PRACT .8 Destilacion

Universidad Mayor de San Simón

Departamento de Química

Laboratorio de Fisicoquímica

DESTILACIÓN POR ARRASTRE DE VAPOR 1.- OBJETIVO GENERAL: •

Realizar la destilación del agua por arrastre de vapor

2.- OBJETIVOS ESPECIFICOS: • • • •

•

Determinar el peso molecular del aceite e!traído de una materia org"nica #$o%as de molle& Determinar el rendimiento de la pr"ctica Manipular correctamente los instrumentos del laboratorio 'islar el aceite esencial de un producto natural utilizando la destilación por arrastre con vapor

Determinar la cantidad de líquido destilado y su volumen

3. MARCO TEÓRICO: La destilación por arrastre con vapor es una t(cnica usada para separar sustancias org"nicas insolubles en agua y ligeramente vol"tiles) de otras no vol"tiles que se encuentran en la mezcla) como resinas o sales inorg"nicas) u otros compuestos org"nicos no arrastrables

Ley de Dal!" Los vapores saturados de los líquidos inmiscibles sigue la Ley de Dalton sobre las presiones parciales) que dice que* cuando dos o m"s gases o vapores) que no reaccionan entre sí) se mezclan a temperatura constante) cada gas e%erce la misma presión que si estuviera solo y la suma de las presiones de cada uno) es igual a la presión total del sistema Su e!presión matem"tica es la siguiente* +, - +. / +0 / 1/ +n 'l destilar una mezcla de dos líquidos inmiscibles) su punto de ebullición ser" la temperatura a la cual la suma de las presiones presiones de vapo vaporr es igual a la atmos2(rica atmos2(rica 3sta temperatur temperaturaa ser" in2erior in2erior al punto de ebullición ebullición del componente m"s m"s vol"til Si uno de los líquidos es agua # destilación por arrastre con vapor de agua & y si se traba%a a la presión atmos2(rica) se podr" separar un componente de mayor punto de ebullición que el agua a una temperatura in2erior a .4456 3sto es muy importante cuando el compuesto se descompone a su temperatura de ebullición o cerca de ella 3n general) esta t(cnica se utiliza cuando los compuestos cumplen con las condiciones de ser vol"tiles) inmiscibles en agua) tener presión de vapor ba%a y punto de ebullición alto

La ley de Ra!#l que para soluciones ideales establece que 7 la presión de Vapor de un componente de una mezcla es proporciona proporcionall a la concentración de dicho componente y a la presión de vapor del componente puro 8

3!presadas simbólicamente estas leyes adoptan la 2orma*

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Ley de Raoult* Pvi - Pvi4  !i Donde) • •

Pvi - +resión de vapor del componente 7i8 en la mezcla Pvi4 - +resión de vapor del componente 7i8 puro #este valor depende de la temperatura de traba%o&

Se de2ine una $e%&la 'deal de d!( l)*#'d!( como aquella en la que ambos constituyentes cumplen la ley de Raoult en todo el intervalo de concentraciones y a todas las temperaturas.

3n general) la ley de Ra!#l se cumple en aquellos sistemas donde las interacciones entre las mol(culas de ' y : que los componen no son apreciables +or lo tanto) en este tipo de mezclas) la tendencia al escape de las mol(culas de ' ser" la misma que en el líquido puro ;o obstante) la proporción de mol(culas de ' dentro del sistema ser" menor y por lo tanto la presión de vapor disminuir" en proporción a cómo varía su 2racción molar en el vapor +or lo tanto un gr"2ico de presión de vapor versus 2racción molar se vería de la siguiente manera*

Figura 1

Las mezclas que presentan un gr"2ico similar al de la Figura . se denominan mezclas ideales 3%emplos de mezclas que siguen este comportamiento) en el rango de temperatura observado) son* n<$e!ano y n<$eptano) cloruro de butilo y bromuro de butilo) bromoetano y cloroetano) entre otras 6uando e!isten interacciones entre las mol(culas de ' y : de una mezcla) la presencia de una de ellas a2ectar" a la tendencia al escape de la otra Si : presenta 2uerzas intermoleculares entre sí mayores que las de ' entre sí) el e2ecto que producir" agregar mol(culas de : al líquido ' ser" aumentar la tendencia al escape de este =ltimo> por lo tanto la presión de vapor de ' ser" mayor a la del líquido puro 3ste comportamiento se denomina desviación positiva de la ley de Ra!#l 3n cambio) si las mol(culas de ' interaccionan m"s 2uertemente con las mol(culas de : que consigo mismas) la presión de vapor de ' ser" menor que la del líquido puro 3ste tipo de comportamiento se conoce con el nombre de desviación negativa de la ley de Ra!#l

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.< ?r"2ico de presión de vapor versus 2racción molar para sistemas con desviaciones positi< vas de la Ley de Raoult


