RESUMEN

En esta practica se realizo una destilación fraccionada ya que es una mezcla binaria o azotropica la cual tiene entre sus elementos contaminantes los cuales tienen puntos de evaporación, menores a 25°C y su presión de vapor de sus componentes son pequeñas, por lo tanto son sumamente volátiles, se deseco con un agente desecante y se refluyo a la solución para eliminar el exceso de humedad.

INTRODUCCIONDESTILACIÒN:

La destilación es un proceso que consiste en calentar un liquido hasta que sus componentes mas volátiles pasan a la fase de vapor y a continuación enfriar el vapor para recuperar dichos componentes en forma liquida por medio de la condensación. El objetivo principal de la destilación es separar una mezcla de sus varios componentes aprovechando sus distintas volatilidades o bien separar los materiales volátiles de los no volátiles.

En la evaporación y el secado normalmente el objetivo es obtener el componente menos volátil, el componente más volátil se desecha ( en la mayoría de los casos el H2O)Pero la finalidad principal de la destilación es obtener el componente mas volátil en forma pura.Si la diferencia de volatilidad entre dos componentes es grande, puede realizarse fácilmente la separación completa en una destilación individual.

La destilación es una de las principales técnicas para separar mezclas de líquidos, la separación se fundamenta en la diferencia de la presión de vapor de los diferentes componentes de la mezcla.Al calentarse la mezcla los componentes se evaporan para condensarse posteriormente y durante el proceso el vapor ( y por lo tanto el condensado) se enriquecen con los componentes mas volátiles.Existen cuatro tipos diferentes de destilación: simple, fraccionada, por arrastre de vapor y destilación a presión reducida.

DESTILACIÓN SIMPLE:

La destilación simple resulta muy eficaz para purificar sustancias volátiles que se encuentran bastante libre de impurezas o para separar todo el disolvente de ciertos productos que fueron separados por otros mecanismos. Pero para que una destilación simple sea eficaz, los puntos de ebullición de los componentes de la mezcla deben diferir un mínimo de 80ºC ya que este proceso es como si se llevara a cabo una sola evaporación. Con frecuencia se considera una destilación simple como aquella que no necesita una columna de fraccionamiento.Cuando se realiza una destilación simple lo que ocurre es que se calienta el liquido en un matraz hasta que se evapora, el vapor pasa a un refrigerante donde se convierte de nuevo en liquido y se recoge luego en un recipiente recolector.Como a una temperatura dada el vapor sobre una solución es mas rico en el componente mas volátil que la solución, este se desplaza en composición hacia el constituyente menos volátil, eliminando su vapor. Si condensamos los vapores el líquido resultante será mas rico en el componente mas volátil.

DESTILACIÓN FRACCIONADA:

Este tipo de destilación se utiliza cuando la diferencia entre los puntos de ebullición de los compuestos de una mezcla liquida es muy pequeña. Para llevar a cabo una destilación fraccionada se emplea una columna de fraccionamiento a través de la cual la fase de vapor y la fase condensada fluyen en direcciones opuestas. La eficiencia de tales columnas se expresa en platos teóricos.

Un plato teórico es la unidad de la columna que tiene la misma eficiencia en la separación, que una destilación simple ya que cada plato teórico corresponde a un solo ciclo de evaporación-condensación.

Un ejemplo de estas columnas es la llamada columna de Vigreux que es una columna que tiene una serie de denticiones mismas que aumentan la posibilidad de condensación sin afectar de manera adversa la evaporación. Otra manera de aumentar la efectividad de la columna sin hacer su longitud inmanejable, consiste en llenar la columna con un material de relleno, el relleno ofrece al vapor una gran superficie de contacto para que curse fácilmente el intercambio de vapor y la condensación. Los materiales que se usan como relleno son fragmentos o perlas de vidrio torneaduras de acero inoxidable , cargas metálicas o luna de cobre. La elección del relleno será determinada en ciento grado por la reactividad química del compuesto a destilar.En la figura (5) se observa que el B no es el punto de ebullición de la disolución con dicha composición. Sencillamente es la presión de vapor de la disolución con esa composición.

