Destilación simple. Definición, métodos y ejemplos

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La destilación simple es un procedimiento el cual permite separar componentes volátiles de componentes no volátiles, ambos presentes en un líquido. Este proceso también sirve para separar dos líquidos que se encuentran en una disolución. Esto último se logra por medio de puntos de ebullición diferentes. La destilación simple se lleva a cabo por medio del uso de un condensador, el cuál funciona disminuyendo la temperatura del vapor

En qué consiste la destilación simple

La destilación simple es un proceso que consiste en el aumento de la temperatura aplicado a una disolución. Dicho aumento se realizará hasta poder alcanzar el máximo punto de ebullición. Cuando esto ocurre, la transición entre el estado líquido al gaseoso se observa cuando hay un burbujeo constante.

Para poder realizar este procedimiento, se utiliza un equipo especialmente diseñado para ello que es bastante simple. Para empezar, se emplea un mechero― o también una manta de calentamiento―, para lo cual se requiere de un matarás de vidrio refractario de forma redonda. Este último implemento debe de tener la boca elaborada de vidrio esmerilado. A su vez, también se utilizan perlas de vidrio, o igualmente palos de madera que se emplean con el fin de reducir el tamaño de las burbujas que se forman durante el proceso.

Estos últimos dos materiales son elegidos en base a la comodidad de la persona que vaya realizar la destilación. Las perlas de vidrio, usualmente son las más elegidas, ya que estas sirven para la formación de las burbujas. Por lo cual, harán que el líquido lentamente empiece a hervir haciendo posible evitar el sobrecalentamiento. Cuando ocurre un aumento exacerbado de la temperatura, es más posible que se formen burbujas de mayor tamaño las cuales pueden explotar expulsando masa que tiene líquido.

En el matraz ―específicamente en la boquilla ―se coloca un adaptador que debe de ser elaborado con vidrio refractario, el cual a su vez se subdivide en tres boquillas más que son de vidrio esmerilado. La secuencia es la siguiente: la boquilla del matraz donde se realizará la destilación, luego esta se acopla a la boquilla del condensador, la boquilla de éste debe cerrarse utilizando un tapón de goma. También, se puede colocar un termómetro directo al condensador

El dispositivo que lleva el nombre de condensador está diseñado especialmente con la finalidad de que pueda funcionar ayudando a condensar el vapor que se encuentra en su interior. El vapor se desplaza, mientras la boquilla superior se acopla a un adaptador y la boquilla inferior se conecta a un dispositivo en forma de balón, el cual funciona recogiendo los productos o desechos durante la destilación

Cuando el agua comienza a circular por el exterior del condensador, también ingresa por medio de la parte inferior hasta salir así a la parte superior. Como resultado, es posible garantizar que la temperatura del dispositivo se mantenga estable a un nivel bajo lo cual permite que haya los vapores resultantes en el matraz de la destilación

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Usualmente, las piezas que conforman el dispositivo deben de ser fijadas mediante el uso de pinzas que conectan, a su vez, con un soporte de metal. Una parte del volumen de la disolución será sometida al proceso de destilación colocando el matraz.  Se procede entonces a colocar en las conexiones de grasa o grafito con el fin de sellar de una manera eficiente. Solo cumpliendo con este protocolo se pueda iniciar con el calentamiento de la disolución. Paralelamente, también empieza el paso del agua a través del condensador

La fase de calentamiento empieza a transcurrir desde el dispositivo en forma de balón. Se debe vigilar el incremento de la temperatura por medio del uso de un termómetro. El valor de esta medida deberá alcanzar un punto o donde haya constancia. Se continúa con el proceso, aunque es posible que el líquido volátil se evapore por completo. Ello se debe a que cuando se llega al punto de ebullición de un componente que tiene un punto de ebullición menor, la presión del vapor tendrá un valor igual al de la presión externa

En este punto, toda la energía calórica se gasta en el cambio del estado líquido al estado gaseoso que involucra el vencimiento de la fuerza de cohesión intermolecular del líquido. Por lo tanto, el suministro de calor no se traduce en un aumento de la temperatura.

Cuando ocurra el cambio de un estado líquido a un estado gaseoso, sucede que por completo la energía calórica se gasta. Esto hace que se venza a la fuerza de cohesión intermolecular que tiene un líquido. Es entonces cuando se observa que al administrar calor no sucede un aumento de la temperatura. Durante el proceso de destilación, el líquido resultante es almacenado mediante matraces que deben de ser identificados. El volumen resultante depende del volumen que originalmente se había colocado en el matraz al inicio del proceso de destilación.