0< ?r"2ico de presión de vapor versus 2racción molar para sistemas con desviaciones nega< tivas de la Ley de Raoult

Figura 2

De('la&'+" de $e%&la( l)*#'da(. Si el sistema es @ideal@ #es decir) que la ley de Raoult describe adecuadamente el comportamiento real del sistema&) la presión de vapor varía regularmente con el cambio de la composición Un gr"2ico de temperatura versus 2racción molar para sistemas ideales tendr" la siguiente 2orma*

Figura 3

Si el sistema presenta desviaciones positivas considerables) la curva correspondiente a temperatura versus composición e!$ibir" un mínimo #punto M en la Figura A izquierda& La mezcla cuya composición corresponda a dic$o punto se denomina mezcla azeotrópica y tiene la particularidad de que) al igual que en una sustancia pura) destila sin variar su composición a una temperatura constante 3sta es la temperatura mínima a la cual comenzar" a destilar cualquier mezcla de ' y : +or el contrario) si el sistema presenta desviaciones negativas considerables) entonces la curva correspondiente a temperatura versus composición e!$ibir" un m"!imo #punto M en la Figura A derec$a& La mezcla cuya composición corresponda a dic$o punto se denomina tambi(n mezcla azeotrópica #@azeótropo de m"!ima@& con características similares a las descritas en el p"rra2o anterior 3sta ser" la temperatura m"!ima a la cual podr" destilar cualquier mezcla de ' y :

.< ?r"2ico de temperatura versus composición

0< ?r"2ico de temperatura versus composición

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para mezclas que presentan azeótropo de mínima


para mezclas que presentan azeótropo de m"!ima

A&e'e( e(e"&'ale(, La destilación por arrastre con vapor tambi(n se emplea con 2recuencia para separar aceites esenciales de te%idos vegetales Los aceites esenciales son mezclas comple%as de $idrocarburos) terpenos) alco$oles) compuestos carbonílicos) alde$ídos arom"ticos y 2enoles y se encuentran en $o%as) c"scaras o semillas de algunas plantas 3n el vegetal) los aceites esenciales est"n almacenados en gl"ndulas) conductos) sacos) o simplemente reservorios dentro del vegetal) por lo que es conveniente desmenuzar el material para e!poner esos reservorios a la acción del vapor de agua Los aceites esenciales son productos naturales aplicados en di2erentes industrias) como son la 2armac(utica) alimenticia) en per2umería) entre otros usos 'ctualmente) se constituyen en productos alternativos para la elaboración de biopesticidas o bio$erbicidas La obtención de los aceites esenciales es realizada com=nmente por la tecnología llamada de destilación por arrastre con vapor) en sus di2erentes modalidades La pureza y el rendimiento del aceite esencial depender"n de la t(cnica que se utilice para el aislamiento M!d!(, 6uando se usa vapor saturado o sobrecalentado) generado 2uera del equipo principal) ya sea por una caldera) una olla de presión o un matraz adecuado) esta t(cnica recibe el nombre de 7destilación por arrastre con vapor8) propiamente dic$a ,ambi(n se puede usar el llamado 7m(todo directo8) en el que el material est" en contacto íntimo con el agua generadora del vapor 3n este caso) se ponen en el mismo recipiente el agua y el material a e!traer) se calientan a ebullición y el aceite e!traído es arrastrado %unto con el vapor de agua $acia un condensador) que en2ría la mezcla) la cual es separada posteriormente para obtener el producto deseado 3ste m(todo es usado de pre2erencia cuando el material a e!traer es líquido o cuando se utiliza de 2orma espor"dica Una variante de esta =ltima t(cnica es la llamada 7$idrodestilación8) en la que se coloca) al 2inal del re2rigerante una trampa de Dean el componente m"s vol"til) casi siempre agua) se desec$a Sin embargo) la 2inalidad principal de la destilación es obtener el componente m"s vol"til en 2orma pura +or e%emplo) la eliminación del agua de la glicerina evaporando el agua) se llama evaporación) pero la eliminación del agua del alco$ol evaporando el alco$ol se llama destilación) aunque se usan mecanismos similares en ambos casos Si la di2erencia en volatilidad #y por tanto en punto de ebullición& entre los dos componentes es grande) puede realizarse 2"cilmente la separación completa en una destilación individual 3l agua

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del mar) por e%emplo) que contiene un AE de sólidos disueltos #principalmente sal com=n&) puede puri2icarse 2"cilmente evaporando el agua) y condensando despu(s el vapor para recoger el producto* agua destilada +ara la mayoría de los propósitos) este producto es equivalente al agua pura) aunque en realidad contiene algunas impurezas en 2orma de gases disueltos) siendo la m"s importante el dió!ido de carbono

