🌡️ La distillation fractionnée
Comment sépare-t-on l'alcool de l'eau, ou deux solvants qui se mélangent parfaitement ? On les fait bouillir… et on profite de ce que l'un s'évapore plus facilement que l'autre. Allume le chauffe-ballon, suis la vapeur dans la colonne, guette les paliers du thermomètre et change d'éprouvette au bon moment pour récolter le distillat le plus pur.
🧪 Mode d'emploi : règle les curseurs (à droite, ou sous l'animation sur téléphone), lance avec ▶, observe les mesures et relève les 🎯 défis. Le bouton ⛶ agrandit l'animation, idéal sur téléphone à l'horizontale.
Ce que tu vois
- Le mélange bout à une température comprise entre les températures d'ébullition des deux liquides, et cette température monte au fil de la distillation : le ballon s'appauvrit en composé le plus volatil.
- En tête de colonne, la température reste presque constante pendant que le composé le plus volatil distille : c'est un palier, proche de sa température d'ébullition. Elle grimpe ensuite vers celle du second liquide.
- Dans la colonne de Vigreux, la vapeur se condense sur les pointes de verre et retombe : chaque condensation suivie d'une nouvelle vaporisation enrichit la vapeur en composé le plus volatil. Plus la colonne est efficace, plus le distillat est pur.
- Sans colonne (distillation simple), le distillat d'un mélange eau-éthanol ne dépasse pas 75 % d'éthanol environ, et il n'y a pas de vrai palier.
- L'eau et l'éthanol forment un azéotrope : on ne peut jamais dépasser 95,6 % d'éthanol en masse par distillation, quelle que soit la colonne.
Expériences à faire
- Compare la distillation simple et la colonne de Vigreux avec le même mélange : quelle est la pureté de la première fraction ?
- Double la puissance du chauffe-ballon : le palier change-t-il de température ? Dure-t-il aussi longtemps ?
- Avec le cyclohexane et le toluène, la colonne de Vigreux donne-t-elle un vrai palier ? Et la longue colonne ?
- Coupe le chauffage : pourquoi le distillat continue-t-il de couler pendant un moment ?
- Choisis ✏️ Mon mélange (deux liquides qui bouillent à 80 °C et 100 °C) : la colonne de Vigreux donne-t-elle un vrai palier ? Avec ✏️ Ma colonne, combien de plateaux faut-il ? Et si tu réduis le taux de reflux ?
La chimie derrière l'animation
- Un corps pur bout à température constante (sous pression fixée) ; un mélange de liquides miscibles bout sur un intervalle de températures, d'autant plus haut qu'il est pauvre en composé volatil.
- La vapeur en équilibre avec le liquide est plus riche en composé le plus volatil (celui qui a la température d'ébullition la plus basse) : éthanol (78,3 °C) devant l'eau (100 °C), cyclohexane (80,7 °C) devant le toluène (110,6 °C).
- Pour un mélange idéal, la loi de Raoult donne la pression partielle de chaque constituant : pi = xi × pisat(T) ; le liquide bout quand p1 + p2 = 1 atm.
- Composition en masse d'une fraction : w = méthanol / (méthanol + meau). On change d'éprouvette quand la température quitte le palier.
- Modèle simplifié : données expérimentales d'équilibre liquide-vapeur pour eau-éthanol (azéotrope compris), loi de Raoult pour cyclohexane-toluène et pour ton mélange (pressions de vapeur estimées par la règle de Trouton), colonne de N plateaux théoriques à reflux constant, pertes thermiques simplifiées, contraction des volumes négligée, temps accéléré environ 30 fois.
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