Destilación

Definición de destilación

En primer lugar, definamos la destilación. La destilación separa mezclas líquidas basándose en las diferencias de volatilidad de los componentes.

Veamos un sencillo montaje de destilación en el laboratorio. De momento, no te preocupes por lo que ocurre y familiarízate con su aspecto. En general, tienen este aspecto:

Suelen tener un dispositivo de calentamiento, un matraz que contiene la mezcla original, un condensador para enfriar y condensar los vapores, y otro recipiente para recoger el condensado (o destilado)

Tipos de destilación

Para el examen de química AP, deberás conocer dos tipos de destilación: ladestilaciónsimple y la fraccionada.

Destilación simple

Ladestilación simple se utiliza para separar líquidos volátiles o separar líquidos de sólidos no volátiles o aceites. Esta técnica puede separar líquidos que tienen puntos de ebullición diferentes. El punto de ebullición esla temperatura a la que la presión de vapor de un líquido es igual a la presión atmosférica.La destilaciónsimplees más eficaz cuando los componentes volátiles de una mezcla tienen puntos de ebullición que difieren en al menos 40-50 °C.

Esta técnica implica un único ciclo de vaporización/condensación. Pero, ¿cómofunciona la destilación simple? Veamos un ejemplo para explicarlo mejor.

Supongamos que tenemos una mezcla de dos componentes líquidos diferentes. El líquido, A, tiene un punto de ebullición de 50 °C, mientras que el líquido, B, tiene un punto de ebullición de 90 °C. Cuando se calienta la mezcla, el líquido A (el líquido más volátil) se vaporizará más rápidamente porque el líquido A necesita menos energía para romper sus fuerzas intermoleculares. A esta temperatura, el vapor estará formado por un gran porcentaje del compuesto, A, dejando el resto del líquido enriquecido en el compuesto, B.

El líquido-vapor, A, pasará por el condensador, que lo convertirá de nuevo en líquido. Entonces, ¡el líquido, A, se recogerá en otro matraz! Después de recoger el líquido A, podemos seguir calentando la mezcla (que ahora está compuesta por un gran porcentaje de líquido B) hasta que alcance su punto de ebullición, ¡y entonces podremos recogerlo en otro matraz de la misma forma que hicimos con el líquido A!

El problema de la destilación simple es que a veces no separa, A, y, B, completamente. Así que pueden ser necesarias varias destilaciones simples. Por suerte, ¡la destilación frac cionada nos permite repetir el proceso de destilación varias veces a la vez!

Destilación fraccionada

Ladestilación fraccionada se utiliza para separar mezclas líquidas en las que los compuestos tienen puntos de ebullición similares o una diferencia de punto de ebullición inferior a 40-50 °C. El montaje de laboratorio para la destilación fraccionada es similar al de la destilación simple, pero contiene un equipo adicional: una columna de fraccionamiento.

Esta columna se rellena con perlas de vidrio o lana de acero, y este material de relleno proporciona una mayor superficie para crear un diferencial de temperatura dentro de la columna (más caliente en la parte inferior y más frío en la superior). Así, al tener una superficie mayor, ¡pueden producirse múltiples "minidestilaciones"! En otras palabras, el vapor se condensa en múltiples superficies de la columna de fraccionamiento, y el líquido resultante se vaporiza de nuevo.

La destilación en química

Volvamos a nuestro ejemplo de una mezcla que contiene los compuestos A y B. Al tratar de la destilación, esperaríamos que en el punto de ebullición más bajo del compuesto A, sólo el compuesto A se convirtiera en vapor y saliera primero y se recogiera. Luego, al aumentar la temperatura hasta el punto de ebullición de B, sólo el compuesto B se convertiría en vapor y se recogería por separado.

Sin embargo, en la realidad, esto no suele ocurrir. ¿Por qué? Porque parte del compuesto de mayor ebullición (en este caso, el compuesto, B) suele empezar a vaporizarse por debajo de la temperatura de su punto de ebullición. Pero, si lo calientas lo suficientemente despacio, podrías acercarte a un resultado más ideal. Pero no lo hagas demasiado despacio, ¡podrías acabar evaporando tus líquidos!

La destilación depende de la fuerza de las interacciones intermoleculares entrelos componentes, y también de cómo afectan estas fuerzas a las presiones de vapor de los componentes de la mezcla. Las fuerzas intermoleculares más fuertes dan lugar a puntos de ebullición más altos. La fuerza relativa de las fuerzas intermoleculares son:

Ión-dipolo > Enlace de hidrógeno > Dipolo-dipolo > Fuerzas de dispersión de London

Proceso de destilación

Veamos la destilación fraccionada de una mezcla 1:1 de 10 mL que contiene acetato de etilo (_C4H802) y acetato de butilo (_C6H12O2). El peso molecular del acetato de butilo es de 116,16 g/mol, mientras que el peso molecular del acetato de etilo es de 88,11 g/mol. Nota: El punto de ebullición del acetato de etilo es de 77,1 °C. El punto de ebullición del acetato de butilo es de 120,6 °C.

Fig. 5: Estructuras del acetato de butilo y de etilo - Isadora Santos, StudySmarter Original.

1. En un matraz de fondo redondo de 25 ml, añade 10 ml de la mezcla 1:1 deacetato de etilo y acetato de butilo. Añade una viruta de ebullición dentro del matraz para suavizar la ebullición.

2. Separa una probeta graduada limpia de 10 mL para recoger el destilado.

3. Comienza a calentar la mezcla y ajusta la velocidad de destilación a aproximadamente una gota por segundo.

4. Cuando veas la primera gota del destilado, registra su temperatura. Sigue registrando la temperatura de cada 0,5 mL de destilado recogido en la probeta graduada.

5. Recoge tres fracciones de un volumen de 1 mL a las siguientes temperaturas 76-80 °C, 88-92 °C y >110 °C. Estas fracciones se utilizarán para el análisis por Cromatografía de Gases.

Ejemplos de destilación en química

La destilación se utiliza mucho en la industria. Por ejemplo, la destilación puede utilizarse para purificar el agua, sobre todo en aquellas zonas donde el agua dulce es inaccesible. Así, se utiliza la destilación para purificar el agua de mar y hacerla potable. La destilación del agua también se utiliza para eliminar minerales y otras impurezas.

Otra aplicación de la destilación es el reciclaje de aceites. Mediante la destilación, se puede purificar el aceite eliminando el agua y otros contaminantes.