Olejki eteryczne to zawarte w roślinach mieszaniny różnych związków chemicznych, które mogą występować we wszystkich częściach rośliny (kwiatach, liściach, łodygach, korzeniach, owocach). Są to bardzo lotne i niezwykle wonne substancje, które mają kilka dość ciekawych właściwości. Ponadto tym eksperymentem możemy udowodnić współ domownikom, że chemia to nie tylko nieprzyjemne zapachy :)

O olejkach eterycznych słów kilka
W skład olejków wchodzą najczęściej terpenowane węglowodory, alkohole, fenole, ich estry lub dalsze pochodne. Gęstość właściwa większości olejków jest mniejsza niż wody. W temperaturze pokojowej olejki mają zwykle konsystencję płynną, rzadziej mazistą, a wyjątkowo zestalają się (olejek anyżowy). Najczęściej są bezbarwne, ale mogą być lekko żółte, brunatnawe, błękitne i zielone. Bardzo słabo rozpuszczają się w wodzie, natomiast stosunkowo łatwo rozpuszczają się w tłuszczach, rozpuszczalnikach organicznych oraz innych olejkach eterycznych. Olejki są optycznie czynne - prawo- i lewoskrętne. Temperatury wrzenia mieszczą się zwykle w przedziale 150-300^oC.
Olejki wytwarzane są w wyspecjalizowanych tkankach wydzielniczych roślin. W komórce powstają tylko w cytoplaźmie i są one uważane za końcowe produkty przemiany materii.

Separacja z tkanek roślinnych
By móc korzystać z dobrodziejstw danych nam przez naturę w postaci pięknie pachnących olejków musimy je jakimś sposobem wydobyć ze struktur roślinnych. Sposobów na to jest conajmniej kilka ale w tym eksperymencie zajmę się metodą: destylacji z parą wodną.
Wiele związków chemicznych, w tym właśnie olejki podczas normalnej destylacji uległo by rozkładowi w zbyt wysokiej temperaturze. Aby możliwe było ich oddestylowanie, należy wykonywać ten proces w niższej temperaturze, co jest możliwe w metodzie z parą wodną. Opiera się ona na prawie Daltona, które mówi, że całkowita prężność pary nad mieszaniną niejednorodną stanowi sumę prężności par składników mieszaniny, niezależnie od ilościowego stosunku składników. Z tego wynika, że dopóki istnieją obie fazy ciekłe, destylat będzie miał stały skład, a temperatura wrzenia będzie niższa niż każdego ze składników osobno. Stosuje się więc tę metodę do destylacji cieczy lub ciał stałych (niskotopliwych) o wysokich temperaturach wrzenia lub do wydzielania lotnego z parą wodną składnika ze złożonych mieszanin.

Praktyczne wykonanie
By przeprowadzić destylację musimy zestawić aparaturę wg. schematu poniżej:

W zbiorniku oznaczonym numerem 1 będziemy wytwarzać parę wodną, którą podamy szklaną rurką do kolby nr 2 w której będzie znajdował się przygotowany materiał roślinny z wodą. Wydzielone z materiału pary wraz z nie skondensowaną parą wodną przechodzą do chłodnicy (nr 3) gdzie ulegają skropleniu i zbierają się w odbieralniku (nr 4).

Na zdjęciu powyżej przedstawiłem moją wytwornicę pary składającą się z kolby napełnionej wodą, płaszcza grzejnego i regulatora mocy grzałki.

A tu zdjęcie prawie kompletnego zestawu bez odbieralnika skroplin. Kiedy aparatura jest już gotowa możemy rozpocząć grzanie kolby z wodą pod warunkiem, że wcześniej odpowiednio przygotowaliśmy materiał roślinny.

Olejki są zamknięte w strukturze tkanki roślinnej i samym podgrzaniem bardzo trudno było by je stamtąd usunąć, musimy więc najpierw mechanicznie rozbić tkanki. Na początek wziąłem pod nóż cytryny i jako że akurat tego dnia nie miałem zbyt wiele czasu po prostu starłem skórkę z całej cytryny na zwykłej tarce kuchennej. Co prawda nie jest to należyte przygotowanie materiału, ale na pewno duża część komórek została uszkodzona co umożliwi oddestylowanie przynajmniej części pożądanej substancji.

Następną czynnością jest przeniesienie już mocno pachnącego materiału do kolby i zalanie go wodą o temperaturze ok. 70 ^oC. Optymalnym rozwiązaniem jest umieszczenie tej kolby w oddzielnym płaszczu grzejnym ze sterownikiem mocy oraz kontrolą temperatury wewnątrz kolby. Ja na razie uprościłem aparaturę wstępnie ogrzewając wodę dodaną do rozdrobnionego materiału by nie skropliło się tu na początku zbyt dużo wody z kolby będącej źródłem pary. W dalszej fazie destylacji strumień pary powinien już utrzymać właściwą temperaturę.

Wprowadzana do kolby gorąca para energicznie miesza i ogrzewa zawiesinę skórek cytrynowych w wodzie. Wypłukane olejki odparowują i razem z pozostałą parą wodną trafiają do chłodnicy gdzie ulegają skropleniu i spływają do odbieralnika.

We wstępie napisałem już, że olejki eteryczne nie mieszają się z wodą i mają od niej mniejszą gęstość. Jest to dla nas rewelacyjna właściwość bo w odbieralniku mamy już gotową substancję nie wymagającą szczególnych zabiegów mających na celu oddzielenie jej od czynnika pomocniczego czyli wody. Nasz olejek tworzy warstewkę na powierzchni skroplonej pary wodnej.