Si los puntos de ebullición de los componentes de una mezcla sólo di2ieren ligeramente) no se puede conseguir la separación total en una destilación individual Un e%emplo importante es la separación de agua) que $ierve a .44 6) y alco$ol) que $ierve a GH)I 6 Si se $ierve una mezcla de estos dos líquidos) el vapor que sale es m"s rico en alco$ol y m"s pobre en agua que el líquido del que procede) pero no es alco$ol puro 6on el 2in de concentrar una disolución que contenga un .4E de alco$ol #como la que puede obtenerse por 2ermentación& para obtener una disolución que contenga un I4E de alco$ol #2recuente en el J$isCy&) el destilado $a de destilarse una o dos veces m"s) y si se desea alco$ol industrial #9IE& son necesarias varias destilaciones

Te!/)a de la de('la&'+", 3n la mezcla simple de dos líquidos solubles entre sí) la volatilidad de cada uno es perturbada por la presencia del otro 3n este caso) el punto de ebullición de una mezcla al I4E) por e%emplo) estaría a mitad de camino entre los puntos de ebullición de las sustancias puras) y el grado de separación producido por una destilación individual dependería solamente de la presión de vapor) o volatilidad de los componentes separados a esa temperatura 3sta sencilla relación 2ue anunciada por vez primera por el químico 2ranc(s FranKois Marie Raoult #.HB4<.94.& y se llama ley de Raoult 3sta ley sólo se aplica a mezclas de líquidos muy similares en su estructura química) como el benceno y el tolueno 3n la mayoría de los casos se producen amplias desviaciones de esta ley Si un componente sólo es ligeramente soluble en el otro) su volatilidad aumenta anormalmente 3n el e%emplo anterior) la volatilidad del alco$ol en disolución acuosa diluida es varias veces mayor que la predic$a por la ley de Raoult 3n disoluciones de alco$ol muy concentradas) la desviación es a=n mayor* la destilación de alco$ol de 99E produce un vapor de menos de 99E de alco$ol +or esta razón el alco$ol no puede ser concentrado por destilación m"s de un 9GE) aunque se realice un n=mero in2inito de destilaciones

Aa/a! de de('la&'+", ,(cnicamente el t(rmino alambique se aplica al recipiente en el que se

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$ierven los líquidos durante la destilación) pero a veces se aplica al aparato entero) incluyendo la columna 2raccionadora) el condensador y el receptor en el que se recoge el destilado 3ste t(rmino se e!tiende tambi(n a los aparatos de destilación destructiva o craqueo Los alambiques para traba%ar en el laboratorio est"n $ec$os normalmente de vidrio) pero los industriales suelen ser de $ierro o acero 3n los casos en los que el $ierro podría contaminar el producto se usa a menudo el cobre) y los alambiques pequeos para la destilación de J$isCy est"n $ec$os 2recuentemente de vidrio y cobre ' veces tambi(n se usa el t(rmino retorta para designar a los alambiques

De('la&'+" 0/a&&'!"ada, 3n el e%emplo anterior) si se consigue que una parte del destilado vuelva del condensador y gotee por una larga columna a una serie de placas) y que al mismo tiempo el vapor que se dirige al condensador burbu%ee en el líquido de esas placas) el vapor y el líquido interaccionar"n de 2orma que parte del agua del vapor se condensar" y parte del alco$ol del líquido se evaporar" 'sí pues) la interacción en cada placa es equivalente a una redestilación) y construyendo una columna con el su2iciente n=mero de placas) se puede obtener alco$ol de 9IE en una operación individual 'dem"s) introduciendo gradualmente la disolución original de .4E de alco$ol en un punto en mitad de la columna) se podr" e!traer pr"cticamente todo el alco$ol del agua mientras desciende $asta la placa in2erior) de 2orma que no se desperdicie nada de alco$ol 3ste proceso) conocido como recti2icación o destilación 2raccionada) se utiliza muc$o en la industria) no sólo para mezclas simples de dos componentes #como alco$ol y agua en los productos de 2ermentación) u o!ígeno y nitrógeno en el aire líquido&) sino tambi(n para mezclas m"s comple%as como las que se encuentran en el alquitr"n de $ulla y en el petróleo La columna 2raccionadora que se usa con m"s 2recuencia es la llamada torre de burbu%eo) en la que las placas est"n dispuestas $orizontalmente) separadas unos centímetros) y los vapores ascendentes suben por unas c"psulas de burbu%eo a cada placa) donde burbu%ean a trav(s del líquido Las placas est"n escalonadas de 2orma que el líquido 2luye de izquierda a derec$a en una placa) luego cae a la placa de aba%o y allí 2luye de derec$a a izquierda La interacción entre el líquido y el vapor puede ser incompleta debido a que puede producirse espuma y arrastre de 2orma que parte del líquido sea transportado por el vapor a la placa superior 3n este caso) pueden ser necesarias cinco placas para $acer el traba%o de cuatro placas teóricas) que realizan cuatro destilaciones Un equivalente barato de la torre de burbu%eo es la llamada columna apilada) en la que el líquido 2luye $acia aba%o sobre una pila de anillos de barro o trocitos de tuberías de vidrio La =nica desventa%a de la destilación 2raccionada es que una gran 2racción #m"s o menos la mitad& del destilado condensado debe volver a la parte superior de la torre y eventualmente debe $ervirse otra vez) con lo cual $ay que suministrar m"s calor +or otra parte) el 2uncionamiento continuo permite grandes a$orros de calor) porque el destilado que sale puede ser utilizado para precalentar el material que entra 6uando la mezcla est" 2ormada por varios componentes) estos se e!traen en distintos puntos a lo largo de la torre Las torres de destilación industrial para petróleo tienen a menudo .44 placas) con al menos diez 2racciones di2erentes que son e!traídas en los puntos adecuados Se $an utilizado torres de m"s de I44 placas para separar isótopos por destilación De('la&'+" !/ a!/, Si dos líquidos insolubles se calientan) ninguno de los dos es a2ectado por la presencia del otro #mientras se les remueva para que el líquido m"s ligero no 2orme una capa impenetrable sobre el m"s pesado& y se evaporan en un grado determinado solamente por su propia volatilidad +or lo tanto) dic$a mezcla siempre $ierve a una temperatura menor que la de cada componente por separado 3l porcenta%e de cada componente en el vapor sólo depende de su presión de vapor a esa temperatura 3ste principio puede aplicarse a sustancias que podrían verse per%udicadas por el e!ceso de calor si 2ueran destiladas en la 2orma $abitual 3sta t(cnica es =til para la separación mezclas compuestas por sustancias vol"tiles insolubles en agua y compuestos no vol"tiles Se la utiliza con 2recuencia para e!traer los com=nmente llamados

