Cuando fermenta frutas para hacer alcohol, puede destilar la mezcla líquida para aislar partes de ella. Este método de destilación aprovecha las diferentes composiciones que componen el líquido en un proceso como la fermentación. Los químicos hacen un gran uso de estos procesos para purificar solventes y otros productos de reacciones líquidas, incluida la separación de los componentes del petróleo crudo.
Aparato de destilación
Los gráficos de destilación le muestran las cantidades medidas a través de experimentos de destilación que separan los componentes de los líquidos. Estos experimentos utilizancolumnas de destilación fraccionadaque consiste en una columna que permite que el líquido gotee en un matraz de fondo redondo con un termómetro en la parte superior de la columna para determinar la temperatura del vapor.
Una cámara de líquido diagonal se conecta a un punto a lo largo de la columna fraccional cerca de la parte superior que se extiende lejos de la cámara. Esto crea un área de superficie en la que el vapor puede condensarse y acumularse en un matraz externo.
A través de la configuración de destilación de un diagrama de destilación simple, un líquido se convierte en gas, se condensa de nuevo en un líquido y continúa este proceso hasta que el líquido que desea destilar se reúne en el exterior matraz. El aparato funciona calentando el líquido que se acumula en el matraz de modo que la columna fraccional le indique la presión de vapor de la forma gaseosa de la mezcla líquida.
El termómetro en la parte superior debe leer el punto de ebullición del líquido. El matraz externo deja recolectar el líquido que se desea destilar y también sirve como ventilación para que el aparato no se rompa por sobrecalentamiento.
Controle la temperatura con mucho cuidado maximizando el contacto entre el líquido que gotea hacia el interior del matraz de fondo redondo y el vapor que sube a través de la columna fraccionada. A veces, la columna fraccionada tiene perlas de vidrio o niveles que sobresalen de los lados internos para maximizar el área de superficie de contacto. Lleve un registro de la temperatura usando el termómetro para averiguar la temperatura a la que esto sucede. Debería terminar con las presiones de vapor de los líquidos en la mezcla.
La configuración del aparato garantiza que la presión de vapor del compuesto con un punto de ebullición más bajo en la mezcla es mayor que la presión de vapor del que tiene un punto de ebullición más alto. Esto también le permite definir el punto de ebullición como la temperatura a la que la presión de vapor es igual a la presión atmosférica de un líquido en un recipiente abierto. Esta es la temperatura más baja a la que la forma líquida de la mezcla o compuesto hierve y se convierte en gas. Estos métodos de destilación fraccionada los hacen útiles en entornos industriales para la fabricación de compuestos químicos.
Gráfico de destilación simple
También puede usar la fracción del gas que se destila como fracción molar para trazar un gráfico de la temperatura del líquido, la mezcla líquido-vapor y el vapor mismo para determinar el punto de ebullición de los dos o más componentes del compuesto. Muchas configuraciones de aparatos de destilación medirán automáticamente la temperatura durante el calentamiento del experimento. Esto puede brindarle un conjunto continuo de puntos de datos a lo largo del tiempo que se pueden representar fácilmente mediante Excel o algún otro software.
La curva te dice esto porque, a medida que el vapor se calienta y pasa a través de la columna fraccional, debe separarse en dos mezclas separadas de líquidos y gases. Al registrar la temperatura durante todo el proceso de destilación, puede averiguar cuáles son los compuestos en función del punto de ebullición.
O puede utilizar el mismo proceso para determinar el punto de ebullición de un compuesto conocido. Sin embargo, el proceso está limitado por las temperaturas que puede alcanzar con la fuente de calor que afecta al matraz de fondo redondo.
Volumen vs temperatura
El gráfico de destilación simple debería mostrarle un gráfico de destilación del volumen frente a la temperatura de la mezcla con los puntos en los que la temperatura de ambos o todos los gases se cruzan ubican el punto de ebullición de cada componente del gas. Esta curva de composición le permite determinar la configuración y temperatura adecuadas del aparato para separar el gas o la mezcla líquida. Puede experimentar con diferentes tipos de columnas fraccionarias para averiguar cuál le da la idea más clara del punto de ebullición de los componentes.
El gráfico de destilación simple sigue la teoría de la destilación simple.Destilación simplesignifica que el gas se condensa en líquido una vez, por lo que debe realizarlo en líquidos o gases que tienen puntos de ebullición lo suficientemente alejados entre sí para discernirlos.
El uso de varios pasos de condensación se llamadestilación fraccionaday, en este caso, usaría un gráfico de destilación fraccionada de volumen vs. temperatura. Puede extrapolar para descubrir configuraciones teóricas para otros líquidos y mezclas porque tiene más perlas o placas en la configuración debería teóricamente mejorar el método de separación al tiempo que aumenta el tiempo necesario para separar la mezcla.
Teoría de la destilación simple
Las mezclas que destilan a través de experimentos no producen muestras puras, pero dan como resultado impurezas en las diferentes mezclas que mide. Esto significa que puede utilizar ecuaciones para explicar los resultados experimentales de la destilación, así como las predicciones basadas en datos previamente establecidos sobre la composición de gases y líquidos. La ley de Raoult y la ley de Dalton le brindan formas de medir estas proporciones de la teoría de la destilación simple.
La composición precisa de ese vapor que cambia entre ebullición y condensación sigueLey de Raoult, que establece que la presión de vapor de un compuesto disminuye cuando está en solución y puede estar relacionada con la composición molar. La ecuacion
P_A = P_A ^ o \ times \ chi_A
le dice que la presión parcial de un determinado componente APAGAse produce por el porcentaje del componentePAGoA y la fracción molar de A "chi"χA.
La presión parcial es la presión que tendría un gas constituyente de una mezcla si tuviera todo el volumen de esa mezcla a la misma temperatura. Esto le permite determinar la cantidad de gas que debe estar presente si conoce la fracción molar de antemano.
Entonces puedes usarLey de Daltonque establece que la presión total de una mezcla de gases es igual a la suma de las presiones parciales que la componen. La teoría de cómo las partículas de gas se mueven e interactúan entre sí explica esto.
Puede describir la presión de vapor de un compuesto usando la temperatura de la solución y el punto de ebullición del compuesto porque, cuando aumenta la temperatura, más moléculas de gas tendrán suficiente energía cinética para chocar entre sí en una orientación adecuada para permitir que el se produce la reacción. Necesitan esto para superar las fuerzas intermoleculares que mantendrían unidas las partículas en la fase líquida.
Destilación en la industria
Además de la investigación sobre el punto de ebullición y las propiedades gaseosas de los compuestos, la destilación resulta útil en muchas aplicaciones en la industria. Se utiliza para estudiar y formar reacciones entre el aceite, el agua y otros componentes como el metano que se utilizan en el combustible. Los científicos y fabricantes de alimentos pueden usarlo para hacer licor, cerveza y diferentes tipos de vino. Las técnicas de destilación han encontrado un uso práctico en las industrias de cosméticos, fármacos y otros métodos de fabricación de productos químicos.
La técnica se utiliza incluso en bombillas para evitar que se dañe el filamento de tungsteno y proporcionar brillo a las bombillas. Lo hacen separando el aire para producir los gases necesarios para fabricar bombillas. Estos métodos de destilación siguen métodos teóricos y experimentales para la separación.