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Métodos de destilación simple

Hay diferentes métodos para realizar la destilación. Cuando se ejecuta este procedimiento en un laboratorio, usualmente se utiliza un aparato el cual lleva por nombre alambique. Este objeto está colocado en un recipiente, el cual sirve para almacenar la mezcla. Dicha mezcla será separada por sus distintos componentes.

A su vez, se aplica un condensador para enfriar los vapores que se generan durante el proceso. Es justo en esa fase donde vuelve a un estado líquido. Finalmente, se utiliza otro recipiente para almacenar el líquido concentrado

La destilación simple funciona usualmente al aplicar calor a los diferentes componentes líquidos presentes en una misma mezcla. El truco está en aprovechar los diferentes puntos de ebullición de cada una de estas sustancias que serán separadas. Por ejemplo la destilación se observa naturalmente en el proceso del agua, la cual cuando llega su punto de ebullición― el cual es del 100ºC ―da como resultado la condensación de las nubes y posteriormente la lluvia.

Destilación simple y fraccionada

El uso de la destilación es muy común dentro de la industria química ya que de esta forma es posible separar mezclas sean simples o complejas. Esta técnica es ideal para este uso, ya que la separación es básicamente la diferencia entre la presión del vapor que poseen diferentes componentes de una misma mezcla.

Cuando se administra calor a cada uno de estos componentes, estos empiezan a evaporarse hasta que se condensan. Durante este proceso, algunos de estos vapores se enriquecen con otros componentes que son más volátiles.

Hay principalmente dos tipos de destilaciones: la simple y la fraccionada. En el caso de la primera, se utiliza la diferencia que existen entre los puntos de ebullición entre cada componente. Usualmente supera los 80° C, aunque en el caso de que algunos sólidos disueltos presentes en la mezcla presenten impurezas, puede que se requiera administrar una temperatura mucho más alta.

La destilación fraccionada, en cambio, consiste en sacar provecho entre los puntos de ebullición. Ocurre que cuando es muy pequeña esta diferencia +se recurre a la utilización de destilaciones consecutivas. Esto quiere decir que a través de una fase de vapor, y otra de condensación, es posible realizar la separación de componentes.

Algunos consideran que la utilización de la destilación fraccionada es una mejor forma de conseguir purificar líquidos o separar componentes individualmente. Realmente, esto depende de la mezcla que se desea separar. Lo cierto es que en cualquier caso hay que recordar que para tener una mayor eficacia, cuanto mayor sea la diferencia que existe entre los puntos de ebullición de cada una de estas sustancias, habrá mayor eficacia durante la separación de los componentes. Es decir, el grado de pureza será mayor al final del proceso de destilación.

Este procedimiento no es la mejor forma de lograr separar dos líquidos que son muy volátiles y que se encuentran en una misma disolución. Si la temperatura aumenta cuando se suministra calor la energía cinética que se encuentra en las moléculas, también aumentará su temperatura general. Esto último permitirá contraatacar la fuerza de cohesión que ella se ejerce.

Si un líquido volátil empieza a hervir cuando la presión del vapor es igual a la presión del exterior, ambos líquidos contribuirán en la composición del vapor resultante. Se observa que habrá una mayor cantidad del líquido que es más volátil, el cual compone la mayor parte del destilado que se ha formado. Este proceso se repite con la finalidad de lograr el valor de pureza sea mucho más idóneo.

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Soluciones azeotrópicas

Una condición particular de la destilación es la de las soluciones azeotrópicas. Hay líquidos perfectamente miscibles entre sí pero su comportamiento se desvía claramente del comportamiento de las soluciones ideales descritas hasta ahora. Entre las moléculas de los diferentes compuestos existen interacciones de atracción o repulsión que determinan este alejamiento de la idealidad. Es decir, hay mezclas que, una vez alcanzado su punto de ebullición, tienen la composición del vapor exactamente igual a la del líquido: por tanto, los componentes de la mezcla no pueden separarse por destilación. Cuando existe cierta incompatibilidad entre las sustancias, es decir de las fuerzas de repulsión, el punto de ebullición de la mezcla es menor que el de cada uno de los componentes y hablamos de un azeótropo positivo. Si se establecen fuerzas de atracción entre las sustancias que componen la mezcla, entonces el punto de ebullición de la mezcla será más alto que el de los componentes de la mezcla. Este es el caso, por ejemplo, del agua y el etanol: ¡la composición de la fase de vapor nunca es más rica en etanol que el 95%!