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@aceites esenciales@ La destilación por arrastre puede ser directa) es decir que la mezcla a destilar y el agua se encuentran en el mismo balón) o indirecta ) cuando se inyecta una corriente de vapor de agua generada en un recipiente separado Seg=n las leyes de los gases) cuando dos líquidos son inmiscibles la presión de vapor de cada uno de ellos no es alterada por la presencia del segundo componente De esta 2orma) un sistema compuesto por dos líquidos inmiscibles comenzar" a $ervir a la temperatura a la cual la suma de las presiones parciales de cada componente alcance el valor de la presión atmos2(rica 3n consecuencia el sistema comenzar" a destilar a una temperatura menor que aquella a la cual lo $arían cualesquiera de los componentes puros y adem"s dic$a temperatura de ebullición se mantendr" constante mientras ambos componentes est(n presentes La presión parcial de vapor de un líquido : # p:& se puede e!presar en 2unción de su 2racción molar # x:& y de la presión total # P & e%ercida sobre la super2icie del líquido de la siguiente manera* p: = x: P

'n"logamente para el agua #'&* p' = x' P

Dividiendo miembro a miembro se obtiene*

De esta 2orma se puede calcular la masa de sustancia que podría ser arrastrada con una determinada masa de agua Finalmente la sustancia arrastrada se separa de la 2ase acuosa por 2iltración) si es sólida) o por e!tracción si es líquida

De('la&'+" al a&)!, tro m(todo para destilar sustancias a temperaturas por deba%o de su punto normal de ebullición es evacuar parcialmente el alambique +or e%emplo) la anilina puede ser destilada a .44 6 e!trayendo el 9BE del aire del alambique 3ste m(todo es tan e2ectivo como la destilación por vapor) pero m"s caro 6uanto mayor es el grado de vacío) menor es la temperatura de destilación Si la destilación se e2ect=a en un vacío pr"cticamente per2ecto) el proceso se llama destilación molecular 3ste proceso se usa normalmente en la industria para puri2icar vitaminas y otros productos inestables Se coloca la sustancia en una placa dentro de un espacio evacuado y se calienta 3l condensador es una placa 2ría) colocada tan cerca de la primera como sea posible La mayoría del material pasa por el espacio entre las dos placas) y por lo tanto se pierde muy poco De('la&'+" $!le&#la/ &e"/)0#a, Si una columna larga que contiene una mezcla de gases se cierra $erm(ticamente y se coloca en posición vertical) se produce una separación parcial de los gases como resultado de la gravedad 3n una centri2ugadora de alta velocidad) o en un instrumento llamado vórtice) las 2uerzas que separan los componentes m"s ligeros de los m"s pesados son miles de veces mayores que las de la gravedad) $aciendo la separación m"s e2icaz +or e%emplo) la separación del $e!a2luoruro de uranio gaseoso) UF) en mol(culas que contienen dos isótopos di2erentes del uranio) uranio 0BI y uranio 0BH) puede ser llevada a cabo por medio de la destilación

