Isi
Zat alami yang berharga sering terjadi sebagai campuran yang mengandung komponen yang diinginkan dan yang tidak diinginkan. Misalnya, minyak mentah mencakup berbagai jenis hidrokarbon yang cocok untuk berbagai aplikasi bahan bakar, air laut memiliki kandungan garam yang tinggi dan bijih besi mengandung pengotor mineral selain besi yang dapat digunakan. Selama berabad-abad, orang telah mengembangkan banyak cara untuk memurnikan atau memurnikan bahan alami. Distilasi sederhana dan distilasi fraksional adalah dua variasi pada teknik dasar untuk memisahkan berbagai komponen cairan.
Uap dan Penguapan
Hubungan antara suhu dan penguapan sangat penting untuk memahami distilasi sederhana dan fraksional. Ketika cairan dalam wadah terbuka, atmosfer memberikan tekanan ke bawah pada permukaan cairan. Tekanan atmosfer ini menetralkan tekanan uap cairan, yang diciptakan oleh energi kinetik molekul yang menguap dari permukaan cairan. Ketika suhu cairan meningkat, energi kinetik molekul rata-rata juga meningkat; lebih banyak molekul menguap, yang mengarah ke tekanan uap yang lebih tinggi. Perebusan terjadi ketika molekul dapat menguap dengan bebas karena cairan telah mencapai suhu di mana tekanan uap sama dengan tekanan atmosfer.
Pemisahan sederhana
Senyawa yang berbeda memiliki suhu didih yang berbeda. Demikian pula, pada suhu tertentu, senyawa yang berbeda akan memiliki tekanan uap yang berbeda. Jika campuran cairan senyawa yang berbeda dipanaskan dalam wadah tertutup, komposisi uap yang terperangkap di atas cairan akan mencerminkan perbedaan-perbedaan ini. Uap akan mengandung lebih banyak molekul senyawa dengan tekanan uap lebih tinggi dan lebih sedikit molekul senyawa dengan tekanan uap lebih rendah. Suatu senyawa dengan suhu didih sangat tinggi relatif terhadap senyawa lain dalam campuran akan hampir tidak ada dari uap, dan padatan terlarut yang tidak mudah menguap, seperti garam, akan tetap sebagai endapan dalam wadah yang dipanaskan. Distilasi sederhana adalah proses mengumpulkan uap ini dan mendinginkannya sehingga mengembun menjadi cairan. Distilasi sederhana memisahkan komponen campuran cair karena cairan terkondensasi mengandung proporsi senyawa yang lebih tinggi dengan tekanan uap yang lebih tinggi dan cairan asli mengandung proporsi senyawa yang lebih tinggi dengan tekanan uap yang lebih rendah.
Dilema Distilasi
Satu distilasi sederhana mengubah proporsi senyawa dalam dua cairan akhir, tetapi tidak mencapai pemisahan sempurna. Proses ini dapat diulang untuk mencapai tingkat pemisahan yang semakin tinggi, tetapi ini juga boros karena selama setiap prosedur distilasi, beberapa molekul keluar ke atmosfer dan beberapa tetap sebagai residu dalam peralatan penyulingan. Distilasi fraksional membahas dilema ini - meningkatkan distilasi sederhana dengan mencapai tingkat pemisahan yang lebih tinggi hanya dalam satu prosedur distilasi.
Satu Kolom, Beberapa Evaporasi
Perbedaan utama antara distilasi fraksional dan distilasi sederhana adalah penambahan kolom fraksionasi antara wadah yang dipanaskan dan tempat uap mengembun. Kolom ini diisi dengan bahan, seperti kawat logam tipis atau manik-manik kaca, yang mendorong kondensasi karena memiliki luas permukaan yang tinggi. Saat uap naik melalui kolom fraksionasi, uap tersebut mengembun menjadi cairan pada permukaan yang lebih dingin dari material ini. Uap panas naik dari bawah kemudian menyebabkan cairan ini menguap, lalu mengembun lagi, lalu menguap lagi dan seterusnya. Setiap penguapan menghasilkan uap dengan proporsi molekul yang lebih tinggi dengan tekanan uap yang lebih tinggi. Dengan demikian, distilasi fraksional menghasilkan pemisahan superior dengan kehilangan material lebih sedikit karena satu prosedur setara dengan beberapa putaran destilasi sederhana.