Vrijedne prirodne tvari često se javljaju kao smjese koje sadrže i poželjne i neželjene komponente. Na primjer, sirova nafta uključuje razne vrste ugljikovodika prikladne za različito gorivo Primjena, oceanska voda ima visok sadržaj soli, a željezna ruda osim mineralnih nečistoća sadrži i upotrebljivo željezo. Tijekom stoljeća ljudi su razvili brojne načine pročišćavanja ili pročišćavanja prirodnih materijala. Jednostavna destilacija i frakcijska destilacija dvije su varijacije osnovne tehnike za odvajanje različitih komponenata tekućine.
Pare i isparavanje
Odnos između temperature i isparavanja ključan je za razumijevanje jednostavne i frakcijske destilacije. Kad se tekućina nalazi u otvorenom spremniku, atmosfera vrši pritisak na površinu tekućine prema dolje. Ovaj atmosferski tlak suprotstavlja se tlaku pare tekućine, koji nastaje kinetičkom energijom molekula koje isparavaju s površine tekućine. Kako se temperatura tekućine povećava, povećava se i prosječna molekularna kinetička energija; više molekula isparava, što dovodi do većeg tlaka pare. Do vrenja dolazi kada molekule mogu slobodno ispariti jer je tekućina dosegla temperaturu pri kojoj je tlak pare jednak atmosferskom tlaku.
Jednostavno razdvajanje
Različiti spojevi imaju različite temperature ključanja. Slično tome, pri bilo kojoj određenoj temperaturi, različiti spojevi imat će različit tlak pare. Ako se tekuća smjesa različitih spojeva zagrije u zatvorenom spremniku, sastav pare zarobljene iznad tekućine odražavat će te razlike. Para će sadržavati više molekula spojeva s višim tlakom pare i manje molekula spojeva s nižim tlakom pare. Spoj s vrlo visokom temperaturom ključanja u odnosu na ostale spojeve u smjesi bit će gotovo odsutan iz pare, a hlapljive otopljene krutine, poput soli, ostat će kao talog u zagrijanom kontejner. Jednostavna destilacija postupak je sakupljanja te pare i hlađenja tako da se kondenzira natrag u tekućinu. Jednostavna destilacija odvaja komponente tekuće smjese jer kondenzirana tekućina sadrži veći udio spojevi s višim tlakom pare, a izvorna tekućina sadrži veći udio spojeva s nižom parom pritisak.
Dilema destilacije
Jednostavnom destilacijom mijenja se udio spojeva u dvije konačne tekućine, ali se ne postiže potpuno razdvajanje. Postupak se može ponoviti kako bi se postigli postupno veći stupnjevi razdvajanja, ali to je također rasipno jer tijekom tijekom svakog postupka destilacije neke molekule pobjegnu u atmosferu, a neke ostanu kao ostatak pri destilaciji oprema. Frakcijska destilacija rješava ovu dilemu - poboljšanje jednostavne destilacije postizanjem većih stupnjeva odvajanja u samo jednom postupku destilacije.
Jedan stupac, višestruka isparavanja
Primarna razlika između frakcijske destilacije i jednostavne destilacije je dodavanje frakcijskog stupca između zagrijane posude i mjesta gdje se para kondenzira. Ovaj je stupac ispunjen materijalima, poput tankih metalnih žica ili staklenih kuglica, koji potiču kondenzaciju jer imaju veliku površinu. Kako se pare dižu kroz frakcionirajuću kolonu, one se kondenziraju u tekućinu na hladnijim površinama tih materijala. Vruće pare koje se dižu odozdo zatim uzrokuju isparavanje te tekućine, zatim se ponovno kondenzira, zatim ponovno isparava i tako dalje. Svako isparavanje rezultira parom s većim udjelom molekula s višim tlakom pare. Dakle, frakcijskom destilacijom postiže se vrhunsko razdvajanje s manje gubitaka materijala jer je jedan postupak ekvivalentan višestrukim krugovima jednostavne destilacije.