Distillation

Définition de la distillation

Tout d'abord, définissons la distillation. La distillation sépare les mélanges liquides en se basant sur les différences de volatilité des composants.

Examinons une installation de distillation simple en laboratoire. Pour l'instant, ne t'inquiète pas de ce qui se passe et familiarise-toi avec leur apparence ! La plupart du temps, ils ressemblent à ceci :

Ils comportent généralement un dispositif de chauffage, un ballon contenant le mélange original, un condenseur pour refroidir et condenser les vapeurs, et un autre récipient pour recueillir le condensat (ou distillat)

Types de distillation

Pour ton examen de chimie AP, tu devras connaître deux types de distillation : la distillationsimple et ladistillation fractionnée.

Distillation simple

Ladistillation simple est utilisée pour séparer les liquides volatils ou séparer les liquides des solides non volatils ou des huiles. Cette technique permet de séparer des liquides qui ont des points d'ébullition différents. Le point d' ébullition estla température à laquelle la pression de vapeur d'un liquide est égale à la pression atmosphérique. La distillationsimpleest la plus efficace lorsque les composants volatils d'un mélange ont des points d'ébullition qui diffèrent d'au moins 40 à 50 °C.

Cette technique implique un seul cycle de vaporisation/condensation. Mais commentfonctionne la distillation simple ? Prenons un exemple pour mieux l'expliquer.

Supposons que nous ayons un mélange de deux composants liquides différents. Le liquide A a un point d'ébullition de 50 °C, tandis que le liquide B a un point d'ébullition de 90 °C . Lorsque le mélange est chauffé, le liquide A (le plus volatil) se vaporise plus rapidement parce qu'il lui faut moins d'énergie pour rompre ses forces intermoléculaires. À cette température, la vapeur sera constituée d'un grand pourcentage du composé A, laissant le reste du liquide enrichi en composé B.

Le liquide-vapeur, A, passera par le condensateur, qui le transformera à nouveau en liquide. Ensuite, le liquide A sera recueilli dans une autre fiole ! Après avoir recueilli le liquide A, nous pouvons continuer à chauffer le mélange (qui est maintenant composé d'un grand pourcentage de liquide B) jusqu'à ce qu'il atteigne son point d'ébullition, et nous pouvons alors le recueillir dans un autre ballon de la même façon que nous l'avons fait avec le liquide A !

Le problème de la distillation simple, c'est qu'elle ne permet pas toujours de séparer complètement A et B. Il faut donc procéder à plusieurs distillations simples. Heureusement, la distillation fractionnée nous permet de répéter le processus de distillation plusieurs fois en une seule fois !

Distillation fractionnée

Ladistillation fractionnée est utilisée pour séparer des mélanges liquides dont les composés ont des points d'ébullition similaires ou une différence de point d'ébullition inférieure à 40-50 °C. L'installation de laboratoire pour la distillation fractionnée ressemble à celle de la distillation simple, mais elle contient un équipement supplémentaire : une colonne de fractionnement.

Cette colonne est garnie de billes de verre ou de laine d'acier, et ce matériau de garnissage offre une plus grande surface pour créer un différentiel de température à l'intérieur de la colonne (plus chaud en bas et plus froid en haut). Ainsi, en ayant une plus grande surface, de multiples "mini-distillations" peuvent se produire ! En d'autres termes, la vapeur se condense sur plusieurs surfaces dans la colonne de fractionnement, et le liquide qui en résulte se vaporise à nouveau.

La distillation en chimie

Revenons à notre exemple d'un mélange contenant les composés A et B. En ce qui concerne la distillation, nous nous attendons à ce qu'au point d'ébullition le plus bas du composé A, seul le composé A se transforme en vapeur et sorte en premier pour être recueilli. Puis, lorsque la température augmente jusqu'au point d'ébullition du composé B, seul le composé B se transforme en vapeur et est recueilli séparément !

Cependant, dans la réalité, cela ne se produit généralement pas. Pourquoi ? Parce qu'une partie du composé à point d'ébullition élevé (dans ce cas, le composé B) commence généralement à se vaporiser en dessous de la température de son point d'ébullition. Mais, si tu chauffes assez lentement, tu pourras t'approcher d'un résultat plus idéal. Mais ne le fais pas trop lentement, car tu pourrais finir par évaporer tes liquides !

La distillation dépend de la force des interactions intermoléculaires entre et parmi les composants, ainsi que de la façon dont ces forces affectent les pressions de vapeur des composants du mélange. Des forces intermoléculaires plus fortes se traduisent par des points d'ébullition plus élevés. La force relative des forces intermoléculaires est :

Ion-dipôle > Liaison hydrogène > Dipôle-dipôle > Forces de dispersion de Londres.

Processus de distillation

Examinons la distillation fractionnée d'un mélange 1:1 de 10 ml contenant de l'acétate d'éthyle (_C4H802) et de l' acétate de butyle (_C6H12O2). Le poids moléculaire de l'acétate de butyle est de 116,16 g/mol, tandis que celui de l'acétate d'éthyle est de 88,11 g/mol. Remarque : le point d'ébullition de l'acétate d'éthyle est de 77,1 °C. Le point d'ébullition de l'acétate de butyle est de 120,6 °C.

Fig. 5 : Structures de l'acétate de butyle et de l'acétate d'éthyle - Isadora Santos, StudySmarter Original.

1. Dans un ballon à fond rond de 25 ml, ajoute 10 ml du mélange 1:1 d'acétate d'éthyle et d' acétate de butyle. Ajoute une puce d'ébullition à l'intérieur du ballon pour lisser l'ébullition.

2. Sépare une éprouvette graduée propre de 10 ml pour recueillir le distillat.

3. Commence à chauffer le mélange et règle le taux de distillation à environ une goutte par seconde.

4. Lorsque tu vois la première goutte du distillat, enregistre sa température. Continue à noter la température pour chaque 0,5 ml de distillat recueilli dans l'éprouvette graduée.

5. Recueille trois fractions d'un volume de 1mL aux températures suivantes : 76-80 °C, 88-92 °C et >110 °C. Ces fractions seront utilisées pour l'analyse par chromatographie en phase gazeuse.

Exemples de distillation en chimie

La distillation est largement utilisée dans l'industrie. Par exemple, la distillation peut être utilisée pour purifier l'eau, notamment dans les régions où l'eau douce est inaccessible. Ainsi, on utilise la distillation pour purifier l'eau de mer et la rendre potable. La distillation de l'eau est également utilisée pour éliminer les minéraux et autres impuretés.

Une autre application de la distillation est le recyclage des huiles. En utilisant la distillation, l'huile peut être purifiée en éliminant l'eau et d'autres contaminants.