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molecular centrí2uga

S#l'$a&'+", Si se destila una sustancia sólida) pas"ndola directamente a la 2ase de vapor y otra vez a la 2ase sólida sin que se 2orme un líquido en ning=n momento) el proceso se llama sublimación La sublimación no di2iere de la destilación en ning=n aspecto importante) e!cepto en el cuidado especial que se requiere para impedir que el sólido obstruya el aparato La recti2icación de dic$os materiales es imposible 3l yodo se puri2ica por sublimación De('la&'+" de(/#&'a, 6uando se calienta una sustancia a una temperatura elevada) descomponi(ndose en varios productos valiosos) y esos productos se separan por 2raccionamiento en la misma operación) el proceso se llama destilación destructiva Las aplicaciones m"s importantes de este proceso son la destilación destructiva del carbón para el coque) el alquitr"n) el gas y el amoníaco) y la destilación destructiva de la madera para el carbón de lea) el "cido etanoico) la propanona y el metanol 3ste =ltimo proceso $a sido ampliamente desplazado por procedimientos sint(ticos para 2abricar distintos subproductos 3l craqueo del petróleo es similar a la destilación destructiva

4. MATERIALES • • • • • • • • • • • • • •

3mbudo ,ubo re2rigerante Manguera :ureta Soporte universal :alanza digital +ipeta Naso de precipitación ,ermómetro Frasco pequeo Oornilla 3quipo de destilación 6ronómetro +robeta graduada

Rea&'!(: • •

'gua Materia org"nica #Oo%as de molle&

5. ES67EMA DE TRABAJO:

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Figura .* Monta%e e!perimental del equipo #Destilación por arrastre de vapor&

8. PROCEDIMIENTO E9PERIMENTAL Recolectar el material org"nico del cual se va a e!traer el aceite Pntroducir agua en el recipiente del aparato de destilación +esar la materia org"nica e introducir en el recipiente superior para e!traer el aceite 6onectar con un sistema de condensación

,apar el sistema y encender la $ornilla

Leer la temperatura en la primera gota) leer la temperatura al primer) segundo y tercer minuto y cronometrar el tiempo total de destilación

Finalmente separar el aceite del agua destilada y pesar cada uno de ellos

. DATOS, CALC7LOS ; RES7LTADOS: Tala 1 Da!( del 'e$! de De('la&'+"

" T<=C>  <$'"> . 94 4 0 90 . B 90 0 A 90 B I 90 A F#e"e: 3laboración +ropia

6on los datos de la tabla . se construir" la gra2ica .*

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



Dee/$'"a&'+" del e(! $!le&#la/ del a&e'e:

= 40A4 g Q T ambiente = 045 C Q V H 0 = .B9 mLQ ⇒ m H 0 = .BHG00 g Q P o H 0 # a S 945 C & = I0IGL4 mmHg Q P atm = ILA.HLmmHg Q maceite

+artimos de la relación*

= P aceite + P o H 0 ⇒ P aceite = ILA.HL − I0IGL4 = BHA0LmmHg Q

P atm

x aceite

=

x aceite

=

P aceite P atm

=

BHA0L ILA.HL

= 44LH..

m aceite ⋅ ! H 0 m aceite ⋅ ! H 0

+ m H 0 ⋅ ! aceite  m aceite ⋅ ! H 0  . 40A4 ⋅.H − . = − .  ⋅  ⋅ m H 0  44LH..  .BHG00 

 . ⇒ ! aceite =   x aceite ∴ ! aceite = 4A0L4H g T mol Q 

Dee/$'"a&'+" del Re"d'$'e"! de la /?&'&a: E Re n dim iento

E Re n dim iento =

=

m aceite m producto

40A4 .L9 H44

U.44

U.44 = 4.A4 E

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@. CONCL7SIONES ; OBSERVACIONES: Se logró la destilación de agua por arrastre de vapor

•

6oncluimos diciendo que se logró determinar el peso molecular del aceite e!traído de la materia org"nica #$o%as de molle&) siendo su valor*

•

! aceite

•

Se logró determinar el rendimiento de nuestra pr"ctica) pero el resultado no 2ue tan bueno ya que $ubo 2uga de gas de vapor) obteniendo un valor de*

E Re n dim iento

•

= 4A0L4H g T mol Q

40A4 =

U.44

=

4.A4

Se manipulo correctamente los materiales del laboratorio) porque gracias a ello pudimos obtener los respectivos resultados para nuestros ob%etivos planteados

bservaciones* •

Se tener en cuenta acerca del colocado de las mangueras en el condensador

. BIBLIOGRAFIA:  6astell"n) ?ilbert .9GA "isico#u$mica. Fondo 3ducativo Pnteramericano :ogot" V 6$ang) Raymond .99H %u$mica. 3ditorial Mc?raJ
 Manuel Urquiza .9GA &xperimentos de "isico#u$mica) 3ditorial Limusa) M(!ico  FredericC R Longo %u$mica 'eneral ) ed .9G9  Microso2t X 3ncarta X 0449 Y .99B<044H Microso2t 6orporation Reservados todos los derec$os  Marón y +rut) .9H4 72undamentos de 2isicoquímica8) Limusa) M(!ico) pag .I.) .I).IG

