Distillation simple: procédé et exemples

La distillation simple est un processus dans lequel les vapeurs produites par un liquide sont dirigées directement vers un condenseur, à l'intérieur desquelles la température des vapeurs chute et où il se produit une condensation.

Il est utilisé pour séparer un composant volatil des composants non volatils présents dans un liquide. Il est également utilisé pour la séparation de deux liquides présents dans une solution à points d'ébullition très différents.

La distillation simple n'est pas une méthode efficace pour séparer deux liquides volatils présents dans une solution. Lorsque la température de celui-ci augmente en même temps que l'apport de chaleur, l'énergie cinétique des molécules augmente également, ce qui leur permet de surmonter la force de cohésion qui les sépare.

Les liquides volatils commencent à bouillir lorsque leur pression de vapeur est égale à la pression externe exercée à la surface de la solution. Les deux liquides contribuent à la composition de la vapeur formée, la présence du liquide le plus volatil étant plus importante; c'est-à-dire celui qui a le point d'ébullition le plus bas.

Par conséquent, le liquide le plus volatil constitue la majeure partie du distillat formé. Le processus est répété jusqu'à atteindre la pureté souhaitée ou la concentration maximale possible.

Procédé de distillation simple

Dans une distillation simple, la température d'une solution est augmentée jusqu'à ce qu'elle atteigne son point d'ébullition. A ce moment, la transition entre les états liquide et gazeux se produit. Ceci est observé quand un bouillonnement constant commence dans la solution.

équipe

Le matériel nécessaire à la distillation simple consiste généralement en un briquet ou une couverture chauffante (voir image); un ballon rond en verre réfractaire à bouche en verre dépoli pour permettre son couplage; et quelques perles de verre (certaines utilisent un bâton en bois) pour réduire la taille des bulles formées.

Les billes de verre servent de noyaux formant des bulles, ce qui permet au liquide de bouillir lentement, évitant ainsi une surchauffe entraînant la formation d'une sorte de bulle géante; capable même d'éjecter une masse de liquide hors du ballon de distillation.

Un embout en verre réfractaire avec trois buses en verre dépoli est fixé à l’embouchure du ballon. Une bouche est couplée au ballon de distillation, une seconde bouche est couplée au condenseur et la troisième bouche est fermée par l'utilisation d'un bouchon en caoutchouc.

Dans l'image, l'assemblage manque de cet adaptateur; et à la place, à travers le même bouchon en caoutchouc, le thermomètre et un connecteur direct au condenseur sont placés.

Condenseur

Le condenseur est un appareil conçu pour remplir la fonction indiquée par son nom: condenser la vapeur qui se déplace dans son intérieur. Par sa bouche supérieure, il est couplé à l'adaptateur et par sa bouche inférieure, il est relié à un ballon où sont recueillis les produits de la distillation.

Dans le cas de l'image, ils utilisent (bien que ce ne soit pas toujours correct) un cylindre gradué pour mesurer le volume distillé en une fois.

L'eau qui circule dans l'enveloppe extérieure du condenseur y pénètre par sa partie inférieure et sort par la partie supérieure. Cela garantit que la température du condenseur est suffisamment basse pour permettre la condensation des vapeurs produites dans le ballon de distillation.

Toutes les pièces qui composent l'appareil de distillation sont fixées par des pinces reliées à un support métallique.

Un volume de la solution à soumettre à la distillation est placé dans le ballon rond avec une capacité adéquate.

Les connexions appropriées sont réalisées avec du graphite ou de la graisse pour assurer l’efficacité de l’étanchéité et le chauffage de la solution est initié. Simultanément, le passage de l'eau à travers le condenseur est lancé.

Chauffage

Au fur et à mesure du chauffage du ballon de distillation, on observe une augmentation de la température dans le thermomètre, jusqu'à atteindre un point où la température reste constante. Cela reste le cas même si le chauffage continue; à moins que tout le liquide volatil ne se soit complètement évaporé.

Ce comportement s'explique par le fait que le point d'ébullition du composant du mélange liquide dont le point d'ébullition est bas a été atteint et que sa pression de vapeur est égale à la pression extérieure (760 mm Hg).

À ce stade, toute l’énergie calorique est dépensée lors du passage de l’état liquide à l’état gazeux entraînant l’expiration de la force de cohésion intermoléculaire du liquide. Par conséquent, l'apport de chaleur n'entraîne pas d'augmentation de la température.

Le produit liquide de la distillation est recueilli dans des flacons correctement étiquetés, dont les volumes dépendent du volume initialement placé dans le ballon de distillation.

Des exemples

Distillation d'eau et d'alcool

Il y a une solution à 50% d'alcool dans l'eau. Sachant que le point d'ébullition de l'alcool est de 78, 4 ° C et le point d'ébullition de l'eau est d'environ 100 ° C, peut-on alors obtenir un alcool pur avec une simple étape de distillation? La réponse est non.

En chauffant le mélange alcool-eau, on atteint initialement le point d'ébullition du liquide le plus volatil; dans ce cas, l'alcool. La vapeur formée aura une plus grande proportion d'alcool, mais il y aura également une forte présence d'eau dans la vapeur, car les points d'ébullition sont similaires.

Le liquide recueilli de la distillation et de la condensation aura un pourcentage d'alcool supérieur à 50%. Si ce liquide est soumis à des distillations successives, une solution d'alcool concentrée peut être atteinte; mais pas pur, car les vapeurs continueront à entraîner de l'eau dans une certaine composition, formant ce qu'on appelle un azéotrope

Le produit liquide de la fermentation des sucres a un pourcentage d'alcool de 10%. Cette concentration peut être portée à 50%, comme dans le cas du whisky, par simple distillation.

Séparation liquide-solide

Une solution d'un sel dans l'eau est formée d'un liquide pouvant être volatilisé et d'un composé sel non volatil à point d'ébullition élevé.

Lorsque la solution est distillée, de l'eau pure peut être obtenue dans le liquide de condensation. Pendant ce temps, les sels se déposeront au fond de la bouteille de distillation.

Alcool et glycérine

Il contient un mélange d'alcool éthylique avec un point d'ébullition de 78, 4 ºC et de glycérine, d'un point d'ébullition de 260 ºC. Lorsqu'elle est soumise à une simple distillation, la vapeur formée aura un pourcentage d'alcool très élevé, proche de 100%.

Ainsi, vous obtiendrez un liquide distillé avec un pourcentage d'alcool, similaire à la vapeur. Cela se produit parce que les points d'ébullition des liquides sont très différents.