La distillation by hervé THIS !

1. À propos de changement d’état, nous avons considéré l’évaporation mais nous ne sommes pas encore revenus à la liquéfaction d’un gaz.
Je le prends d’abord du point de vue de l’équilibre la système, puis dans une exception un peu différente.

2. Considérons d’abord un récipient en verre, empli à moitié d’eau (et le reste de l’air) que nos chauffons.

3. Progressivement, de l’eau qui s’évapore  entraîne l’air vers le haut, de sorte que le récipient sera bientôt pour partie plein d’eau et pour partie plein de vapeur d’eau.

4. Quand nous fermons le récipient, puis que nous cessons de chauffer, les molécules d’eau (il n’y a plus que cela dans le récipient fermé) se répartissent donc entre la phase liquide et la phase gazeuse.
Oui, dans le récipient, ce qui n’est pas de l’eau liquide est de la vapeur d’eau, et d’ailleurs sous une pression réduite, puisque, après avoir fermé le récipient, la vapeur s’est en partie recondensée en eau liquide, ce dont on pourra s’assurer en essayant de retirer le bouchon… et l’on n’y arrivera pas, car si l’on se souvient de l’expérience des sphères de Magdebourg, on saura qu’il faut deux attelages de chevaux puissants pour y parvenir. Voir par exemple : https://www.youtube.com/watch?v=mrXxHBi0F8U.
Pour ceux qui veulent le calculer, il y a la pression atmosphérique à vaincre, et à appliquer la relation entre la force et la surface. Ici, les chevaux doivent lutter contre la pression atmosphérique, dont on sait qu’elle est égale à  100 000 pascals.

5. La raison du « vide » fait dans notre ballon, c’est que l’eau liquide prend environ mille fois moins de place que la vapeur : quand on refroidit, après avoir bouché, tout le volume de vapeur se réduit ensuite à un millière de lui-même. Du vide est donc créé.
Ou, plus exactement, s’installe alors, à la pression qui est celle du récipient clos, un équilibre, entre le liquide et la vapeur : des molécules s’évaporent, et d’autres viennent se condenser.

6. Proches de ces liquéfactions ou évaporations, parce qu’elles y interviennent, il y a a diverses méthodes de distillation  : simple, fractionnée,  sous vide, par entraînement  à la vapeur d’eau… Mais je propose d’en rester à l’expérience la plus simple, qui consiste à us surmonter ballon en verre d’une colonne, laquelle conduit à un réfrigérant. Le liquide s’évapore, monte dans la colonne, arrive dans le réfrigérant, et retombe à côté  : évaporation, puis liquéfaction.

7. Avec de l’eau salée, par exemple, on peut ainsi récupérer de l’eau parfaitement pure, car le sel ne s’évapore pas… Raison pour laquelle il est inutile de saler l’eau dans un cuit-tout à la vapeur.

8. Mais avec un mélange d’eau et d’éthanol (l' »alcool »), alors l’éthanol s’évapore dès 76 °C, et c’est lui qui part le premier, pour aller se condenser, formant un distillat plus concentré en alcool.
Dans ce cas, le distillat contient encore un peu d’eau, puisque l’éthanol qui a été évaporé a entraîné l’eau qui était en phase vapeur (on se souvient de la première expérience qu’il y en a toujours).

9. Bref, bien difficile de faire de l’alcool absolu, parfaitement pur. Et, en pratique, on le fait en éliminant l’eau à l’aide de métaux (tel le sodium) que l’on met dans l’alcool absolu.

10. Avec un mélange de plusieurs composés, la distillation fait un fractionnement : on part d’un mélange, et l’on obtient des « fractions ». C’est d’ailleurs ce que nous avons déjà évoqué à propos de sel et de sucre : leur cristallisation conduit à la formation de cristaux « purs », par « cristallisation fractionnée ».

11. Et d’ailleurs, c’est le lieu de signaler que l’on peut aussi fractionner un mélange d’eau et d’éthanol en le refroidissant à des températures où l’eau congère : si l’on enlève le glaçon formé, il reste de l’éthanol concentré. C’est ce que font certains Canadiens… avec un résultat différent de la distillation dans du cuivre, où le métal réagit avec certains composés. Mais évidemment, on pourra aussi chauffer le mélange dans du cuivre, avant de le congeler… sans oublier que la loi interdit de faire ses petites distillations afin de produire de l’alcool.