Solo cuando la presión de vapor ha alcanzado la presión de los alrededores este liquido de dos componentes se encontraran en su parte de ebullición. La recta AB recibe el nombre de línea de unión esta conectado la fase liquida con la composición de la fase vapor ( la resultante) de los dos componentes del sistema. Supongamos que nuestro sistema se prepara de tal forma que sea posible condensar la fase de vapor en un sistema mas pequeño. Si solo se condensan los vapores entonces las composición de la nueva fase liquida seria exactamente la misma que la fase de vapor ( anterior ) original En figura (6) muestra que esta nueva fase liquido puede representarse en la línea de burbuja en el punto C . Pero ahora esta subsecuente, fase liquida también tiene una fase vapor en equilibrio cuya composición la da la unión CD.

Esta segunda fase de vapor se encuentra incluso mas enriquecida en uno de los componentes el sistema se prepara de tal forma que se lleva a cabo las evaporaciones y condensaciones múltiples cada paso entre la línea del punto de burbuja y la línea de puntos de vacío genera una fase de vapor una sustancia fase liquida que progresivamente se enriquece cada vez mas con respecto aun componente. Si el cítela se prepara de una manera adecuada se conseguirá una fase liquido y una fase vapor que contara esencialmente de un único componente puro fig(7)

Lo que ha sucedido es que hemos comenzado a partir de una mezcla de dos componentes y hemos separado uno de los componentes de otro. Dicho procedimiento es la destilación.Las formas de la destilación fraccionada se pueden representar de dos maneras distintas.

a) Diagrama Presión-composición ( destilación fraccionada isotérmica)b) Diagrama Temperatura –composición (destilación fraccionada isobárica).

Los diagramas de fase T–composición son mas frecuentes que los diagramas de fase Presión-composición no obstante observamos que ninguna de las lineas de T–composición es recta y que las líneas indican en el proceso de ebullición y condensación se encuentran invertidas respecto a dos diagramas de Presión-composición.

Cada rasa individual, representada por un par de rectas horizontales y verticales recibe el nombre de plato teórico. En la practica las sustancias preparadas para llevar a cabo la destilación fraccionada suelen tener desde 3 hasta la descena demiles de platos teóricos.

Formas de Destilación Fraccionada

Un plato teórico se define como la unidad de la columna que tiene la misma a eficacia en la separación de una destilación simple y se expresa a menudo en cm de altura de la columna ya que cada plato teórico corresponde a un solo ciclo de evaporación- condensación.

PUNTO DE EBULLICIÓN:Es la temperatura a la cual la presión de vapor de un liquido es igual a la presión externa, el punto de ebullición normal de un liquido es la temperatura la cual hierve cuando la presión externa es de 1 atm (760mmHg).Hay que aplicar una corrección para las desviaciones del valor normal de la P atm si se utilizan los puntos de ebullición de los líquidos como referencia cuando la P no difiere mucho de los 760 mmHg la corrección aproximada aplicable para cada 10 mm de Hg

de diferencia se calcula dividiendo el punto de ebullición en la escala absoluta por un factor de 1020 para líquidos asociados y 85 para los no asociados.

Ecuación de Clausius-Clapeyron

La presión de vapor de un liquido se eleva rápidamente con la temperatura si el calor mol de vaporización es Hv la ecuación de Clausius-Clapeyron da:

dlnP= Hvap

dt = RT2

Una representación grafica de la forma integrada dela ec. muestra una línea recta cuya pendiente esta determinada por el calor molar de evaporización (el cual no varia mucho en materiales que son químicamente similares ). Si se conoce el punto de ebullición del un liquido a una presión determinada, puede estimarse el punto de ebullición a cualquier otra presión . Considerando que Hv es independiente de la temperatura.

