UNIVERSIDAD VERACRUZANA

FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS

PRÁCTICA 5

DESTILACIÓN FRACCIONADA

LABORATORIO DE FÍSICO QUÍMICA

EQUIPO 1

• CORTES RUÍZ ADALBERTO • NUÑOZ CEBALLOS NICOLE HAZEL • SUÁREZ MÉNDEZ ALEJANDRO

XALAPA, VERACRUZ; MAYO 2016.

UNIVERSIDAD VERACRUZANA

LABORATORIO DE FÍSICO QUÍMICA

FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS

PRÁCTICA 5

DESTILACIÓN FRACCIONADA

Sustento teórico La presión de vapor de una disolución tiene relación directa con la destilación

fraccionada, procedimiento de separación de los componentes líquidos de una disolución que se basa en la diferencia en sus puntos de ebullición [Chang (2007)]. La destilación simple se utiliza cuando la mezcla de productos líquidos a destilar contiene únicamente una sustancia volátil, o bien, cuando ésta contiene más de una sustancia volátil, pero el punto de ebullición del líquido más volátil difiere del punto de ebullición de los otros componentes en, al menos, 80 °C. La ley de Dalton de la suma de presiones establece que la presión total ejercida por una mezcla de gases es igual a la suma de las presiones de las componentes puras de sus especies constitutivas: = LiPi [Smith & Van Ness (2003)]. El fundamento teórico de esta técnica de separación se basa en la ley de Dalton y en la ley de Raoult. A partir de estas leyes de puede deducir que si tenemos una mezcla líquida en equilibrio con su vapor, la fracción molar de cada componente de la mezcla en estado gaseoso -para un líquido de comportamiento ideal está relacionado con las presiones de vapor de los componentes puros y con las fracciones molares de los mismos en estado líquido. Mediante esta ley se deduce que el vapor en equilibrio con una mezcla líquida esta enriquecido en el componente más volátil.

Objetivos • Calcular el porcentaje de la sustancia destilada pura.

• Analizar las concentraciones del destilado y el remanente.

Descripción de la práctica En la destilación fraccionada los ciclos de evaporación y condensación se repiten

varias veces a lo largo de la columna de fraccionamiento, partiendo de la base de la columna, a medida que aumenta la altura aumenta el enriquecimiento del componente más volátil e inversamente con el componente menos volátil.

Materiales • 1 base universal • 1 matraz pera de una boca. • 1 recipiente para baño María. • 2 pinzas de 3 dedos con nuez. • 2 matraz Erlenmeyer de 125 ml. • 1 refrigerante agua con mangueras. • 1 termómetro. • 1 parrilla eléctrica. • 1 vaso de precipitado de 250 ml. • 1 columna vigraeux. • 1 bomba eléctrica.

Reactivos

• 100 ml de una mezcla de etanol y agua. • vaselina sólida. • piedras para regular la ebullición.

Figura 1. Montaje de una destilación fraccionada

Procedimiento 1. Armar un sistema de destilación fraccionada como se indica en la Figura 1,

cubriendo con una capa de vaselina entre cada conexión. 2. Colocar 100 ml de la sustancia a destilar (mezcla de etanol y agua), en el matraz de

destilación y agregar piedras para regular la ebullición. 3. Hacer circular el agua en contracorriente en el refrigerante, regulando el calor y sin

interrupciones. 4. Observar la temperatura cuando empiece a destilar el líquido. 5. Observar y anotar la lectura del termómetro cada 2 ml. 6. Detener la destilación hasta que quede un volumen de 40 ml.

Resultados y discusión La mezcla de 100 ml está constituida por 70 ml de Etanol y 30 ml de agua.

Usando los pesos moleculares y la densidad de cada componente obtenemos el número de moles presentes de éstos en la mezcla.

Tabla 1. Datos utilizados para el cálculo de moles presentes.

Sustancia Peso molecular Densidad Etanol 46 g/mol 0.789 g/ml Agua 18 g/mol 1 g/ml

Peso del Etanol en la mezcla.

0.789 g70.1 ml 55.3089 gml

=

Peso del Agua en la mezcla. 1 g29.9 ml 29.9 gml

=

Número de moles de Etanol. 55.3089 g 1.2024 mol46 g/molEtn = =

Número de moles de Agua. 29.9 g 1.6611 mol

18 g/molAn = =

Fracción molar de Etanol.

0.4198EtEt

Et A

nxn n

= =+

Figura 2. Datos obtenidos durante la práctica.

La figura 2 muestra los diferentes puntos en los que se fueron obteniendo destilado. Se fue midiendo la cantidad de destilado cada intervalo de un minuto a partir de la primera gota obtenida del vapor condensado.

Figura 3. Diagrama de equilibrio líquido-vapor para una mezcla Agua-Etanol

Figura 4. Matraz de destilación con columna

Figura 5. Montaje del equipo.

En la figura 3, se muestra el diagrama de equilibrio correspondiente a la mezcla destilada, en la que se parte en una fracción molar de 0.4198 para el Etanol. Vemos que en la figura 2 la primera gota del destilado cae a una temperatura aproximada de 80°C, y si observamos en el diagrama, el rango de vaporización para esa composición va de 80°C a 87°C aproximadamente.

Conclusión Los temas de fisicoquímica que se vieron involucrados en la práctica fueron:

• Temperatura • Presión de vapor • Densidad • Calor específico

La temperatura y la presión se ven involucradas en los puntos de ebullición de cada componente de la mezcla, en las clases de equilibrio físico se relacionaron éstas variables a través de la ecuación de Antoine y de acuerdo a las observaciones durante la práctica, se pudo notar _esta relación tomando como la presión total la ambiental. Se pudo observar que mientras la temperatura aumentaba en el sistema, la presión de vapor también lo hacía y ésta se pudo visualizar a través del vapor del destilado. La densidad se encuentra relacionada a su vez con la concentración. Las concentraciones de cada componente en una mezcla, expresadas en fracciones adimensionales, pueden determinar el rango de temperaturas en el que se encontrará el equilibrio entre la fase líquida y la fase vapor de la mezcla.

Cuestionario 1. ¿Qué es el punto de ebullición?

Es la temperatura a la cual un elemento químico pasa del estado líquido a gaseoso, o a la inversa.

2. ¿Qué es la presión de vapor? Es la presión de la fase gaseosa o vapor de un sólido o un líquido sobre la fase liquida, para una temperatura determinada, en la que la fase liquida y el vapor se encuentra en equilibrio dinámico.

3. ¿Qué se entiende por calor latente de vaporización? Es cuando todo líquido tiene una temperatura a la que empieza evaporarse, cuando se entrega energía en forma de calor al líquido, esta energía se utiliza para aumentar la temperatura del mismo.

4. ¿Cuál es el objeto de determinar el punto de ebullición? Es con el objeto de identificar las sustancias.

Referencias [Chang (2007)] R Chang. Química general, 9a edición, ed, 2007.

[Smith & Van Ness (2003)] JM Smith and HC Van Ness. Introducción a la termodinámica

en ingeniería química, 6 a edición, 2003.

Anexos

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Richard D. Campbell, Fractional Distillation: a laboratory experiment, JORNAL OF CHEMICAL

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