La distillazione è un processo che consente di separare due o più liquidi caratterizzati da punti di ebollizione diversi. Perché avvenga la separazione è necessario portare all'ebollizione la miscela, ottenere l'evaporazione di una parte e ricondensare i vapori prodotti. La frazione evaporata contiene le stesse sostanze della miscela di partenza, ma risulta arricchita dei componenti più volatili, cioè di quelli che presentano punti di ebollizione più bassi. La frazione che rimane allo stato liquido è più ricca dei componenti meno volatili, cioè di quelli che hanno un punto di ebollizione più alto. Con la distillazione teoricamente non è possibile ottenere una sostanza assolutamente pura, in quanto da una miscela evapora sempre una miscela e non un solo componente. La distillazione, inoltre, è economicamente vantaggiosa solo se si devono separare liquidi con punti di ebollizione alquanto diversi tra loro. Per comprendere la distillazione è necessario conoscere le leggi che regolano gli equilibri liquido-vapore nelle miscele formate da due soli liquidi completamente miscibili tra loro in tutte le proporzioni. Al fine di rendere più chiare le spiegazioni successive si ritiene opportuno ricordare il concetto di tensione di vapore di un liquido.

La tensione di vapore di un liquido puro è la pressione del vapore saturo presente sopra allo stesso liquido contenuto in un recipiente chiuso. Un vapore si dice saturo quando è in presenza del liquido che lo ha generato e si trova nella condizione in cui il numero delle molecole che evaporano dal liquido è uguale al numero delle molecole che condensano. La tensione di vapore è direttamente proporzionale alla temperatura.

In una miscela di più liquidi perfettamente miscibili tra loro, la tensione di vapore di ciascun liquido è influenzata dalla presenza degli altri in accordo con la legge di Raoult. Questa legge afferma che la tensione di vapore di un liquido in una miscela, a una data temperatura è uguale alla tensione di vapore del liquido puro moltiplicata per la sua frazione molare nella soluzione in esame. Considerando una miscela formata dai componenti A e B la tensione di vapore di ciascuno nella miscela è data da: PA= PApuro * XA PB= PBpuro * XB La tensione di vapore totale della miscela si ottiene dalla somma delle tensioni parziali di vapore: PM= PA+PB Prendendo in considerazione una miscela di due soli liquidi che presentano un comportamento ideale rappresentato dal fatto che le loro pressioni parziali sono proporzionali alle frazioni molari nell' intero intervallo di miscelazione, le tensioni di vapore di ciascuno dei due componenti e della miscela globale possono essere rappresentate in un diagramma bidimensionale e presentano l'andamento mostrato nella figura relativo ad una precisa temperatura.

 

Poiché il processo di distillazione prevede l'evaporazione di una parte della miscela all'ebollizione, è necessario conoscere la temperatura di ebollizione della miscela in esame. La temperatura di ebollizione di un liquido qualsiasi è rappresentata dalla temperatura alla quale la tensione di vapore del liquido è pari alla pressione esercitata dal liquido stesso. Da quanto detto è ovvio che minore è la pressione sopra un liquido, minore sarà la temperatura di ebollizione.

Tornando alla temperatura di ebollizione di una miscela è possibile costruire, su basi sperimentali, un diagramma bidimensionale, a pressione costante, in cui possono essere evidenziate le temperature di ebollizione della diverse possibili miscele di due liquidi. La curva risultante è detta curva di ebollizione. Nello stesso diagramma è possibile disegnare un altra curva che rappresenta l'insieme delle temperature alle quali inizia la condensazione dei vapori delle diverse miscele formate da due liquidi a tutte le possibili concentrazioni. Tale curva è detta curva di rugiada. Il diagramma così ottenuto, comprendente le due curve, è detto diagramma di equilibrio. I punti sopra la curva di rugiada corrispondono allo stato di vapore della miscela, quelli sotto la curva di ebollizione indicano lo stato liquido della miscela; all'interno delle due curve coesistono entrambe le fasi. Tracciando un segmento orizzontale, che rappresenta un'isoterma, fra la curva di ebollizione e quella di rugiada, su queste curve vengono individuati due punti indicanti un liquido e un vapore saturo secco in equilibrio tra loro.

Si supponga di scaldare una miscela che presenta una concentrazione di A pari a XA. Alla temperatura di ebollizione della miscela Te questa inizia a bollire e il vapore che si sprigiona ha la composizione corrispondente al punto Ye. Il vapore formato è più ricco del componente A rispetto al liquido di partenza, per cui il liquido rimasto risulta impoverito del componente più volatile.

Dal diagramma di equilibrio si può ricavare la curva di equilibrio che da la relazione esistente tra la composizione del liquido e quella del vapore in equilibrio con esso. Riprendendo in esame il diagramma di equilibrio è possibile per ogni composizione X del liquido ricavare la composizione Y del vapore in equilibrio con la miscela che bolle. I valori per varie miscele vengono riportati in un diagramma in cui l'asse delle x indica la frazione molare del componente più volatile in fase liquida e l'asse delle y la frazione molare del componente più volatile in fase vapore. Unendo i diversi punti si disegna una curva chiamata curva di equilibrio mostrata nella figura.

Quanto maggiore è la differenza fra X e Y tanto migliore sarà la separazione dei due componenti della miscela. La differenza tra X e Y risulta maggiore quanto maggiore è il segmento orizzontale che unisce la curva di ebollizione a quella di rugiada, nel diagramma di equilibrio, o, in altri termini quanto più le curve risultano distanti.

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