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Pourquoi des billes de verre sont-elles placées dans la colonne lors de la distillation fractionnée ?
La question porte sur un type de distillation appelée distillation fractionnée. La distillation fractionnée est un type de distillation au cours de laquelle les composants d’un mélange sont séparés de façon séquentielle en chauffant d’abord le mélange, en faisant passer les vapeurs à travers une colonne de fractionnement qui en améliore la pureté, puis en condensant les vapeurs purifiées et en les collectant sous forme liquide. La question porte plus spécifiquement sur la colonne de distillation fractionnée et examinons donc ce montage expérimental.
Lors de la première étape, le mélange est chauffé dans un ballon de distillation, qui peut contenir des copeaux d'ébullition pour contrôler le point d’ébullition et empêcher le mélange de bouillir trop vigoureusement et de provoquer des éclaboussures. Les composants les plus volatils sont transformés en vapeur qui remontent dans la colonne de fractionnement. Dans la colonne de fractionnement, qui constitue la deuxième étape, des cycles répétés de condensation et de ré-évaporation séparent lentement les composants de la vapeur, tout en les purifiant. Les vapeurs purifiées passent à travers un adaptateur situé juste après le thermomètre qui nous permet de contrôler les fractions qui se dégagent et passent dans le condenseur où elles sont refroidies et condensées en phase liquide. Il s'agit de la troisième étape. Le liquide se déplace ensuite à travers un adaptateur et est collecté dans un ballon de réception, ce qui constitue la quatrième étape.
Voici donc le processus complet de la distillation fractionnée. Or, la question vise à déterminer : « Pourquoi des billes de verre sont-elles placées dans la colonne lors de la distillation fractionnée ? » Elle parle de cette colonne de fractionnement. Les billes de verre ont une grande surface de contact sur laquelle la chaleur des vapeurs peut se dissiper, ce qui engendre le refroidissement et la condensation des vapeurs. Mais comment cette grande surface de contact provoque-t-elle la séparation d'un mélange contenant plusieurs composants ? Le mélange dans le ballon de distillation peut contenir plusieurs composants. Lorsque le mélange bout, les vapeurs, principalement celles provenant des composants ou des substances les plus volatils, pénètrent dans la colonne. La composition des vapeurs qui entrent dans la colonne peut donc ressembler à ceci. Il y a beaucoup plus de substance rose ici que dans le fond du ballon de distillation.
Puisque le bas de la colonne de fractionnement est plus froid que le ballon de distillation et que les billes de verre fournissent une grande surface de contact pour dissiper l’énergie thermique contenue dans les vapeurs, ces dernières commencent à se refroidir et à se condenser. Des gouttelettes de liquide composées principalement de la substance rose se forment dans le bas de la colonne de fractionnement. Davantage de vapeurs pénètrent dans la colonne et chauffent ces gouttelettes de liquide qui s’évaporent à nouveau. Cette fois, les vapeurs contiennent une proportion encore plus élevée de la substance la plus volatile, dans ce cas-ci la substance rose. Ce cycle de condensation et de ré-évaporation se produit sans cesse dans la colonne. Les vapeurs deviennent de plus en plus pures vers le haut de la colonne jusqu’à ce que la vapeur sortant de la colonne se compose d’une seule fraction et, dans cet exemple, d’une seule substance, soit la substance rose.
Cependant, si le composant rose du mélange initial contenait plusieurs substances, la fraction rose qui se dégage serait alors aussi composée de plusieurs substances ayant des points d’ébullition similaires. La question était : « Pourquoi des billes de verre sont-elles placées dans la colonne lors de la distillation fractionnée ? » Nous avons discuté en profondeur de la distillation fractionnée, mais la réponse simple est pour augmenter la surface de contact disponible pour condenser la vapeur.
