antecedentes DESTILACIÓN SIMPLE Y FRACCIONADA

UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO

FACULTAD DE QUÍMICA 1210- LAB. QUÍMICA ORGÁNICA GPO: 15

ANTECEDENTES DESTILACIÓN SIMPLE Y FRACCIONADA ANTECEDENTES a) Relación entre las propiedades físicas y la estructura molecular de alcanos y alcoholes. ALCANOS Su reactividad sea muy reducida en comparación con otros compuestos orgánicos, y es la causa de su nombre no sistemático: parafinas. Todos los enlaces dentro de las moléculas de alcano son sigma, es decir, covalentes por compartición de un par de electrones.

Los alcanos experimentan fuerzas intermoleculares de van der Waals y al presentarse mayores fuerzas de este tipo aumenta el punto de ebullición Hay dos agentes determinantes de la magnitud de las fuerzas de van der Waals: el número de electrones que rodean a la molécula, que se incrementa con la masa molecular del alcano, el área superficial de la molécula Esto es, a molécula más grande corresponde mayor punto de fusión. Hay una diferencia significativa entre los puntos de fusión y los puntos de ebullición: los sólidos tienen una estructura más rígida y fija que los líquidos. Esta estructura rígida requiere energía para poder romperse durante la fusión. Los alcanos de longitud impar tienen puntos de fusión ligeramente menores que los esperados, comparados con los alcanos de longitud par. ALCOHOLES Los alcoholes son líquidos incoloros de baja masa molecular y de olor característico, solubles en el agua en proporción variable y menos densos que ella. Al aumentar la masa molecular, aumentan sus puntos de fusión y ebullición, pudiendo ser sólidos a temperatura ambiente. También disminuye la solubilidad en agua al aumentar el tamaño de la molécula, aunque esto depende de otros factores como la forma de la cadena alquílica. Los alcoholes pueden comportarse como ácidos o bases, esto gracias al efecto inductivo, que no es más que el efecto que ejerce la molécula de –OH como sustituyente sobre los carbonos adyacentes. Gracias a este efecto se establece un dipolo. Debido a que en el metanol y en los alcoholes primarios el hidrógeno está menos firmemente unido al oxígeno, la salida de los protones de la molécula es más fácil por lo que la acidez será mayor en el metanol y el alcohol primario.



b) Propiedades físicas de alcanos y alcoholes. ALCANOS Su reactividad es reducida, presentan enlaces covalentes, altos puntos de fusión y ebullición, son malos conductores de electricidad, son insolubles en solventes polares como el agua, en solventes no polares son solubles, los diferentes alcanos son miscibles entre si. ALCOHOLES Son líquidos, incoloros, de baja masa molecular, de olor característico, solubles en el agua en proporción variable, densidad mas baja que el agua, puntos de fusión y ebullición bajos, disuelven sustancias no polares, volátiles, algunos con baja toxicidad. c) Presión de vapor. Punto de ebullición. PRESIÓN DE VAPOR La presión de vapor o más comúnmente presión de saturación es la presión de la fase gaseosa o vapor de un sólido o un líquido sobre la fase líquida, para una temperatura determinada, en la que la fase líquida y el vapor se encuentran en equilibrio dinámico; su valor es independiente de las cantidades de líquido y vapor presentes mientras existan ambas. Este fenómeno también lo presentan los sólidos; cuando un sólido pasa al estado gaseoso sin pasar por el estado liquido también hablamos de presión de vapor. En la situación de equilibrio, las fases reciben la denominación de líquido saturado y vapor saturado. Como una tendencia general, la presión de vapor de los líquidos a presión atmosférica se incrementa con respecto al decrecimiento en el punto de ebullición. Este fenómeno es ilustrado en el diagrama que se puede observar adjunto, en el cual se muestra el comportamiento de la presión de vapor versus la temperatura de varios líquidos. PUNTO DE EBULLICIÓN

El punto de ebullición es aquella temperatura en la cual la materia cambia de estado líquido a gaseoso. Expresado de otra manera, en un líquido, el punto de ebullición es la temperatura a la cual la presión de vapor del líquido es igual a la presión del medio que rodea al líquido. En esas condiciones se puede formar vapor en cualquier punto del líquido. La temperatura de una sustancia o cuerpo depende de la energía cinética media de las moléculas. A temperaturas inferiores al punto de ebullición, sólo una pequeña fracción de las moléculas en la superficie tiene energía suficiente para romper la tensión superficial y escapar. Este incremento de



energía constituye un intercambio de calor que da lugar al aumento de la entropía del sistema. El punto de ebullición depende de la masa molecular de la sustancia y del tipo de las fuerzas intermoleculares de esta sustancia. Para ello se debe determinar si la sustancia es covalente polar, covalente no polar, y determinar el tipo de enlaces (dipolo permanente - dipolo permanente, dipolo inducido - dipolo inducido o puentes de hidrógeno). d) Destilación simple y fraccionada. Características y diferencias. DESTILACIÓN SIMPLE El aparato utilizado para la destilación en el laboratorio es el alambique. Consta de un recipiente donde se almacena la mezcla a la que se le aplica calor, un condensador donde se enfrían los vapores generados, llevándolos de nuevo al estado líquido y un recipiente donde se almacena el líquido concentrado. En la industria química se utiliza la destilación para la separación de mezclas simples o complejas. Una forma de clasificar la destilación puede ser la de que sea discontinua o continua.