Reglas empíricas:

1.- Al disminuir la presión a la mitad el punto de ebullición se reduce aproximadamente 15ºC2.- Por lo general con una bombade agua para vacio (10-15 torr) se puede reducir el punto de ebullición 100ºC aprox.3.-Una bomba de vacio a presion ( aprox 10tott) proporciona una reduccionadicional de casi 60ºC

Representación Gráfica

La ecuación modificada Clausius-Clapeyron muestra una línea recta cuya pendiente esta determinada por el calor molar de vaporización. Si se conoce el punto de ebullición de un liquido a una presión determinada, puede estimarse el punto de ebullición de cualquier otra presión (considerando que H es independientemente de la temperatura)El punto de ebullición normal de una solucion es la temperatura a la cual la tensión de vapor total de la dln es igual a 760 mmHg hasta la Tpi. En otras palabras la presencia del soluto menos volátil eleva el punto de ebullición de xTp a Tp una solución de azúcar y sal.

Por otra parte si “y” es mas volátil que “x” es entonces la tensión de vapor total de la solución es mayor que la de “x” puro, como se muestra en la figura en la curva B “C” en la que los valores de la tensión de vapor de una solución determinada experimentalmente están representadas por la función de la temperatura la tensión de vapor de la solución no alcanza el valor de 760 mm Hg hasta la temperatura Tp’ menos volátil eleva el punto de ebullición de x desde Tp a Tp’ .Una solución de azúcar o sal en agua es un ejemplo conveniente de este tipo de soluciones.Por otra parte si “u” es mas volátil que “x” entonces la tensión de vapor total de la solución es mayor que la de x puro, como muestra la figura en la curva BC. La tensión de vapor de una solución de este tipo alcanza el valor de 760 mmHg a la temperatura Tp por lo que la acción que ejerce el soluto mas volátil es la de rebajar el punto de ebullición de x desde Tb a Tb’’ . Una solución de acetona y agua es un ejemplo de esto.

PRESION DE VAPOR Y VOLATILIDAD

Cuando se llega a una situación de sustancia del espacio que queda sobre el liquido, tendrá un numero de moléculas en estado de vapor que ejercen una presión cte a una determinada temperatura. Dicha temperatura tiene un valor fijo y se denomina presión de vapor de un liquido. Depende solo de la naturaleza del liquido o del sólido y de la temperatura pero no depende del volumen de vapor. La presión de vapor en los líquidos crece rápidamente al aumentar la temperatura así cuando la presión de vapor era igual a 1 atm el liquido se encuentra en su punto de ebullición ya que el vapor, la presión exterior se puede formar en toda la masa del liquido y no solo en su superficie. Cuando el soluto no volátil se disuelve en un liquido disminuye su presion de disolvente pues la moléculas del soluto al ser mayor volumen se comporta como una barrera que impide el paso, de las moléculas de disolvente del estado vapor.

VOLATILIDAD:La volatilidad de un material es indicativo de la facilidad con la que un liquido o sólido pasa al estado vapor. La volatilidad se mide mediante el punto de ebullición el material ( temperatura a la cual la presión de vapor del material es igual a la presión atmosférica)

LEY DE RAOULT:

Establece que la presión de vapor del disolvente sobre una solución es igual a la presión de vapor del disolvente pero multiplicado por la fracción mol del disolvente en la disolución.

Pi = Xi PcDisoluciones Ideales:Las soluciones ideales por simplicidad se consideran como una solución compuesta de un disolvente volátil y de uno o mas compuestos no volátiles. La T de dichas disoluciones debe permanecer cte. El Soluto debe tener las características de ser sólido y no electrolito y lo mas importante la concentración de la solución (presencia del soluto de ser muy reducida siempre tiende a 0.Las fuerzas intermoleculares entre todoslos pares de moléculas de desviación deben ser idénticos como condicion, Una desviación ideal es quella que sigye la ley de Raoult.