En el caso de mezclas azeotrópicas con destilación simple no es posible obtener un componente puro; sin embargo, se pueden utilizar varias técnicas para resolver el problema. Uno de ellos es la adición de un tercer componente que también forma un azeótropocon los componentes iniciales. Por ejemplo, podemos obtener alcohol etílico con una pureza superior al 95% introduciendo un tercer componente como el benceno en la mezcla agua-etanol. El benceno forma un azeótropo con agua y etanol que hierve a una temperatura más baja que la mezcla de agua / etanol. El azeótropo se enriquece en el orden de benceno, agua y finalmente etanol. Por tanto, la técnica implica la adición de una cantidad de benceno necesaria y suficiente para atrapar toda el agua. Una vez que se ha eliminado el agua, se puede obtener etanol más puro por destilación. Quienes han asistido a un laboratorio de química saben que muy a menudo la cristalería después de haber sido lavada con acetona y luego con agua, se vuelve a lavar con acetona que es capaz de quitar el agua y por lo tanto hacer que la cristalería se seque en un tiempo mucho más rápido !!! … ¡Todo esto es posible gracias a la formación de un azeótropo!.

Destilación al vacío

Cuando los compuestos a destilar tienen puntos de ebullición muy altos, se utiliza la destilación al vacío . Dado que la temperatura de ebullición de una sustancia está directamente relacionada con la presión del sistema, a medida que la presión disminuye, la temperatura de ebullición también disminuye. Usando una bomba de vacío, disminuimos la presión dentro del sistema. Por supuesto, es importante conocer la temperatura de ebullición de la sustancia que se destilará a la nueva presión. Hay un gráfico (el nomógrafo) mediante el cual, conociendo la temperatura de ebullición de un compuesto a un determinado valor de presión, es fácil evaluar la nueva temperatura de ebullición válida para otro valor de presión. Antes de proceder con la destilación propiamente dicha, es necesario evaluar la presión alcanzada por la bomba de vacío que pretendemos utilizar y por tanto evaluar el punto de ebullición de la sustancia a destilar a ese valor de presión mediante el nomógrafo. Una precaución importante en el caso de la destilación al vacío es aplicar vacío y solo entonces comenzar a calentar. Si empezáramos a calentar antes de poner en marcha la bomba, correríamos el riesgo de encontrarnos con violentos procesos de ebullición.

Destilación simple ejemplos

A continuación, se explican algunos ejemplos de la utilización de la destilación simple aplicado a diversos componentes.

En primer lugar, tenemos la destilación del agua y del alcohol. Primero se dispone de una solución de alcohol en agua que tiene una concentración de un 50 %. En este caso, el punto de ebullición del alcohol se sabe que es de 78,4 ºC. En cambio, sucede que el punto de ebullición del agua es de 100°C. En este caso, no es posible obtener alcohol puro

El primer paso es calentar la mezcla hasta alcanzar el punto de ebullición del alcohol, ya que es el líquido más volátil entre los dos. El vapor que se forma tendrá una proporción que es mayor a la del alcohol, a su vez habrá una mayor concentración de agua dado a que hay similitudes en el punto de ebullición.

El líquido que se obtiene a partir de este proceso tendrá como resultado un porcentaje mayor de alcohol, cuando esté mismo líquido es sometido a sucesivas destilaciones posible que se pueda obtener una solución más concentrada de alcohol, pero que no es puro. Ellos se debe a que el vapor se continuará teniendo rastros de agua, esto se le conoce con el nombre de azeótropo

Otro ejemplo de destilación simple, es la usada durante la separación de un líquido y un sólido. En una disolución que contiene sal y agua, da como resultado un líquido el cual puede ser volatilizado a un compuesto que no es volátil, al llegar a un punto de ebullición muy alto. El resultado es la sal, cuando se destila la disolución se obtiene agua pura del líquido condensado. En el fondo del mar este método es utilizado y durante la destilación se encontrarán sales sedimentarias.

Cuando se separa el alcohol de la glicerina de una mezcla de alcohol etílico, también vemos un ejemplo de destilación. En este caso, el punto de ebullición es de 78,4 ºC para el alcohol y el de la glicerina es de 260 ºC. Durante el proceso de destilación simple se forma un vapor el cual tendrá un porcentaje mucho mayor al del alcohol, siendo prácticamente cercano al cien por ciento.

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