1. C7ESTIONARIO: D3S,PL'6PZ; +R 'RR'S,R3 D3 N'+R .< Responda a las siguientes preguntas* a& Pnvestigue sobre la destilación al vacío

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R< tro m(todo para destilar sustancias a temperaturas por deba%o de su punto normal de ebullición es evacuar parcialmente el alambique +or e%emplo) la anilina puede ser destilada a .44 6 e!trayendo el 9BE del aire del alambique 3ste m(todo es tan e2ectivo como la destilación por vapor) pero m"s caro 6uanto mayor es el grado de vacío) menor es la temperatura de destilación Si la destilación se e2ect=a en un vacío pr"cticamente per2ecto) el proceso se llama destilación molecular 3ste proceso se usa normalmente en la industria para puri2icar vitaminas y otros productos inestables Se coloca la sustancia en una placa dentro de un espacio evacuado y se calienta 3l condensador es una placa 2ría) colocada tan cerca de la primera como sea posible La mayoría del material pasa por el espacio entre las dos placas) y por lo tanto se pierde muy poco

b& 3!plique la Ley de Raoult R< La Ley de Raoult establece que la relación entre la presión de vapor de cada componente en una solución ideal es dependiente de la presión de vapor de cada componente individual y de la 2racción molar de cada componente en la solución Si un soluto tiene una presión de vapor medible) la presión de vapor de su disolución siempre es menor que la del disolvente puro De esta 2orma la relación entre la presión de vapor de la disolución y la presión de vapor del disolvente depende de la concentración del soluto en la disolución 3sta relación entre ambos se 2ormula mediante la Ley de Raoult mediante la cual* la presión parcial de un disolvente sobre una disolución P ( est) dada por la presión de vapor del disolvente puro P o( * multiplicada por la +racción molar del disolvente en la disolución , (

3s decir que la presión de vapor del soluto crece linealmente con su 2racción molar 3n una solución que sólo contenga soluto) se tiene que [ .-.<[0) donde [0 es la 2racción molar del soluto) pudiendo escribir la 2ormulación de la ley como*

Se puede ver de esta 2orma que una disminución en la presión de vapor) \ P es directamente proporcional a la concentración del soluto presente Una vez que los componentes de la solución $an alcanzado el equilibrio químico) la presión total del vapor es*

y la presión individual de los componentes gaseosos es donde • •

-P  i puro es la presión de vapor del componente puro , i es la 2racción molar del componente en solución

6onsecuentemente a medida que el n=mero de componentes gaseosos va creciendo en la solución) la presión de los componentes individuales decrece) así como la 2racción molar de cada uno de ellos

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que va decreciendo igualmente con la adicción de nuevos componentes Si se tuviera un soluto puro) se alcanzaría el valor nulo de presión de vapor #es decir el cuerpo no se evaporaría& 3n este caso la presión de vapor de la disolución sería igual a la suma de las presiones parciales de cada componente #Ley de Dalton&

c& 3!plique que es un azeótropo R< Un aceótropo #o mezcla azeotrópica& es una mezcla líquida de dos o m"s componentes que posee un =nico punto de ebullición constante y 2i%o) y que al pasar al estado vapor #?aseoso& se comporta como un compuesto puro) o sea como si 2uese un solo componente Un azeótropo) puede $ervir a una temperatura superior) intermedia o in2erior a la de los constituyentes de la mezcla) permaneciendo el líquido con la misma composición inicial) al igual que el vapor) por lo que no es posible separarlos por destilación simple 3l azeótropo que $ierve a una temperatura m"!ima se llama azeótropo de ebullición m"!ima y el que lo $ace a una temperatura mínima se llama azeótropo de ebullición mínima) los sistemas azeotrópicos de ebullición mínima son m"s 2recuentes que los de ebullición m"!ima Un e%emplo es la mezcla de etanol y agua) que 2orma un azeótropo para una concentración del 9IE en peso de alco$ol) que $ierve a una temperatura de GH)0 56 6on una destilación simple se obtiene un alco$ol con este título) pero para conseguir un compuesto m"s puro se necesita utilizar recursos especiales como una destilación azeotrópica

d& ]Qu( pasaría si $ubi(ramos usado benceno en vez de agua para la destilación^ R< 3l :enceno ebulle a H4. 56) por lo tanto nuestra destilación $ubiera comenzado muc$o m"s antes que en la destilación con agua 0< Se e!tra%o un aceite en agua de una planta a nivel del mar La presión del agua era de HH9 _+a La densidad del aceite es 4G9 gTmL y su volumen obtenido es A mL La masa de agua es B. veces m"s que del aceite 6alcular el peso molecular del líquido

