Para a separação de misturas homogêneas, utilizamos basicamente a processo de destilação.
Destilação simples
É o processo utilizado em misturas homogêneas que contém soluções sólido-líquido (onde o sólido é dissolvido no líquido). Esse tipo de destilação é usado com a finalidade de obter um líquido puro. Na destilação, a solução (mistura homogênea) é colocada em um balão e é aquecido até o líquido entrar em ebulição (ferver).
O sólido que estava no balão dissolvido permanece no balão, enquanto que o líquido evapora passando por um condensador (geralmente com água fria que resfria o vapor), fazendo o vapor voltar para o estado líquido. Este líquido resultante, agora puro, pode ser recolhido em outro frasco. Esse tipo de destilação é usado para separar substâncias com ponto de ebulição bem diferente.
A natureza faz a destilação da água ao longo do ciclo hidrológico. Mas a chuva não é água pura porque, ao cair, incorpora impurezas da atmosfera. Tanto que se costuma dizer que a chuva “lava” o ar, livrando-se dos poluentes atmosféricos.
Destilação Fracionada
é usada na separação de misturas homogêneas quando os componentes da mistura são líquidos. A destilação fracionada é baseada nos diferentes pontos de ebulição dos componentes da mistura. A técnica e a aparelhagem utilizada na destilação fracionada é a mesma utilizada na destilação simples, apenas deve ser colocado um termômetro no balão de destilação, para que se possa saber o término da destilação do líquido de menor ponto de ebulição. O término da destilação do líquido de menor ponto de ebulição ocorrerá quando a temperatura voltar a se elevar rapidamente.
A destilação fracionada é utilizada na separação dos componentes do petróleo. O petróleo é uma substância oleosa, menos densa que a água, formado por uma mistura de substâncias.
O petróleo bruto é extraído do subsolo da crosta terrestre e pode estar misturado com água salgada, areia e argila. Por decantação separa-se a água salgada, por filtração a areia e a argila. Após este tratamento, o petróleo, é submetido a um fracionamento para separação de seus componentes, por destilação fracionada. As principais frações obtidas na destilação do petróleo são: fração gasosa, na qual se encontra o gás de cozinha; fração da gasolina e da benzina; fração do óleo diesel e óleos lubrificantes, e resíduos como a vaselina, asfalto e piche.
A destilação fracionada também é utilizada na separação dos componentes de uma mistura gasosa. Primeiro, a mistura gasosa deve ser liquefeita (tornar líquido) através da diminuição da temperatura e aumento da pressão. Após a liquefação, submete-se a mistura a uma destilação fracionada: o gás de menor ponto de ebulição volta para o estado gasoso.
Esse processo é utilizado para separação do oxigênio do ar atmosférico, que é constituído de aproximadamente 79% de nitrogênio, 20% de oxigênio e 1% de outros gases. No caso desta mistura o gás de menor ponto de ebulição é o nitrogênio.