DESTILACIÓN FRACCIONADA La destilación fraccionada es una variante de la destilación simple que se emplea principalmente cuando es necesario separar líquidos con punto de ebullición cercanos. La principal diferencia que tiene con la destilación simple es el uso de una columna de fraccionamiento. Ésta permite un mayor contacto entre los vapores que



ascienden con el líquido condensado que desciende, por la utilización de diferentes "platos". Esto facilita el intercambio de calor entre los vapores (que ceden) y los líquidos (que reciben). Ese intercambio produce un intercambio de masa, donde los líquidos con menor punto de ebullición se convierten en vapor, y los vapores con mayor punto de ebullición pasan al estado líquido. e) Diagramas de composición vapor-líquido. f) Concepto de plato teórico y número de platos teóricos en una columna de destilación fraccionada. Un plato teórico se define como la unidad de la columna que tiene la misma eficacia en la separación que una destilación simple y se expresa a menudo en centímetros de altura de la columna. El número de etapas o de platos necesario para una determinada separación se puede calcular teóricamente, ya que no es más que la combinación de una serie de destilaciones simples. En la práctica el número de platos reales necesarios es siempre superior al de platos teóricos calculados. De la misma manera en función del resultado buscado se diseñan el diámetro de la columna, el tipo de relleno o de platos, etc. La eficiencia de la separación depende de múltiples factores como la diferencia de puntos de ebullición de los componentes de la mezcla, la presión a la que se trabaje y otros parámetros fisicoquímicos de los componentes. g) Eficiencia de la columna de destilación fraccionada. Factores que intervienen en una destilación. Básicamente son la temperatura de ebullición de los diferentes líquidos a separar, la presión del sistema (a menor presión menor temperatura de ebullición) y la temperatura de la mezcla en el momento de la destilación. También, pero en menor medida, la temperatura del condensador en el que se recuperarán los líquidos separados, ya que esta debe ser menor a la temperatura de fusión de los líquidos de la mezcla. h) Interpretación de graficas de destilación.



Para el estudio de la destilación es más conveniente emplear la representación gráfica de los puntos de ebullición que la de las presiones de vapor de una mezcla binaria de diferentes proporciones. Se muestra un diagrama de puntos de ebullición para una mezcla binaria ideal; aquí, si las temperaturas de ebullición de la mezcla, a la presión atmosférica (puntos normales de ebullición de la disolución), se representan en función de la composición del líquido, se obtiene la curva inferior, y en función de la composición del vapor se alcanza la curva superior del diagrama. Las curvas de la presión de vapor pueden obtenerse a partir de la ley de Dalton de las presiones parciales, la cual establece que la presión total de una mezcla de gases que se comporten de forma ideal es igual a la suma de las presiones parciales de los componentes, y una de las conclusiones esenciales de esta ley es que la presión parcial de cada gas es igual a la presión total multiplicada por la fracción molar de dicho gas en la mezcla. Por tanto, la composición del vapor, es decir, la fracción molar de cualquier componente de una mezcla binaria, en estado de vapor, puede calcularse admitiendo un comportamiento de gas ideal, y entonces, bajo esta condición, tenemos i) Ley de Raoult La Ley de Raoult establece que la relación entre la presión de vapor de cada componente en una solución ideal es dependiente de la presión de vapor de cada componente individual y de la fracción molar de cada componente en la solución. La ley debe su nombre al químico francés François Marie Raoult. Si un soluto tiene una presión de vapor medible, la presión de vapor de su disolución siempre es menor que la del disolvente puro. De esta forma la relación entre la presión de vapor de la disolución y la presión de vapor del disolvente depende de la concentración del soluto en la disolución. Esta relación entre ambos se formula mediante la Ley de Raoult mediante la cual: la presión parcial de un disolvente sobre una disolución P1 está dada por la presión de vapor del disolvente puro Po1, multiplicada por la fracción molar del disolvente en la disolución X1.

Es decir que la presión de vapor del soluto crece linealmente con su fracción molar. En una solución que sólo contenga soluto, se tiene que X1=1-X2, donde X2 es la fracción molar del soluto, pudiendo escribir la formulación de la ley como:



Se puede ver de esta forma que una disminución en la presión de vapor, ΔP es directamente proporcional a la concentración del soluto presente

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