S!l#&'+":

= 4G94 g T mL Q V aceite = A mL Q ⇒ m aceite = B.L g Q ⇒ m H 0  = 9G 9L g Q P o H 0  = HH944 Pa Q P atm = .4.B0I Pa Q ρ aceite

+artimos de la relación*

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= P aceite + P o H 0 ⇒ P aceite = .4.B0I − HH944 = .0A0I PaQ

P atm

x aceite

=

x aceite

=

P aceite P atm

=

.0A0I .4.B0I

= 4.00L0

maceite ⋅ ! H 0 maceite ⋅ ! H 0

+ m H 0 ⋅ ! aceite  maceite ⋅ ! H 0  . B.L ⋅ .H − . = − .  ⋅  ⋅ m  4.00L0  9G9L  H 0 

 . ⇒ ! aceite =   xaceite ∴ ! aceite = A.IALH g T mol Q

B< Se mezclaron octano y decano) sus presiones a una temperatura de H0 56 son BAI y 094 torr respectivamente y el octano tiene una 2racción molar de 4 en la mezcla* a& 6alc=lese la presión del sistema P T

= P oc tan o + P decano = BAI + 094 = LBITorr Q

b& Si por cada grado que ba%e la temperatura) la presión total ba%a  mmOg y la del decano ba%a I mmOg Oallar la presión del octano cuando la temperatura es de G 56 S!l#&'+":

T<=C> H0 H. H4 G9 GH GG 8

PT  P!&  Pde& BI 09 0B .G .. 4I 5

Pde& 094 0HI 0H4 0GI 0G4 0I 28

P!& 094 BAA BAB BA0 BA. BA4 33

A< 3n una mezcla de tetra yoduro de carbono y agua se obtuvieron los siguientes datos* T<=Ra$#/> Pa#a P&l!/!e"&e"!

G4 I0 A40

H4 G4 I.H

94 .4GI I9G

a& ]' qu( temperatura en grados 6elsius destilara el tetra yoduro de carbono si la presión total es de .444 mmOg^ b& ]' qu( destilara si la temperatura es de HA 5Re"mur^

a S!l#&'+":

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Departamento de Química 5 C =

,eniendo en cuenta que*

= P H 0 + P C1 A

P T

P H 0 

+or mínimos cuadrados* P C1 A


I ⋅5 /0amur A

= −.A49444 + 0. 9L4 ⋅ T = −0GA BBB + GH44 ⋅ T

T = Temperatur a S en S5 C Q

3ntonces*

= P H 0  + P C1 A = −.A49444 + 0.9L4 ⋅ T − 0GABBB + GH44 ⋅ T ⇒ P T = −.LILBBB + 09GL4 ⋅ T 2i S P T = .444 = −.LILBBB + 09GL4 ⋅ T ⇒ T = H90IH5 C Q = G.A4G5 /0amur Q

P T

 S!l#&'+": 6on la igualdad* 5 C =

I

⋅5 /0amur A ⇒ HA5 /0amur Q = .4I5 C Q P T #T = .4I5 C &

= −.LILBBB + 09GL4 ⋅ .4I ∴ P T #T = .4I5 C & = .ALHALGmmHg Q I< 6uando se destiló dos compuestos se obtuvo los siguientes datos* T'e$! <$'"> 4 0I II

HA 4GI 4IB 404

HB 40I 4AG 4H4

a& Oalle el tiempo cuando : este completamente puro b& Oalle la presión parcial de ' para los B tiempos) si suponemos que la presión de : se mantiene constante en A9I mmOg y la presión e!terna es IA4 mmOg a& S!l#&'+": Si gra2icamos la 2racción de : en 2unción al tiempo) obtenemos la relación lineal por el M(todo de los Mínimos 6uadrados* x 3

= 40B9.0 + 44.44B ⋅ t

3ntonces el tiempo cuando : este completamente puro es cuando x 3 = (* . = 40B9.0 + 44.44B ⋅ t 4espe5amos S t S y S tenemos S el S tiempo * t GIHL4Rmin utosQ

∴ =

 S!l#&'+":

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P T = P 6 + P 3 2i S la S presión S de S 3 S se S mantiene S cons tan te * P P P IA4 − A9I

⇒ 6 = T − 3 =

P AIRmmHg Q → en S los S tres S tiempos

∴ 6 =

11. C7ESTIONARIO: CALOR DE VAPORIACIÓN 1< Responda a las siguientes preguntas* a& ]Qu( di2erencia $ay entre vaporización y ebullición^