Desviaciones de la Idealidad:

Si tenemos dos moléculas A, B y A tiene una atracción sobre B en lugar de otra A la tendencia a escapar forma parte del vapor será menor que si obedece a la ley de Raoult, esta es una “ desviación negativa” Ahora en el caso en que la molécula A tiene menor atracción sobre B en lugar de otro A. La tendencia escapa de la solución para formar vapor tanto A como B será mayor de lo que se pudiera escapar si obedece la ley de Raoult. Este se debe a que la T de la molécula A se prefiere así misma y rechaza a la B de tal modo que obliga a esta a pasar de vapor. De la misma manera la molécula B se prefiere a si misma y rechaza a la A forzándola a pasar al vapor. El resultado neto de la repulsión mutua de las moléculas A, B y viceversa es que las presiones de vapor de ambas aumenta con respecto al caos ideal.Como ejemplo tenemos a las soluciones eter-cetona, carbono-acetona este fenómeno se llama” desviación positiva de la idealiada”.

Punto BurbujaDe acuerdo a deducciones y retrocesos matemáticos de la ley de Raoult de fracciones molares tenemos que entendidos los casos llegamos a las siguientes expresiones.

a) Pror = Pa+ (P1-P2) li b) Pror = P2 P1

P1+ (P2-P1)Yr

a)Esta ecuación tiene la forma y = mx +b donde xi es representada por la fracción molar del componente 1 en la fase liquida. Si trazamos una grafica de Pr or en función de la fracción molar del componente 1 obtenemos.

b) Esta ecuación se asemeja a la A en el hecho de trazar la grafica de P presión de vapor total con respecto a la fracción molar.La curva de y1 se observa por debajo de la línea recta normalmente la grafica de Pr or en función de Xn la fraccion molar del liquido recibe el nombre de línea de puntos burbuja mientras que la línea Pror se denomina línea de puntos rocío. Ambos quieren unirse forman un diagrama llamado diagrama de fase-presión composición.

Isòcora, Isobárica, Isoterma

Si tenemos un sistema cerrado por un componente y esta definido P, T y Vi tendremos que la grafica de un diagrama, tridimensional como la figura. Para fines prácticos define una ecuación de estado que nos muestra el comportamiento constante. Ahora si queremos estudia el sistema parte a parte se mantendría constante una de las tres variables, así, si mantenemos constante una T obtendremos un diagrama , el cual las líneas de T= cte se llama “isoterma”. Si mantenemos cte la presion tenemos unas isóbaras y si mantenemos cte el volument tenemos las isocoricas e isopletas manteniéndola concentración constante.

Azeotropo:

Aciertas mezcla del liquido que no puede separarse por destilación aun cuando la diferencia entre los puntos de ebullición de sus componentes será considerable. Tales mezclan un vapor de composición cte en el punto de ebullición denominada azeótropo. ( el cual es menor que el punto de ebullición cualquiera de los componentes y se determina el azeótropo mínimo) Esta mezcla azeótropica ( la mezcla de ebullición Cte.) continuara destilándose mientras que la cantidad de cada uno de los componentes en el matraz sea suficiente. Durante la condensación el azeótropo puede separarse en dos fases liquidas algunos ejemplos son:

La mezcla azeotropica esta formada por liquido de una cieta composición que destilan a T cte a no ser que cambie su composición. El azeòtropo que hierve a una T llamada azeotropositivo y el que lo hace a una T mínima se llama azeotropica negativa. La mayoría

de los azeótropos son de índole positiva. Para romper los azeótropos podemos emplear la destilación azeotropica. Es de las técnicas mas usadas para romper azeótropos en la destilación por ejemplo: En el caso de la mezcla de etanol y agua una vez que la mezcla se encuentra a una concentración de etanol y agua una vez que esta al 95% y 5% respecto se adiciona un agente de separación por ejemplo el benceno cambia la interacción molecular y elimina el azeòtropo la desventaja es la necesidad de otra separación para retirar el benceno.

Concepto de reflujo:

Es el sistema en equilibrio en que los compuestos de una mezcla liquida se encuentran en fase liquida y de vapor simultáneamente se utiliza para el rompimiento de azeòtropo.

