Simple Distillation

Lorsqu’un liquide est chauffé, il gagne de l’énergie jusqu’à ce que le désordre accru de la phase gazeuse l’emporte sur les interactions intermoléculaires dans la phase liquide. Une fois qu’un nombre suffisant de molécules sont en phase gazeuse, elles s’échappent du liquide sous forme de bulles. Cet effet, appelé ébullition, se produit lorsque la pression de vapeur totale de la substance est égale à la pression atmosphérique.

La pression de vapeur est la pression de la vapeur en équilibre avec sa phase condensée, et elle varie avec la température. Dans un mélange de liquides, chaque composant a sa propre pression de vapeur, que nous appelons sa pression partielle. La pression de vapeur totale du mélange est égale à la somme des pressions partielles. Si les liquides sont miscibles, c’est-à-dire qu’ils forment toujours une solution homogène, la pression partielle de chaque composant est la pression de vapeur du composé pur à cette température multipliée par sa fraction molaire dans le liquide.

La température à laquelle la première bulle de vapeur commence à se former dans un mélange liquide est appelée le point de bulle. Pour un liquide pur, le point de bulle et la température à laquelle la vapeur commence à se condenser, ou point de rosée, sont les mêmes que le point d’ébullition. Cependant, pour un mélange de deux liquides miscibles, le point de bulle et le point de rosée se trouveront entre les points d’ébullition des composants.

Lorsque le mélange bout pour la première fois, la vapeur est riche en composé ayant le point d’ébullition le plus bas, ou le composé le plus volatil. Cela augmente la proportion du composé ayant le point d’ébullition le plus élevé, ou le composé le moins volatil, dans le mélange liquide.

La distillation est une technique de séparation qui tire parti de ce phénomène. Dans une distillation simple, un mélange liquide homogène est bouilli. La vapeur montante pénètre ensuite dans la chambre intérieure d’un condenseur refroidi à l’eau. La vapeur se condense en un liquide, appelé distillat, qui est ensuite recueilli dans un récipient séparé.

Au fur et à mesure que l’ébullition se poursuit, les compositions du liquide et de la vapeur changent à mesure que le composant le plus volatil est éliminé. Ainsi, si nous recueillons le distillat en petites fractions, nous verrons que chaque fraction contient les composés dans un rapport molaire différent.

À mesure que la proportion du composant le moins volatil dans le mélange liquide augmente, le point de bulle et le point de rosée augmentent également. En traçant les points de bulle et de rosée du mélange en fonction des fractions molaires des composants, on obtient un diagramme du point d'ébullition. Une fois que nous avons ce schéma, nous pouvons utiliser la courbe du point de rosée pour déterminer la composition de la vapeur à une température donnée.

Dans ce laboratoire, vous mettrez en place et effectuerez la distillation simple d’un mélange de cyclohexane et de toluène et enregistrerez la température de la vapeur tout au long de l’expérience. Vous utiliserez ensuite le diagramme de point d'ébullition publié pour le cyclohexane et le toluène pour déterminer la composition de la vapeur, ce qui vous permettra d'estimer la composition du mélange liquide tout au long de la distillation.