R < La Naporización es el cambio de estado de líquido a gaseoso Oay dos tipos de vaporización* la ebullición y la evaporación La 3bullición es el cambio de estado que ocurre cuando una sustancia pasa del estado líquido al estado de vapor  +ara que ello ocurra debe aumentar la temperatura en toda la masa del líquido ' la temperatura durante la cual se dice que un determinado líquido $ierve se la llama punto de ebullición La di2erencia entre la evaporación y la ebullición) es que en la evaporación) el cambio de estado ocurre solamente en la super2icie del líquido 6uando se realiza

una destilación) para separar dos o m"s líquidos de di2erente punto de ebullición) la temperatura permanece constante en el punto de ebullición de cada uno de los líquidos que se desea separar de la mezcla b& ]6ómo seria la ecuación de 6lausius ` 6lapeyron si en vez de 7ln8 usariamos 7log8^

R <

La ecuación sería*

log P v

= 6 −

∆ H vap  .    0B4B /  T 

c& ]+or qu( si el (ter di etílico tiene el mismo peso molecular que el alco$ol etílico no tiene el mismo punto de ebullición^

R < 3s porque en el punto de ebullición in2luyen las interacciones intermoleculares entre las mol(culas del mismo compuesto 3sas 2uerzas son las que $ay que vencer para pasar de líquido a gas en el caso del alco$ol) como tiene un O unido a ) puede 2ormar puentes de O entre las mol(culas de alco$ol #adem"s de dipolo sólo dipolo< dipolo y London 6omo los puentes de O son las interacciones m"s 2uertes) el alco$ol tendr" un punto de ebullición mayor al del (ter

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d& ]3!iste una di2erencia en el punto de ebullición entre el agua dulce y el agua salada^ usti2ique su respuesta

R < La di2erencia es que se evapora m"s r"pido el agua dulce) es decir $ierve mas r"pido 3sto ocurre porque al agregar un soluto a un solvente las propiedades 2ísicas de este =ltimo cambian Las propiedades que cambian son la densidad) el punto de ebullición #aumenta& y el punto de 2usión #disminuye& aplicando esto diríamos que el solvente) el agua) $ierve a .44 56 #al nivel del mar&) pero al agregarle el soluto) la sal) aumenta unos cuantos grados Pgual con el punto de 2usión 3l agua dulce seria el solvente solo 2.- ]' qu( temperatura el agua ebullir"^* R.- 3l agua sometido a una presión de 44 atm ebulle a 456

3.- La presión del 66lA a 0I56 es ..I torr) DOvap -B0I _ T mol Oallar su temperatura cuando tiene una presión de 0. torr ∆ H vap  .    /  T  ∆ H vap  .  6 = ln P v +   /  T  GGLB9GI  .  6 = ln ..I +   .99  09H  6 = .GHBGtorr −.  /  T =  # − ln P v + 6&   ∆ H vap  −. .99   T =  #− ln 0.L + .GHBG&   GGLB9GI  T = B.B4GH5 7 ln P v

CCl A T = 0I 5 C

= ..Itorr ∆ H = B0 I 78 T mol T = ^ P = 0.L torr P v

= 6 −

4.- 6alcule el punto de ebullición en el monte 3verest #HHAH m& del benceno #6O& si la temperatura ambiente es B56 el DOvap -GBI_calTmol y el punto de ebullicon normal es H4. 56

+"gina .G de .9




   T a ⋅ ∆ H vap  / 3    .  T =  + 09 ⋅ 9H ⋅ HAH  .99 ⋅.44G  BIB . 0GL ⋅ GBI4  HB. x.4 T = B.9 L4.5 7 . T

=

. T b

+

! aire ⋅ g ⋅ z  /

0

      

−.

I Se obtuvo los siguientes datos en el e!perimento de un liquido org"nico , 56
II IBH

a& Oallar su entalpia de vaporización , 5_
+ torr .40 .GA B.0 IBH

, 5_ 0H 0HH B4H B0I

+or la ecuación de 6lausius < 6lapeyron ln P v

= 6 −

.T, 5_ BGB.!.4
∆ H vap  .    /  T 

 - '/ : !

alla"d! l!( a/?$e/!( de A, B y / !/ el M!d! G/?0'&!: = .BL9H = −0AAB4G. = −499H

Cal&#la"d! el ∆ H vap 3 = −

∆ H vap

(e 'e"e:

/ = − 3/

∆ H vap ∆ H vap = AHL.G.. S cal T mol

b& 6alcular su temperatura de ebullición en 6oc$abamba #II mmmOg&

alla"d! la T:

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ln+ A0I I.I9 IGAB 0HH



ln P v

= 6 −


∆ H vap  .    /  T  −.

 /  T =  # − ln P v + 6&   ∆ H vap  −. .99   T =  # − ln ILI + .BL9H&   AHI040H  T = BB.00I5 7 c& Determinar su presión de vapor a una temperatura de 0A56 ln P v ln P v ln P v P v

=

.  = 6 − 3     T  .  = .BL9A − 0AAB4G    09G  = IALH 0BL9HL S torr

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PRACT .8 Destilacion

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