Distillation fractionnée

 

 

I. Principe

Lorsqu’on fait bouillir un mélange de liquide, ils n’entrent pas tous en ébullition en même temps mais les uns à la suite des autres, en commençant par le plus volatile, c'est-à-dire celui dont la température d’ébullition est la plus basse.

Les changements d’état s’effectuent à température constante et le mélange va garder la température d’ébullition du liquide le plus volatile tant que celui-ci ne sera pas entièrement transformé en vapeur.

Le problème est que ces vapeurs ne sont pas pures directement. On utilise alors une colonne à distiller (ou colonne de Vigreux) verticale et constitué de différents niveaux de pointes creuses qui permettent de condenser les vapeurs qui y montent.

Les vapeurs qui se condensent le mieux sur ces pointes sont bien sur celles des liquides les moins volatiles du mélange. La vapeur devient donc de plus en plus pure au fur et à mesure qu’elle s’élève dans la colonne. Un simple réfrigérant à eau nous permet de récupérer le distillat liquide dans un récipient adapté au montage. Si la colonne possède un nombre suffisant de palier de condensation, on aura alors un distillat quasiment pur constitué du liquide le plus volatile du mélange initial.

 

Pour bien séparer les différents constituants dans différents récipients, il faut placer un thermomètre en tête de colonne (en haut) juste avant le réfrigérant. En effet tant que le même constituant s’échappera par le réfrigérant alors la température indiqué par le thermomètre restera constante. Si la température s’élève à nouveau cela signifiera qu’un autre constituant ayant une température d’ébullition plus élevée commencera à s’échapper à son tour du dispositif. Le thermomètre indique la température d’ébullition de l’espèce chimique qui est en train de se vaporiser.

 

II. Schéma annoté du montage

 

III. Manipulation

*    Travailler sous hotte.

*    Tarer deux éprouvettes graduées.

*    Introduire dans le ballon du montage de distillation fractionnée un volume V=100mL du mélange et un peu de pierre ponce.

*    Réaliser le montage schématisé ci-dessus.

*    Mettre en fonction le réfrigérant à eau latéral, puis le chauffe-ballon, de manière à assurer un léger chauffage.

*    Lorsque les premières gouttes de distillat tombent du réfrigérant à eau dans l’éprouvette graduée, relever la température en haut de la colonne à distiller.

*    Lorsque la température recommence à augmenter, remplacer temporairement l’éprouvette par un bécher et augmenter légèrement le chauffage.

*    Lorsque la température se stabilise, remplacer le bécher par la deuxième éprouvette et relever la température en haut de la colonne à distiller.

*    Poursuivre la distillation jusqu’à ce que le volume de distillat soit environ 30mL puis arrêter le chauffe-ballon, baisser l’élévateur, mais laisser le réfrigérant.

*    Noter le volume de distillat recueilli dans chaque éprouvette et peser les deux éprouvettes graduées contenant les liquides distillés.

*    Récupérer le contenu de la première éprouvette dans le flacon déchet.

*    Démonter, nettoyer et ranger le matériel.

 

Remarque importante: Le valet placé sous le chauffe-ballon permet en cas de problème de couper très rapidement le chauffage du mélange.

 

 

IV. Conclusion

Nous avons vu que certaines propriétés physiques des hydrocarbures dépendaient du nombre d’atomes de carbone qui les constituaient, en particulier leur température d’ébullition.

C’est cette différence de température d’ébullition qui nous permet de séparer les hydrocarbures présents dans le pétrole. En effet, grâce à une colonne à distiller de plusieurs mètres de haut nous pouvons avoir des paliers de condensation plus précis et ainsi récupérer sur chaque palier un hydrocarbure spécifique. C’est bien sur en haut de cette colonne que l’on récupère l’hydrocarbure le plus volatile et plus en descend vers le point chaud et plus on récupère un hydrocarbure lourd, pour ne laisser tout en bas que le bitume.