Substanțele naturale valoroase apar adesea ca amestecuri care conțin atât componente dorite, cât și componente nedorite. De exemplu, țițeiul include diferite tipuri de hidrocarburi care sunt potrivite pentru combustibil diferit în aplicații, apa oceanică are un conținut ridicat de sare, iar minereul de fier conține impurități minerale în plus față de fier utilizabil. De-a lungul secolelor, oamenii au dezvoltat numeroase modalități de rafinare sau purificare a materialelor naturale. Distilarea simplă și distilarea fracționată sunt două variante ale unei tehnici de bază pentru separarea diferitelor componente ale unui lichid.
Vapori și evaporare
Relația dintre temperatură și evaporare este esențială pentru înțelegerea distilării simple și fracționate. Când un lichid se află într-un recipient deschis, atmosfera exercită o presiune descendentă pe suprafața lichidului. Această presiune atmosferică contracarează presiunea de vapori a lichidului, care este creată de energia cinetică a moleculelor care se evaporă de pe suprafața lichidului. Pe măsură ce temperatura lichidului crește, crește și energia cinetică moleculară medie; mai multe molecule se evaporă, ducând 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 vaporilor este egală cu presiunea atmosferică.
Separare simplă
Compușii diferiți au temperaturi de fierbere diferite. În mod similar, la orice temperatură dată, diferiți compuși vor avea presiuni de vapori diferite. 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 de vapori mai mare și mai puține molecule de compuși cu presiune de vapori mai mică. Un compus cu o temperatură de fierbere foarte mare în raport cu ceilalți compuși din amestec va fi aproape absente din vapori și solidele dizolvate nevolatile, cum ar fi sarea, vor rămâne ca sedimente în încălzit container. Distilarea simplă este procesul de colectare a acestor vapori și răcire, astfel încât să se condenseze înapoi într-un lichid. Distilarea simplă separă componentele unui amestec lichid deoarece lichidul condensat conține o proporție mai mare de compușii cu presiune de vapori mai mare și lichidul original conține o proporție mai mare de compuși cu vapori mai mici presiune.
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 în fiecare procedură de distilare, unele molecule scapă în atmosferă și unele rămân ca reziduuri în distilare echipament. Distilarea fracționată abordează această dilemă - îmbunătățirea distilării simple prin atingerea unor grade mai mari de separare într-o singură procedură de distilare.
O coloană, evaporări multiple
Diferența principală dintre distilarea fracționată și distilarea simplă este adăugarea unei coloane de fracționare între recipientul încălzit și locul în care vaporii se condensează. Această coloană este umplută cu materiale, cum ar fi fire metalice subțiri sau margele de sticlă, care încurajează condensarea deoarece au o suprafață ridicată. Pe măsură ce vaporii cresc prin coloana de fracționare, se condensează în lichid pe suprafețele mai reci ale acestor materiale. Vaporii fierbinți care se ridică de dedesubt determină evaporarea acestui lichid, 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 de vapori mai mare. Astfel, distilarea fracționată realizează o separare superioară cu mai puține pierderi de material, deoarece o procedură este echivalentă cu mai multe runde de distilare simplă.