Trampa de Dean Stark Invertida

Se utiliza con disolventes mas densos que el agua al igual que la fase de la que se quiere extraer la fase menos densa es sometida a extracción y regresa al matraz.

Agentes Desecantes:

Sustancia Química que inhibe la humedad. La importancia es que esta en pequeñas cantidades de humedad los líquidos cuando se destilan en presencia de agua reaccionan con esta ( se hidrolizan) o destilan con el agua( se arrastran) a T bastante distantes de sus puntos de ebullición. Por esta razón el punto final de una destilación de un liquido esta eliminación de agua que lleva consigo mediante algún proceso de secado Es importante para la obtención de una sustancia con una mayor grado de pureza. Los desecantes deben tener una buena capacidad deshidratante, deshidratar con rapidez no debe reaccionar con la muestra y debe tener un precio accesible.

Secado por medios mecánicos: El secado puede realizarse por procedimientos mecánicos o químicos ( el agua suspendida en forma de emulsión se puede eliminar mecánicamente por destilación congelación, filtración o centrifugación y el agua disuelta en un liquido por destilación o congelación. Algunas veces un sólido húmedo o un liquido de punto de ebullición elevado solo ligeramente soluble en agua se puede secar añadiendo un disolvente de punto de ebullición bajo no miscible en agua ( generalmente benceno y destilando la mezcla resultante. Cuando se utiliza benceno tiene lugar una codestilación con el agua a 69.3ºC entonces el producto seco se suele destilar si es liquido o aislar directamente si es un sólido.

AGENTES DESECANTES QUÍMICOS:Un buen desecante o agente desecado químico debe reunir ciertas condiciones

1) No reaccionar o ser compatible con la sustancia que se va a secar2) Tener una gran eficiencia o poder desecante ( eliminar el agua completamente)3) Tener gran capacidad de desecación ( eliminar una gran cantidad de agua)

4) Secar rápidamente5) Ser fácilmente separable de la sustancia una vez seca.

Estos desecantes se dividen en 1) Los que reaccionan químicamente con el agua en un proceso no reversible, dando

lugar aun nuevo compuesto libre de agua2) Aquellos que se combinan reversiblemente con el agua bien por adsorción o para

formar un hidrato.

Delicuescente: Compuesto que puede absorber humedad del ambiente hasta formar una disolución liquidad (propiedad)En la delicuescencia no hay cambio de fase ya que se lleva a cabo a T ambiente y para que ocurra un cambio de fase tiene que aplicar calor.

Higroscópico: Compuesto anhidro ( sin moléculas de agua) que adsorbe agua de la atmósfera reduciendo la concentración de vapor de agua en el área circundante mediante la formación de un hidrato.

Efluerescente: Sustancia que es capaz de convertirse total o parcialmente por una perdida de agua de cristalización por reacción de algún componente del aire ( contenidos en los hidratos mantienen moléculas de cristalización)

OBJETIVOS

Purificar por medio de la destilación fraccionada el etanol.

HIPOTESIS

Al contar con ciertos parámetros como la temperatura de destilación calculada para la presión de la ciudad de México (aprox. a 0.77 atm.) y nomograma, además que el destilado debe de tener una variación no mayor de 2°C de lectura, esto nos permitirá comparar los datos experimentales y reales, se espera que las variaciones entre ellos sean mínimas y con ello comprobar que nuestro producto fue correctamente destilado.

MATERIAL

Material de la destilación

matraz balón 250ml matraz erlenmeyer 250ml vaso de precipitado 100ml refrigerante recto cabeza de destilación ángulo de 105 termómetro adaptador de termómetro con goma de neopreno columna de fraccionamiento

soportes universal pinzas de 3 dedos

Material del reflujo

trampa de dean star invertido matraz balón 250ml matraz erlenmeyer 250ml vaso de precipitado 100ml refrigerante recto 2 pinza de 3 dedos columna de fraccionamiento recirculador soportes universal

Equipo

canastilla de calentamiento recirculador parrilla de calentamiento

Reactivos

ETANOL (C2H5OH)

