3 de septiembre de 2015

Separación de los Componentes de Las Mezclas: Destilación

simple

Camilo A. Delgado, Juan C. Escobar.

Programa de Biología – Universidad Nacional de Colombia

Resumen:

Para la separación de mezclas se tiene que estimar primero su tipo y/o propiedades de los

componentes para poder determinar el método apropiado de separación; en el caso de la

solución etanol-agua se usa el proceso de destilación simple.

Este trabajo busca una mayor comprensión sobre las diferencias en los tipos de destilación,

para entender que cada proceder es similar en cuanto a generalidad se refiere, pero los

pasos a seguir en cada método varían reflejándose en los resultados.

El caso de la destilación simple de la solución problema (etanol-agua) refleja que la

destilación simple no me separa completamente dos compuestos, una mezcla, que se

comporta como azeótropo (una mezcla que se comporta como sustancia pura), para ello es

necesario la aplicación de otro tipo de destilación; aunque no se obtiene la pureza ideal

(grado alcohólico), se obtiene una relativamente alta, lo cual se debe a algunos factores

personales (como variación en la temperatura, reflejada en el tiempo empleado en la

destilación) que posiblemente dan una explicación en la variabilidad de resultados

obtenidos en un conjunto de datos dado (datos suministrados por otros grupos).

Palabras Clave: destilación, solución etanol-agua, azeótropo, grado alcohólico

I. INTRODUCCIÓN:

Las mezclas son combinaciones de 2 o

más sustancias. Dependiendo de las

propiedades de los componentes de la

mezcla pueden ser estas homogéneas y

heterogéneas.

Dentro de las técnicas frecuentemente

empleadas en la separación de mezclas

encontramos la cristalización para la

purificación de solidos; la centrifugación

en la separación de sólidos y líquidos y la

destilación en la separación de mezclas de

líquidos, o separación de un líquido de sus

impurezas no volátiles.

La destilación es un método de

purificación empleado principalmente

para separar mezclas de líquidos volátiles

con distintos puntos de ebullición.

Dependiendo de las condiciones en que se

lleve a cabo el proceso, la destilación se

clasifica como: simple (no es muy

eficiente y se emplea comúnmente para

separar líquidos de sus impurezas no

volátiles), al vacío (presión reducida, se

usa cuando las sustancias son lábiles al

calor y se pueden descomponer, con esto

se busca que el punto de ebullición sea

menor), fraccionada (mediante una

columna de fraccionamiento se lleva a

cabo varias destilaciones simples en un

solo paso y hace que sea más eficiente),

en corriente de vapor, sublimación y

microdestilación (se emplea para separar

líquidos muy viscosos) 1.

La solución etanol-agua, es una mezcla

que presenta características de un

azeótropo, pues la sustancia presenta

uniones por puentes de hidrogeno que

son difíciles de romper, por lo cual se

esperaba que el resultado (destilado) de

la destilación tuviera las mismas

proporciones iniciales, pero al concluir el

proceso se obtuvo una concentración

alcohólica del 90,96%, lo cual puede ser

explicado según las problemáticas

surgidas en el proceso: la temperatura,

aunque el instrumento y todo el sistema

estaba montado correctamente, la

sustancia tardo más tiempo de lo

esperado en destilar.

II. MATERIALES Y METODOS:

Esta práctica se caracteriza por su

variedad en procedimientos para aplicar

para tener un resultado determinado, ya

sea una medida cuantificada o un análisis

estadístico. Por ello podemos

1 Trujillo, C.A.; Sánchez R., J.E. (2007) Técnicas y medidas básicas en el laboratorio de química. Universidad

representar los distintos procesos

llevados a cabo de la siguiente manera:

1) Determinar densidad de solución

alcohólica.

2) Proceso de destilación simple.

3) Determinación del grado

alcohólico.

FIG 1. Diagrama de flujo para el cálculo

de la densidad de solución alcohólica.

Nacional de Colombia. Unibiblos, Bogotá, Colombia. PAG 43

FIG 2. Diagrama de

flujo para destilación simple.

FIG 3. Diagrama de flujo para determinar el

contenido alcohólico.

El montaje para la destilación simple

requiere los implementos:

.

1) Balón aforado

2) Termómetro.

3) Plancha de calentamiento.

4) Cabeza de destilación.

5) Refrigerante.

6) Soporte

7) Pinza.

8) Nuez

9) Alargadera

10) Recipiente colector.

