Se la composizione della soluzione avesse un comportamento ideale (più avanti discuteremo le soluzioni reali), la sua pressione di vapore, P, alla temperatura, T, sarebbe data dalla somma delle pressioni di vapore parziali di A e B. Per esempio, la pressione di una miscela di composizione C, ha una pressione Pc data dalla somma delle due pressioni parziali:
infatti, FC = DC + EC in quanto DC = FE perché appartenenti a due triangoli ABN e BMN che hanno la stessa base, BN, e la stessa altezza, MN.
considerando che nella soluzione le pressioni di vapore sono quelle che avrebbero i singoli componenti puri, pA0 e pB0, però ridotte in funzione delle rispettive frazioni molari in soluzione, si ha:
Osservando l'animazione a destra, si vede chiaramente che quando il termometro nel cilindro indica la temperatura T3 , la miscela inizierà a bollire (il pallino rosso sul diagramma raggiunge il punto N : temperatura T3) ed il vapore emesso - essendo alla stessa temperatura del liquido - ha la composizione M' (calcolata graficamente conducendo dal punto N - sulla curva del liquido - una retta parallela all'asse delle x fino ad incontrare - sulla curva del vapore - il punto N' , e poi abbassando da questo punto la verticale sulle ascisse)
La miscela liquida, avendo liberato in quantità maggiore il componente A (più volatile), diverrà più concentrata nel componente B e quindi la sua temperatura di ebollizione aumenterà.
Pertanto, è ovvio che la temperatura di ebollizione della miscela andrà continuamente aumentando (spostandosi lungo la linea del liquido, a partire dal punto N) fino a che il liquido residuo (sempre più concentrato nel componente B) avrà raggiunto una composizione tale che il suo vapore (la cui composizione si sposta lungo la linea del vapore) abbia la stessa composizione M del liquido di partenza (v. punto P del diagramma): questo accade alla temperatura T4, e pertanto a questa temperatura terminerà l'ebollizione in quanto tutto il liquido è trasformato in vapore.
Questo semplice esperimento dimostra che le miscele di due liquidi non hanno una temperatura di ebollizione, ma un intervallo di ebollizione; in questo caso, compreso tra
T3 e T4.
 distillatore semplice (modificato da: www.wpbschoolhouse.btinternet.co.uk) |
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| alambicco distillatore in rame con caldaia a sfera da 3.000 cc (prodotto da Arrigo De Gasperi). Il componente più volatile esce per primo dal tubicino. | alambicchi in vetro utilizzati dagli alchimisti. |
Questo processo può essere utilizzato per purificare l'acqua poiché i componenti solidi disciolti hanno un punto di ebollizione più alto e quindi non evaporano insieme al vapore. Tuttavia, questo metodo è scarsamente efficiente per separare una miscela di liquidi, particolarmente se i loro punti di ebollizione sono abbastanza vicini tra loro.
Il condensatore inserito nel distillatore per aumentare l'efficacia della distillazione, prevede che il liquido di raffreddamento in ingresso (l'acqua) fluisca nel verso opposto del distillato. Questo precesso definisce uno scambiatore di calore in controcorrente; al contrario, quando il liquido refrigerante fluisce nello stesso verso del distillato (o del liquido da reffreddare) si ha uno scambiatore in equicorrente.
La principale differenza fra i due tipi di scambiatore, è riassunta dai grafici in basso.
Si deve notare che nello scambiatore in equicorrente si ha un salto termico notevole all'inizio del processo, e la differenza di temperatura dei due fluidi si attenua lungo il percorso fino a portarsi all'equilibrio. Questo fatto è importante quando per es. il liquido da distillare deve ricadere nel recipiente riscaldato in modo da concentrarsi (v. soxhlet). Al contrario, quando lo scambiatore è in controcorrente, la differenza di temperatura fra i due fludi si mantiene pressocché costante e questo è apprezzato nella distillazione.
Uno dei problemi che affliggono molte popolazioni, è la mancanza di acqua o la sua poca disponibilità. Ci sono luoghi della Terra dove le falde acquifere sono difficilmente raggiungibili e l'unica acqua disponibile è quella salmastra.
 Fig. 1 - alla composizione del liquido letta nella curva inferiore, corrisponde la composizione del vapore letta sulla curva superiore. Nella zona fra le due cuve si può leggere la composizione della miscela. |
In pratica, il vapore risale lungo il tubo distillatore e attraversando lo scambiatore di calore viene raffreddato e condensa gocciolando in un adatto recipiente di raccolta.
Il vapore condensato (distillato) di composizione C2, supponiamo pari a 12% A e 88% B, viene raccolto in una beuta. Su questo condensato è possibile ripetere la distillazione in modo da ottenere una maggior purezza del componente più volatile.
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| Fig. 2 - un secondo processo distillativo a partire da una miscela di composizione C2, produce un distillato arricchito nel componente più volatile rispetto alla quantità ottenuta dalla distillazione precedente. |
aij = (yi/xi)/(yj/xj)
yi = frazione molare del componente "i" nel vapore
xj = frazione molare del componente "j" nel liquido
Così, se la volatilità relativa tra due componenti è molto vicina a 1, ciò indica che essi hanno tensioni di vapore molto simili. Questo comporta che essi hanno punti di ebollizione simili e pertanto sarà difficile separare i due componenti mediante distillazione.
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Marcello Guidotti, copyright 2004-2005
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