P.M. P. eb. P fusión Densidad nb E46.07 78.5ºC 114.1ºC 0.7936 1.36 24.55

Se obtiene por la fermentación del almidón, azúcar y otros carbohidratos; del etileno, acetileno; por hidrólisis del sulfato etílico y oxidación del metano.Algunas impurezas son; aceites de algunos alcoholes amílicos, aldehídos (acetaldehído), cetonas, èsteres y agua. El etanol sintético contiene impurezas como ácidos aldehídos cetonas y otros compuestos oxigenados y posiblemente sulfuros orgánicos y algunos compuestos cíclicos, hidrocarburos olefìnicos y polímeros desconocidos.

Desecante Formula en forma

anhidra

Compuesto que se

forma con el agua

Tipo: ácido, base o neutro

Se usa para No se usa como

Cloruro de Calcio

CaCl2 Ca(OH)2

CaCl2.6H2OCaCl2.4H2OCaCl2.2H2O

Neutro Secado preliminar de

halogenuros de alquilo y alilo, la mayoria de los

Alcoholes y aminas, acidos

grasos , amidas,

esteres hidrocarburos aaromatios y

saturados eteres

aminoácidos, cetonas, fenoles y algunos

aldehidos y esteres.

Oxido de Calcio

CaO Ca(OH)2 Base Alcoholes y amidas ( no la

seca completamente

) aminas gaseosos y amoniaco

CompuestosAcidificados y esteres.

DIAGRAMA DE FLUJO

Impuresas: cetonas, esteres, H2O, acetaldehído

etanol

Brandi 250ml Azeòtropo

destilación fraccionada

Reflujo 1 hr

Destilación en condiciones anhidridas

ESQUEMA

ETOH H2O+CaO

Ca(OH)2

6.8 hr trampa de humedad CaCl2

RESULTADOS

Cálculos para la temperatura teórica de destilación

Presión de la Cd de méxico: 077 atmEtanol : 78.5ºC

1atm 760 mmHg 760 mmHg1atm=-----------------=585.2mmHg 1atm

Por medio del nomograma se obtuvo el punto de ebullición al que se evapora en la presión de la ciudad de México el etanol y se destilo a 64ºC a temperatura constante.

TABLA DE RESULTADOS Y GRAFICAS

°C V(ml) TIEMPO

49 1 8

59 7 20

61 10 22

63 15 cabeza 24

64 30 25

64 35 26

64 45 27

64 55 28

64 62 29

64 65 30

64 70 31

64 75 32

64 81 33

64 89 34

ANALISIS Y DISCURCIONES DE LOS RESULTADOS OBTENIDOS

Los resultados demuestran que los valores experimentales son muy confiables, la hipótesis fue correcta ya que se logro destilar el etanol, y las graficas demuestran los contrastes de la destilación varios periodos de temperatura y volumen siguiendo un solo orden aunque en la grafica se muestran valores que salen de la grafica debido a la mala precisión de la toma del volumen.

CONCLUCIONES

Las razones por las que se alcanzo el objetivo son el seguimiento a pie de la practica, las cuales propiciaron los resultados ya antes mencionados, aunque se puede mejorar la eficiencia de trabajo de laboratorio con una determinación mayor de los alumnos.

BIBLIOGRAFIA

Lydia Galagovsky Kurman.Quimica organica fundamentos teorico practicos para el laboratorio ed: Eudeba 1987

Farmacopea nacional de los estados unidos mexicanos

Castellan Fisicoquimica

FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES ZARAGOZA

MATERIA:

LABORATORIO DE CIENCIA BÁSICA III

PROFESORA:

ANGELES TORRES

REPORTE:

DESTILACION PURIFICACION DE DISOLVENTES

ALUMNO/A:

MÁRQUEZ SÁNCHEZ MONICA ALICIAROSAS ZAMORA JESUS

CARRERA:

QUÍMICO FARMACÉUTICO BIOLOGICO

FECHA DE ENTREGA:

28/03/2008