FIG 4. Montaje utilizado para destilación

de solucion alcohólica2

III. RESULTADOS Y DISCUCIÓN:

Teóricamente el uso de la destilación

simple para la separación de una mezcla

de etanol-agua (o de sustancias

volátiles), solamente se da para su

purificación (de impurezas no volátiles) y

no su separación, pues este método no

es muy eficaz en separación de líquidos

volátiles; como podemos observar en la

TABLA 1, las concentraciones de alcohol

son muy variadas como producto de la

destilación simple por parte de otros

grupos; estos resultados son la prueba

tangible que mediante este proceso es

casi imposible la obtención de la

sustancia pura (en este caso la sustancia

2 QUIMICA ORGANICA.NET. Fernández G. 2005-2015. (disponible en:

pura que se busca es el etanol). Esta es la

importancia de saber diferenciar entre

los distintos tipos de destilación, pues

nos permiten un mayor grado de

purificación y/o separación, según sea el

que se emplee.

http://www.quimicaorganica.net/destilacion.html consultado el: septiembre 3 2015)

GRUPO

Psln inicial(g/cm3)

%V/V inicial

P destilado(g/cm3)

%V/V destilado

1 0,9633+/-

0,0005

22,73

0,8782+/- 0,0005

67,03

3-5 0,9713+/-

0.0001

17,40

0,8433+/- 0,0001

80,46

7 0,9695+/-

0.0008

18,60

0,9200+/- 0,0008

51,60

10 0,9706+/-

0,0008

17,86

0,8493+/- 0,0008

78,15

11-8

0,9709+/-

0,001

17,67

0,8160+/ 0,001

90,96

6 0,9752

+/- 0,0008

14,80

0,8116+/- 0,0007

92,65

9 0,9689+/-

0,0007

19,00

0,8201+/- 0,0007

89,38

2-4 0,9724+/-

0,0007

16,67

0,7996+/- 0,0006

97,24

real 0,9695 18,58

TABLA 1. Densidad y %V/V de la solución

alcohólica y destilado.

Promedio

0.9702625

18.09125

0.8422625

80.93375

Desviación estándar

0.0034113

2.27293666

0.04022508

15.2913887

rango de

rechazo

0.9668512

0.9736738

TABLA 2. Análisis estadístico de tabla 1

(Densidad y %V/V de la solución

alcohólica y destilado).

Según la TABLA 2, las densidades

obtenidas son relativamente similares (o

muy cercanas), puesto que la desviación

estándar no fue muy grande (tomando las

desviaciones de las densidades,

especialmente la inicial). Si partimos

como “más importante” los datos iniciales

tendríamos que descartar un dato, pues

se encuentra fuera del margen de error

(de la densidad inicial y hallándolo según

la desviación estándar), esto significa que

en conjunto, este dato fue hallado muy

disparejo de los demás porque la variedad

de procesos para obtenerlo obtuvo un

mayor margen de error.

6 0.9752 14.8 0.8116 92.65

TABLA 3. Dato rechazado.

Partiendo de los resultados del destilado,

es posible afirmar que la desviación

estándar es mayor; esto es posible gracias

a errores obtenidos anteriormente

(referentes a la cuantificación de las

densidades y %v/v iniciales).

Estos datos solo me sirven para concluir

con el grado alcohólico de la sustancia

(destilado) y analizando la gran

heterogeneidad en los resultados es

posible afirmar que este dato será

igualmente dispar para todos; esto se

explica en cuanto al proceso llevado a

cabo (destilación simple), porque para

azeótropos no es muy eficaz; aunque el

resultado ideal para este método tuvo

que ser el mismo que el inicial, porque

teóricamente mediante destilación

simple no es posible obtener una mayor

pureza de alcohol (etanol).

Además de estos factores, un gran

problema que ocurre en el laboratorio

(que impide un mayor grado de similitud,

menor desviación estándar o margen de

error) es la descalibración de muchos

instrumentos (como el picnómetro).

IV. CONCLUCIONES:

Para separar sustancias se toma en cuenta

de que tipo son (homogéneas o

heterogéneas) y emplear el mejor

método. Para sustancias volátiles, es

eficaz la destilación, pues aprovecha su

presión de vapor para separarlas.

La destilación es eficaz purificando

sustancias de impurezas no volátiles, pues

en azeótropos como es el caso de la

solución etano- agua, no se va a obtener

el 100% de la sustancia buscada por la

destilación; en esto estriba la importancia

de emplear el tipo más eficaz de

destilación según el tipo de sustancia.

En este tipo de experimentos las

complicaciones no son muy comunes,

pues el proceso tiene un alto grado de

sencillez; aunque esto no excluye que se

presenten. En este caso el problema

radicó en el tiempo para lograr obtener

una cantidad notoria de destilado, pues la

sustancia no llegaba a la temperatura

deseada en el tiempo deseado; la solución

a esto fue envolver el matraz en papel

aluminio para evitar una gran pérdida

calórica y permitir una mayor

concentración de energía para que la

sustancia entrara en estado de vapor con

mayor rapidez.

La destilación simple no es un proceso

homogéneo en todos los casos (pueden

cometerse errores humanos o variaciones

en los instrumentos empleados) y permite

la variabilidad en un conjunto de datos

que deberían ser homogéneos (se refiere

a que todos los datos fueron obtenidos

mediante procesos similares).

V. REFERENCIAS:

1 Trujillo, C.A.; Sánchez R., J.E. (2007) Técnicas y medidas básicas en el laboratorio de química. Universidad Nacional de Colombia. Unibiblos, Bogotá, Colombia. PAG 43

1 QUIMICA ORGANICA.NET. Fernández G. 2005-2015. (disponible en: http://www.quimicaorganica.net/destilacion.html consultado el: septiembre 3 2015)