Le sostanze naturali preziose si verificano spesso come miscele che contengono componenti desiderabili e indesiderabili. Ad esempio, il petrolio greggio comprende vari tipi di idrocarburi adatti per diverse applicazioni di carburante, l'acqua dell'oceano ha un alto contenuto di sale e il minerale di ferro contiene impurità minerali oltre al ferro utilizzabile. Nel corso dei secoli, le persone hanno sviluppato numerosi modi per rifinire o purificare i materiali naturali. Distillazione semplice e distillazione frazionata sono due variazioni su una tecnica di base per separare i diversi componenti di un liquido.

Vapori e Evaporazione

La relazione tra temperatura ed evaporazione è essenziale per comprendere la distillazione sia semplice che frazionale . Quando un liquido si trova in un contenitore aperto, l'atmosfera esercita una pressione verso il basso sulla superficie del liquido. Questa pressione atmosferica contrasta la pressione di vapore del liquido, che è creata dall'energia cinetica delle molecole che evaporano dalla superficie del liquido. All'aumentare della temperatura del liquido aumenta anche l'energia cinetica molecolare media; più molecole evaporano, portando a una maggiore pressione di vapore. L'ebollizione si verifica quando le molecole possono evaporare liberamente perché il liquido ha raggiunto una temperatura alla quale la pressione del vapore equivale alla pressione atmosferica.

Separazione semplice

Diversi composti hanno diverse temperature di ebollizione. Allo stesso modo, a qualsiasi data temperatura, diversi composti avranno diverse pressioni di vapore. Se una miscela liquida di diversi composti viene riscaldata in un contenitore chiuso, la composizione del vapore intrappolato sopra il liquido rifletterà queste differenze. Il vapore conterrà più molecole di composti con più alta pressione di vapore e meno molecole di composti con una pressione di vapore più bassa. Un composto con una temperatura di ebollizione molto elevata rispetto agli altri composti nella miscela sarà quasi assente dal vapore e i solidi disciolti non volatili, come il sale, rimarranno come sedimento nel contenitore riscaldato. La semplice distillazione è il processo di raccolta di questo vapore e raffreddamento in modo che si condensa in un liquido. La distillazione semplice separa i componenti di una miscela liquida perché il liquido condensato contiene una proporzione maggiore di composti con una pressione di vapore più elevata e il liquido originale contiene una percentuale maggiore di composti con una pressione di vapore inferiore.

Dilemma di distillazione

Una semplice distillazione modifica la proporzione di composti nei due liquidi finali, ma non raggiunge la completa separazione. Il processo può essere ripetuto per ottenere gradi di separazione progressivamente più alti, ma questo è anche dispendioso perché durante ogni procedura di distillazione, alcune molecole scappano nell'atmosfera e alcune rimangono come residui nell'apparecchiatura di distillazione. La distillazione frazionale affronta questo dilemma - migliorando la distillazione semplice ottenendo livelli più elevati di separazione in una sola procedura di distillazione.

Una colonna, più evaporazioni

La differenza principale tra la distillazione frazionata e la semplice distillazione è l'aggiunta di una colonna di frazionamento tra il contenitore riscaldato e il luogo in cui il vapore si condensa. Questa colonna è piena di materiali, come fili di metallo sottili o perle di vetro, che favoriscono la condensazione perché hanno una superficie elevata. Mentre i vapori salgono attraverso la colonna di frazionamento, si condensano in liquido sulle superfici più fredde di questi materiali. Vapori caldi che salgono dal basso provocano l'evaporazione di questo liquido, quindi si condensa nuovamente, quindi evapora di nuovo e così via. Ogni evaporazione si traduce in vapore con una proporzione più alta di molecole con una maggiore pressione di vapore. Pertanto, la distillazione frazionata raggiunge una separazione superiore con una minore perdita di materiale poiché una procedura è equivalente a più cicli di semplice distillazione.