Физика повседневности. От мыльных пузырей до квантовых технологий

Дистилляция – метод алхимиков

Алхимики были предшественниками современных химиков. Одно из их блестящих изобретений – дистилляция, которая позволяет производить крепкие напитки из вина, или, в более общем плане, разделять жидкую смесь на отдельные компоненты. Рассмотрим илл. 7: при заданной температуре, например 85 °C, вещество в газообразном состоянии, находящееся в равновесии с жидкостью, оказывается намного более насыщенным спиртом. Чтобы увеличить крепость жидкости (например, вина), достаточно просто нагреть его и позволить образовавшемуся пару уйти в холодную емкость, где он сконденсируется. Для практической реализации этого процесса используют так называемый перегонный куб (см. илл.). Например, если постепенно нагревать водно-этаноловую смесь с молярной долей спирта 0,2, то она начинает испаряться при 83,5 °C. Молярная доля спирта в паре уже составит 0,54, и такое же значение будет уже в первых каплях дистиллята. По мере того как испарение продолжается, температура смеси увеличивается и алкоголя становится меньше в обеих фазах, следовательно, уменьшается и концентрация алкоголя в собранной жидкости. Поэтому процесс следует вскоре остановить, пока пар все еще насыщен спиртом.

После первой дистилляции вина получают довольно крепкий самогон. Путем нескольких перегонок получают все более и более концентрированный раствор. Однако его концентрация не может превысить концентрации азеотропной смеси в 96°, или молярной доли 90 %. Для последней пар имеет тот же состав, что и жидкость: восстановленный дистиллят при этом имеет ту же концентрацию, что и нагретый раствор. Применение перегонки не ограничивается производством ликеров: например, в Провансе распространены эфирномасличные предприятия по обработке лаванды. Ароматные эфирные масла, содержащиеся в растении, посредством водяного пара концентрируются в перегонном кубе, что и позволяет их извлечь.

Принцип дистилляции в перегонном кубе. Сначала нагревают емкость с подлежащей перегонке смесью (например, вином). В верхней части емкости концентрируется насыщенный спиртами пар. Затем этот пар постепенно охлаждается в окруженном холодной водой змеевике. В результате на конце змеевика накапливается жидкость – дистиллят

А что произойдет, если поставить в морозильник бокал вина, в котором концентрация этанола намного ниже? В этом случае вино перейдет в состояние, похожее на твердое тело, однако, надавив на него пальцем, вы убедитесь, что это не совсем так. На самом деле это множество ледяных зерен, окруженных более концентрированным по сравнению с вином раствором алкоголя. Эта жидкость прилипает к зернам льда, и ее нелегко отделить. Поэтому кристаллизация не является удобным способом повысить концентрацию алкоголя в напитке – предпочтительнее дистилляция.