Trennverfahren – Destillation

Destillation – Chemie

Oft begegnen uns Stoffgemische im Alltag, ohne dass wir diese als ein Gemisch aus Stoffen wahrnehmen. Das passiert uns besonders bei homogenen Stoffgemischen, da uns diese einheitlich erscheinen wie ein einziger Stoff. Beispiele aus unserer Umwelt kennst du sicherlich viele: Luft, Meerwasser, Tee. Aber wusstest du auch, dass man aus diesen homogenen Stoffgemischen wieder einzelne Verbindungen abtrennen kann?

So ist es beispielsweise möglich, aus Meerwasser Trinkwasser zu gewinnen. Dazu muss das gelöste Salz entfernt werden. Ein Verfahren, das dabei zum Einsatz kommt, ist die Destillation. Sie gehört zu den chemischen Trennverfahren. Doch was ist Destillation eigentlich genau?

Vorwissen: Um den folgenden Inhalt zu verstehen, solltest du die Aggregatzustände und die zugehörigen Zustandsänderungen kennen.

Destillation – Definition

In Destillation steckt das lateinische Wort stilla für Tropfen und daraus abgeleitet destillare, was so viel wie herabtröpfeln bedeutet. Wir haben es hierbei also mit Flüssigkeiten zu tun.

Im chemischen Sinn bezeichnet Destillation ein thermisches Verfahren zur Trennung von flüssigen Gemischen.

Einfach erklärt wird bei der Destillation ein flüssiges Stoffgemisch erwärmt, bis die Siedetemperatur einer der enthaltenen Verbindung erreicht ist und jene Verbindung gasförmig wird (verdampft). Trennt man nun diesen gasförmigen Anteil vom flüssigen Rest und lässt ihn an anderer Stelle wieder abkühlen und somit kondensieren, haben wir ihn vom Gemisch entfernt, also destilliert. Die einfachen Prinzipien, die hinter dem Prozess der Destillation stecken, beruhen also auf den unterschiedlichen Siedetemperaturen der gelösten Stoffe.

Destillation – Prinzip

Diesen Vorgang kann man ganz einfach selbst nachvollziehen, indem man ein flüssiges Stoffgemisch erwärmt und den zuerst siedenden Anteil an einer kalten Glasplatte wieder kondensieren lässt. Kochst du Salzwasser in einem Topf, kannst du beobachten, wie der Wasserdampf am kälteren Topfdeckel wieder kondensiert. So hast du reines Wasser aus deiner Salzwassermischung abgetrennt, denn das Salz verbleibt im Topf. Bei der Destillation kann man die kondensierte Flüssigkeit dann in einem zweiten Glasgefäß auffangen. In der Industrie und in den Laboren geschieht dies natürlich professioneller in komplex aufgebauten Anlagen. Dabei ist es wichtig, dass die dazu verwendete Apparatur weitgehend geschlossen ist, da man sonst größere Mengen der gasförmigen Stoffe verlieren würde. Weitgehend heißt jedoch nicht vollständig: Da das Volumen der gasförmigen Bestandteile größer als das der Flüssigkeiten ist, benötigt man immer eine kleine Öffnung zum Druckausgleich, da es sonst zum Sprengen der Apparatur kommen könnte.

Der zweite wichtige Punkt ist die möglichst präzise Einstellung der Temperatur. Dies spielt vor allem eine Rolle, wenn die Siedetemperaturen der einzelnen Bestandteile sehr dicht beieinanderliegen.

Destillation – Prozess

In der Abbildung siehst du eine einfache Destillationsapparatur, die dir vielleicht aus dem Chemieunterricht bekannt ist. Die grundlegenden Prinzipien der Destillation kann man hier ganz leicht nachvollziehen.

Das homogene Gemisch auf der linken Seite wird erhitzt, bis der Siedepunkt des am leichtesten zu verflüchtigenden Bestandteils erreicht ist. Dazu ist es natürlich notwendig, vorher die einzelnen Siedetemperaturen der enthaltenen Stoffe zu kennen. Man stellt also in der Temperaturregelung die geringste Siedetemperatur ein, um die flüchtigste Komponente zuerst abzutrennen. Dabei werden permanent Temperatur und Masse des Gemischs überwacht und dokumentiert. Bei Erreichen dieses Siedepunkts geht nun also die erste Komponente in den gasförmigen Zustand über und verteilt sich in der Apparatur. So gelangt sie auch in den Liebigkühler. Dies ist eine doppelwandige, an beiden Seiten offene Röhre. Das Gas gelangt nun in den inneren Bereich, während in der äußeren Zone eine Wasserkühlung durchläuft. Diese Temperaturabsenkung bringt den gasförmigen Stoff zum Kondensieren. Er wird wieder flüssig. Durch die leichte Neigung der Röhre fließt dann das abgetrennte Destillat nach unten und wird im rechten Kolben aufgefangen. Befinden sich mehrere verschiedene Bestandteile im homogenen Gemisch, kann nun das erste Destillat entfernt werden und im Anschluss kann der Vorgang mit dem nächsthöheren Siedepunkt wiederholt werden, bis alle Stoffe abgetrennt wurden.

Destillation – Entwicklung und Beispiele

Das Wissen um den Destillationsvorgang wird wahrscheinlich bereits seit über 7.000 Jahren genutzt. Schon in Mesopotamien wurden so Parfüme und ätherische Öle hergestellt. Auch Aristoteles beschrieb 400 v. Chr. die Möglichkeit, durch Destillation Meerwasser trinkbar zu machen. Heutzutage gibt es viele verschiedene Arten der Destillation wie die Zonendestillation oder die Überdruckdestillation. Letztere kommt zum Beispiel beim Prozess der Luftverflüssigung (Linde-Verfahren) zum Einsatz. Neben der Entsalzung von Meerwasser sind weitere Anwendungsgebiete die Destillation von Rohöl zur Gewinnung von Bitumen sowie die Destillation von Alkohol. Auch in der Pharmazie ist die Destillation ein wichtiges Verfahren zur Trennung von Stoffgemischen, vor allem um Verunreinigungen zu beseitigen.

Zusammenfassung - Trennverfahren - Destillation

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Dieses Video liefert dir für das Trennverfahren der Destillation eine Erklärung. Es handelt sich dabei um ein thermisches Trennverfahren, das die unterschiedlichen Siedepunkte von einzelnen Verbindungen ausnutzt. Es wird gezeigt, was du mithilfe einer Destillation trennen kannst und welche verschiedenen Apparaturen es gibt. Außerdem erfährst du, welche Vor- und Nachteile die Apparaturen haben. Im Anschluss kannst du nun dein Wissen über die Destillation anhand der interaktiven Übungen und Arbeitsblätter auf die Probe stellen.