraktionierte Destillation oder chemische Trennverfahren erforderlich sein.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Destillation azeotrope Gemische oder Stoffe mit nahezu identischen Siedepunkten aufgrund der inhärenten Eigenschaften dieser Gemische und der Grenzen der Destillationstechniken nicht trennen kann.Für solche Trennungen sind fortgeschrittene oder alternative Methoden erforderlich.
Zusammenfassende Tabelle:
| Substanztyp | Grund für die Untrennbarkeit | Beispiel |
|---|---|---|
| Azeotrope | Konstante Zusammensetzung und Siedepunkt während der Destillation | Ethanol-Wasser-Gemisch (95,6% Ethanol, 4,4% Wasser) |
| Ähnliche Siedepunkte | Überlappende Dampfdrücke aufgrund nahezu identischer Siedepunkte | Benzol (80,1°C) und Cyclohexan (80,7°C) |
| Alternative Methoden | Azeotrope Destillation, extraktive Destillation, fraktionierte Destillation, chemische Methoden | Verwendung einer dritten Komponente zum Aufbrechen von Azeotropen oder Anwendung fraktionierter Methoden |
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