Destilación simple

A medida que un líquido se calienta, gana energía hasta que el aumento del desorden de la fase gaseosa supera las interacciones intermoleculares en la fase líquida. Una vez que hay suficientes moléculas en la fase gaseosa, escapan del líquido en forma de burbujas. Este efecto, llamado ebullición, ocurre cuando la presión total de vapor de la sustancia es igual a la presión atmosférica.

La presión de vapor es la presión del vapor en equilibrio con su fase condensada, y varía con la temperatura. En una mezcla de líquidos, cada componente tiene su propia presión de vapor, que llamamos presión parcial. La presión total de vapor de la mezcla es igual a la suma de las presiones parciales. Si los líquidos son miscibles, es decir, siempre forman una solución homogénea, la presión parcial de cada componente es la presión de vapor del compuesto puro a esa temperatura multiplicada por su fracción molar en el líquido.

La temperatura a la que comienza a formarse la primera burbuja de vapor en una mezcla líquida se denomina punto de burbuja. Para un líquido puro, tanto el punto de burbuja como la temperatura a la que el vapor comienza a condensarse, o el punto de rocío, son los mismos que el punto de ebullición. Sin embargo, para una mezcla de dos líquidos miscibles, tanto el punto de burbuja como el punto de rocío estarán entre los puntos de ebullición de los componentes.

Cuando la mezcla hierve por primera vez, el vapor es rico con el compuesto con el punto de ebullición más bajo, o el compuesto más volátil. Esto aumenta la proporción del compuesto con el punto de ebullición más alto, o el compuesto menos volátil, en la mezcla líquida.

La destilación es una técnica de separación que aprovecha este fenómeno. En una destilación simple, se hierve una mezcla líquida homogénea. A continuación, el vapor ascendente entra en la cámara interior de un condensador refrigerado por agua. El vapor se condensa en un líquido, llamado destilado, que luego se recoge en un recipiente separado.

A medida que continúa la ebullición, las composiciones del líquido y el vapor cambian a medida que se elimina el componente más volátil. Así, si recogemos el destilado en fracciones pequeñas, veremos que cada fracción contiene los compuestos en una proporción molar diferente.

A medida que aumenta la proporción del componente menos volátil en la mezcla líquida, también lo hacen el punto de burbuja y el punto de rocío. Al trazar los puntos de burbuja y rocío de la mezcla frente a las fracciones molares de los componentes, se obtiene un diagrama de punto de ebullición. Una vez que tenemos este diagrama, podemos usar la curva del punto de rocío para determinar la composición del vapor a una temperatura dada.

En este laboratorio, configurará y realizará la destilación simple de una mezcla de ciclohexano y tolueno y registrará la temperatura del vapor durante todo el experimento. A continuación, utilizará el diagrama de punto de ebullición publicado para el ciclohexano y el tolueno para determinar la composición del vapor, lo que le permitirá estimar la composición de la mezcla líquida a lo largo de la destilación.