La distillation fractionnée

La distillation fractionnée est une méthode de séparation utilisée pour isoler un liquide d’un mélange homogène contenant plusieurs espèces chimiques miscibles entre elles. Elle repose sur une propriété physique fondamentale : la température d’ébullition. Cette technique peut être utilisée à deux moments de la synthèse : pour isoler le produit d’intérêt du reste du mélange réactionnel (étape 2) et pour le purifier (étape 3) en éliminant les impuretés ayant une température d’ébullition différente.

Fonctionnement de la distillation fractionnée

Chaque liquide pur possède une température d’ébullition caractéristique. Lorsque l’on chauffe le mélange présent dans le ballon :

• le liquide le plus volatil (celui qui bout à la plus basse température) s’évapore en premier ;
• les vapeurs montent dans la colonne de distillation, appelée colonne de Vigreux (du nom de son inventeur).

La colonne de Vigreux permet des vaporisations et condensations successives, ce qui améliore la séparation entre les différentes espèces chimiques, en particulier si leurs températures d’ébullition sont proches.

Les vapeurs les plus riches en substance volatile atteignent ensuite le réfrigérant, où elles se condensent en liquide et sont recueillies dans un bécher ou un erlenmeyer : c’est le distillat.

En pratique, on doit connaître la température d'ébullition du produit synthétisé pour savoir à quelle température de vapeur il faut recueillir le distillat. Par exemple, si la température d'ébullition est de 120 °C, alors toutes les vapeurs qui passent pour une température inférieure à 115 °C sont récupérées dans un premier erlenmeyer (fraction de tête), puis celles passant entre 115 °C et 125 °C sont récupérées dans un second erlenmeyer (préalablement taré). C'est ce distillat qui contient le produit.

Photographie d'un montage de distillation fractionnée

Conditions d’efficacité

Pour que la distillation fractionnée soit efficace, une différence d’au moins 20 °C est nécessaire entre les températures d’ébullition des constituants à séparer ; dans le cas contraire, la séparation sera incomplète.

Applications en synthèse

En chimie organique, cette technique permet :

• d’isoler un produit liquide de synthèse du reste du mélange réactionnel (solvant, réactifs, impuretés, etc.) : c’est l’étape 2 de la synthèse, appelée "isolement" ;
  
• d’identifier un liquide pur en déterminant sa température d’ébullition et en la comparant à une valeur de référence : c’est l’étape 4 de la synthèse, appelée "analyse".