Les substances naturelles précieuses se présentent souvent sous la forme de mélanges contenant à la fois des composants souhaitables et indésirables. Par exemple, le pétrole brut comprend différents types d'hydrocarbures qui conviennent à différentes applications de combustible, l'eau de mer a une teneur élevée en sel et le minerai de fer contient des impuretés minérales en plus du fer utilisable. Au cours des siècles, les gens ont développé de nombreuses façons de raffiner ou de purifier les matériaux naturels. La distillation simple et la distillation fractionnée sont deux variantes d'une technique de base pour séparer les différents composants d'un liquide.
Vapeurs et évaporation
La relation entre température et évaporation est essentielle à la compréhension de la distillation simple et fractionnée . Quand un liquide est dans un récipient ouvert, l'atmosphère exerce une pression vers le bas sur la surface du liquide. Cette pression atmosphérique contrecarre la pression de vapeur du liquide, qui est créée par l'énergie cinétique des molécules qui s'évaporent de la surface du liquide. Lorsque la température du liquide augmente, l'énergie cinétique moléculaire moyenne augmente également; plus de molécules s'évaporent, conduisant à une pression de vapeur plus élevée. L'ébullition se produit lorsque les molécules peuvent s'évaporer librement parce que le liquide a atteint une température à laquelle la pression de vapeur est égale à la pression atmosphérique.
Séparation simple
Différents composés ont des températures d'ébullition différentes. De même, à une température donnée, différents composés auront des pressions de vapeur différentes. Si un mélange liquide de différents composés est chauffé dans un récipient fermé, la composition de la vapeur piégée au-dessus du liquide reflétera ces différences. La vapeur contiendra plus de molécules de composés ayant une pression de vapeur plus élevée et moins de molécules de composés ayant une pression de vapeur plus faible. Un composé ayant une température d'ébullition très élevée par rapport aux autres composés du mélange sera presque absent de la vapeur, et les solides dissous non volatils, tels que le sel, resteront comme sédiment dans le récipient chauffé. La distillation simple consiste à recueillir cette vapeur et à la refroidir afin qu'elle se condense en un liquide. Une distillation simple sépare les composants d'un mélange liquide parce que le liquide condensé contient une proportion plus élevée de composés à plus forte pression de vapeur et que le liquide d'origine contient une proportion plus élevée de composés à pression de vapeur inférieure.
Dilemme de distillation Une distillation simple modifie la proportion de composés dans les deux derniers liquides, mais ne permet pas une séparation complète. Le processus peut être répété pour obtenir des degrés de séparation de plus en plus élevés, mais cela est aussi un gaspillage parce que pendant chaque procédure de distillation, certaines molécules s'échappent dans l'atmosphère et certaines restent comme résidu dans l'équipement de distillation. La distillation fractionnée répond à ce dilemme - améliorer la distillation simple en obtenant des degrés de séparation plus élevés dans une seule procédure de distillation.
Une colonne, évaporations multiples
La principale différence entre la distillation fractionnée et la distillation simple est l'ajout d'une colonne de fractionnement entre le récipient chauffé et l'endroit où la vapeur se condense. Cette colonne est remplie de matériaux, tels que des fils métalliques minces ou des billes de verre, qui favorisent la condensation, car ils ont une grande surface. Lorsque les vapeurs montent à travers la colonne de fractionnement, elles se condensent en liquide sur les surfaces plus froides de ces matériaux. Les vapeurs chaudes qui montent d'en bas provoquent l'évaporation de ce liquide, puis il se condense à nouveau, puis il s'évapore à nouveau, etc. Chaque évaporation produit de la vapeur avec une proportion plus élevée de molécules ayant une pression de vapeur plus élevée. Ainsi, la distillation fractionnée réalise une séparation supérieure avec moins de perte de matière, car une procédure est équivalente à plusieurs tours de distillation simple.
