Conţinut
Substanțe naturale valoroase apar adesea sub formă de amestecuri care conțin atât componente dorite, cât și componente nedorite. De exemplu, țițeiul include diferite tipuri de hidrocarburi care sunt adecvate pentru diferite aplicații de combustibil, apa oceanică are un conținut ridicat de sare și minereul de fier conține impurități minerale pe lângă fierul utilizat. De-a lungul secolelor, oamenii au dezvoltat numeroase moduri de rafinare sau purificare a materialelor naturale. Distilarea simplă și distilarea fracționată sunt două variații pe o tehnică de bază pentru separarea diferitelor componente ale unui lichid.
Vaporii și evaporarea
Relația dintre temperatură și evaporare este esențială pentru înțelegerea distilării simple și fracționale. Când un lichid se află într-un recipient deschis, atmosfera exercită o presiune în jos pe suprafața lichidului. Această presiune atmosferică contracarează presiunea vaporilor de lichide, care este creată de energia cinetică a moleculelor care se evaporă de pe suprafața lichidului. Pe măsură ce temperatura lichidului crește, energia cinetică moleculară medie crește și ea; mai multe molecule se evaporă, ceea ce duce la o presiune mai mare a vaporilor. Fierberea are loc atunci când moleculele se pot evapora liber, deoarece lichidul a atins o temperatură la care presiunea de vapori este egală cu presiunea atmosferică.
Separație simplă
Compuși diferiți au temperaturi diferite de fierbere. În mod similar, la orice temperatură dată, compuși diferiți vor avea presiuni diferite de vapori. Dacă un amestec lichid de compuși diferiți este încălzit într-un recipient închis, compoziția vaporilor prinși deasupra lichidului va reflecta aceste diferențe. Vaporii vor conține mai multe molecule de compuși cu presiune mai mare de vapori și mai puține molecule de compuși cu presiune mai mică de vapori. Un compus cu o temperatură de fierbere foarte mare în raport cu ceilalți compuși din amestec va fi aproape absent de la vapori, iar solidele dizolvate nevolatile, cum ar fi sarea, vor rămâne ca sediment în recipientul încălzit. Distilarea simplă este procesul de colectare a acestei vapori și de răcire a acesteia astfel încât să se condenseze într-un lichid. Distilarea simplă separă componentele unui amestec lichid, deoarece lichidul condensat conține o proporție mai mare de compuși cu presiune mai mare de vapori, iar lichidul inițial conține o proporție mai mare de compuși cu presiune mai mică de vapori.
Dilemă de distilare
O distilare simplă modifică proporția compușilor din cele două lichide finale, dar nu realizează o separare completă. Procesul poate fi repetat pentru a atinge grade de separare progresiv mai mari, dar acest lucru este și risipitor, deoarece în timpul fiecărei proceduri de distilare, unele molecule scapă în atmosferă, iar unele rămân ca reziduuri în echipamentul de distilare. Distilarea fracțională abordează această dilemă - îmbunătățind distilarea simplă prin obținerea unor grade mai mari de separare într-o singură procedură de distilare.
O coloană, evaporații multiple
Diferența primară între distilarea fracțională și distilarea simplă este adăugarea unei coloane de fracționare între recipientul încălzit și locul unde se condensează vaporii. Această coloană este umplută cu materiale, cum ar fi fire subțiri de metal sau margele de sticlă, care încurajează condensul, deoarece au o suprafață ridicată. Pe măsură ce vaporii se ridică prin coloana de fracționare, ei se condensează în lichid pe suprafețele mai reci ale acestor materiale. Vaporii fierbinți care se ridică de jos fac ca acest lichid să se evapore, apoi se condensează din nou, apoi se evaporă din nou și așa mai departe. Fiecare evaporare are ca rezultat vapori cu o proporție mai mare de molecule cu presiune mai mare de vapori. Astfel, distilarea fracțională realizează o separare superioară cu o pierdere materială mai mică deoarece o procedură este echivalentă cu mai multe runde de distilare simplă.