Po przelaniu cieczy z odbieralnika do menzurki dokładnie widać granicę faz oraz ilość otrzymanego produktu. Z jednej dużej cytryny otrzymałem 0,5 cm³ olejku eterycznego. Na pewno jest go tam sporo więcej ale jak już wspomniałem dość znacząco uprościłem proces więc i efekt na pewno jest mocno zaniżony.

Na tym z kolei zdjęciu możemy zaobserwować znaczną różnicę gęstości otrzymanego olejku i wody.

I jeszcze mały test palności - olejki eteryczne należą do grupy substancji wysoce łatwopalnych. Nasączony papierek zapalił się natychmiast i spalił w ułamku sekundy bardzo jasnym i mocno kopcącym płomieniem.

Olejek pomarańczowy - proces destylacji "bez uproszczeń".
Na początku zajmiemy się pozyskaniem odpowiedniego materiału do eksperymentu, akurat jest zima więc zakup kilku pomarańczy będzie bardzo dobrym pomysłem bo są one bogate w witaminę C. W wiadomy sposób pozbywamy się ich wnętrz a skórki, które normalnie wyrzucamy oddzielamy od gąbczastej substancji, która znajduje się pomiędzy miąższem a zewnętrzną jej warstwą.

Następnie ogolone skórki kroimy na desce w małą kostkę, wsypujemy do małego pojemnika i mrozimy. Jest to dobry pomysł tym bardziej, że nie musimy spożywać jednocześnie kilku pomarańczy :). Do pojemnika możemy sukcesywnie dosypywać nową porcję pokrojonych skórek.

Celem mojego eksperymentu jest oprócz destylacji olejku także określenie ile go w jednej pomarańczy jest. Zamroziłem więc skórki tylko z dwóch dużych pomarańczy. Gdy nasza mrożonka jest już gotowa przesypujemy ją do dużej zlewki, dolewamy trochę ciepłej wody i miksujemy blenderem na rzadką, jednolitą papkę.

Wydajność destylacji będzie w bardzo dużym stopniu zależała od tego jak mocno uda nam się rozdrobnić materiał - im bardziej będzie rozdrobniony tym więcej komórek z olejkiem otworzymy.

Po potraktowaniu blenderem raczej nikt nie był by w stanie rozpoznać co znajduje się w zlewce. Tak przygotowane skórki nadają się już do destylacji więc odstawiamy je na bok i zajmujemy się aparaturą destylacyjną.

Sam układ nie różni się niczym od tego zastosowanego przy destylacji skórek cytrynowych, dodałem jedynie sondy dokonujące pomiaru temperatury zawiesiny skórek w wodzie (T1) i par przy wylocie z kolby (T2). Pomiary te pozwolą nam naocznie zaobserwować Prawo Daltona oraz pokażą kiedy destylacja dobiegnie końca. Dodałem też mieszadło magnetyczne z płytą grzejną, które zapewni równomierny rozkład temperatury oraz podgrzeję mieszaninę przed przystąpieniem do wdmuchiwania pary.

Ładujemy wcześniej przygotowaną papkę do kolby i dolewamy niewielką ilość wrzątku tak by płyn wypełnił kolbę w 2/3 jej objętości i zaczynamy mieszanie oraz wstępne ogrzewanie. Pamiętajmy by nie wlewać więcej cieczy bo w trakcie destylacji spora część pary skropli się w kolbie i może dojść do tego że będziemy musieli przerwać destylacje bo w kolbie nie będzie już miejsca.

Gdy temperatura w kolbie przekroczyła 70^oC rozpocząłem wdmuchiwanie pary wodnej i wyłączyłem bezpośrednie podgrzewanie.

Niestety olejki zaczęły się skraplać w nieodpowiednim miejscu i wracały do kolby, postanowiłem trochę ją zaizolować.

Po wykonaniu prowizorycznej izolacji termicznej sytuacja się zmieniła - temperatura wzrosła a olejki wykraplały się we właściwym miejscu czyli w chłodnicy. W tym właśnie miejscu zaobserwowałem wspomniane wcześniej prawo - temperatura rosła, ale w pewnym momencie zatrzymała się na poziomie 94 ^oC i nie podniosła się przez dłuższy czas nawet trochę.

Dopiero gdy prawie cały olejek został oddestylowany i znalazł się w odbieralniku temperatura zaczęła wzrastać.

Okazuje się, że Dalton naprawdę miał rację, dopóki w mieszaninie istniały dwie fazy: woda i olejki eteryczne temperatura pozostawała stała na niższym poziomie. Dopiero po usunięciu olejku temperatura dalej zaczęła wzrastać. Gdybyśmy zastosowali tu zwykłe podgrzewanie dostarczali byśmy dużo energii w jednostce czasu a to spowodowało by szybkie przegrzanie mieszaniny i rozpad olejków.

W odbieralniku olejek pływa po wodzie, by go oddzielić i zmierzyć jego objętość w menzurce do pipety dołączyłem strzykawkę by ustami nie zasysać par.

Przypomnę tylko, że do eksperymentu użyłem skórek z dwóch pomarańczy, uzyskałem z nich 2,2 cm³, czyli z jednej pomarańczy możemy uzyskać ok. 1,1 cm³ pięknie pachnącego olejku.

Gdy przymierzałem się do tego eksperymentu myślałem, że w jednym owocu tych olejków jest naprawdę bardzo mało, prawdę mówiąc to myślałem, że uzyskam choć kilka kropel. Teraz to mi bardzo szkoda tych wszystkich wyrzuconych do kosza skórek, tym bardziej że ich ceny są wysokie.
Ponadto to co kupujemy w większości sklepów naprawdę nie może się równać z tym co oddestylowałem. Gdy dodałem kilka kropel do ultradźwiękowego nawilżacza natychmiast w całym domu był wyczuwalny silny zapach pomarańczy.