DESTILACIÓN POR ARRASTRE CON VAPOR

Jonathan Andrés Ortiz Forero Cod. 01175086

Danna Nicolle Jiménez Cortés Cod. 25151507

Objetivos

Obtener el aceite esencial de un material vegetal empleando destilación con arrastre con vapor y caracterizarlo por su apariencia e índice de refracción.

Conocer el montaje requerido para una destilación por arrastre con vapor en el laboratorio y entender la forma de utilización de este y el fundamento de la operación.

Marco teórico

1. Discuta y explique ¿cómo se puede determinar si una sustancia líquida es, o no es, un compuesto puro?

A partir de sus propiedades físicas se puede determinar la pureza de una sustancia, ya que estas son únicas de la sustancia totalmente pura. Estas se pueden medir en el laboratorio (como el punto de ebullición, índice de refracción y la densidad) y comparar con las encontradas en la bibliografía. La pureza de un líquido orgánico se reconoce en su punto de ebullición, que en las mismas condiciones eternas es constante, en tanto que en la destilación no se produzca descomposición. Este criterio no funciona cuando hablamos de una mezcla azeotrópica.

2. ¿Cuáles técnicas de separación y purificación conocidas son útiles para obtener compuestos puros a partir de mezclas líquidas que los contienen?

Las destilaciones son los métodos más usados para separar mezclas de líquidos, bien sean miscibles o no, además también están las extracciones líquido-líquido.

Se usan los 5 tipos de destilaciones y la extracción:

● Destilación Simple: Funciona muy bien con mezclas de líquidos miscibles entre sí, que sus curvas de fase de vapor y fase líquida están bastantes separadas la una de la otra y que por lo tanto necesitan de uno o dos platos teóricos no más.

● Destilación fraccionada: Se aplica a mezclas líquidas cuyas curvas de fase de vapor y fase líquida están juntas y por lo tanto permiten el uso de varios platos teóricos para su destilación.

● Destilación por Arrastre de Vapor: Usado con mezcla líquidas miscibles o inmiscibles entre sí. Esta operación consiste en la volatilización de una sustancia transfiriendo vapor a una mezcla de la sustancia y agua. Esto siempre ocurre a una temperatura menor a 100 °C por lo que también es muy útil a la hora de destilar sustancias sensibles al calor.

● Destilación a presión reducida: Usado en sustancias que antes de llegar a su punto de ebullición, se descompone parcial o completamente. Al disminuir su presión externa (entre 0.1 a 30 mm Hg), el punto de ebullición disminuye considerablemente y la destilación podrá llevarse a cabo sin el peligro de la descomposición.

● Hidrodestilación: Este es un proceso de extracción de aceites esenciales de plantas, muy parecido a la destilación por arrastre de vapor, se distingue de ésta porque en la hidrodestilación la materia prima está en contacto con el agua generadora de los vapores.

● Extracción Líquido- Líquido: Es un método muy útil para separar componentes de una mezcla. El éxito de este método depende de la diferencia de solubilidad del compuesto a extraer en dos disolventes diferentes. Cuando se agita un compuesto con dos disolventes inmiscibles, el compuesto se distribuye entre los dos disolventes.

3. ¿Qué se entiende por

a. Miscibilidad?Miscibilidad es la habilidad de dos o más sustancias líquidas para mezclarse entre sí y formar una o más fases, o sea, mezcla es el conjunto de dos o más sustancias puras. Cuando dos sustancias son insolubles, ellas formas fases separadas cuando son mezcladas. El mejor ejemplo conocido de esto es la mezcla de aceite y agua.

b. Destilación?Es una de las principales técnicas para separar mezclas de líquidos. La separación se fundamenta en la diferencia de la presión de vapor de los diferentes componentes de la mezcla. Al calentarse una mezcla los componentes se evaporan para condensarse posteriormente y durante el proceso, el vapor (y por lo tanto el condensado) se enriquece con los componentes más volátiles.

c. Evaporación?La evaporación es el paso de las moléculas desde la superficie de un líquido al estado gaseoso o vapor. Se requiere suficiente energía para vencer las fuerzas intermoleculares y la tensión superficial de líquido. Este paso es muy lento y aumenta a medida que la energía cinética de las moléculas aumenta.

d. Condensación?Es el cambio de fase gaseosa a fase líquida, conocido como el proceso opuesto a la evaporación. Puede variarse la temperatura o la presión para llevar al gas a su punto de rocío.

e. Punto de burbuja?Es la temperatura (y/o la presión) a las cuales un sistema empezará la ebullición, esto puede verse con la aparición de la primera burbuja de vapor formada. La composición de la burbuja de vapor está en equilibrio con la solución líquida, y puede decirse que la temperatura de esta burbuja es la temperatura a la cuál comienza el proceso de destilación.

f. Punto de rocío?Se refiere a la temperatura y presión a la cuál un sistema condensa, es decir, se forma la primera gota de condensado a partir de una mezcla en fase de vapor.

g. Destilación simple?Tipo de destilación donde los vapores producidos son inmediatamente canalizados hacia un condensador, el cual los refresca y condensa de modo que el destilado no resulta puro. Su composición será idéntica a la composición de los vapores a la presión y temperatura dados.El enriquecimiento del vapor con el componente más volátil de una mezcla binaria, después de una evaporación única, está dado por la ley de Raoulth.

h. Destilación fraccionada?La destilación fraccionada es el proceso por el cual se separan mezclas líquidas cuyos diagramas de fase de vapor y fase líquida están muy cerca entre sí y se requieren varios platos teóricos para la separación total de sus componentes. Esto se logra mediante el uso de una columna de fraccionamiento que permite un mayor contacto entre la mezcla de vapores y la columna, lo que genera mayor cantidad de equilibrios vapor-líquido permitiendo que solo suba el vapor más volátil.

i. Destilación a presión reducida (con vacío)?Es una forma de destilación sencilla o fraccionada que se efectúa a presión reducida. Muchas sustancias no pueden purificarse por destilación a presión atmosférica, porque se descomponen antes de alcanzar sus p.e normales. Otras sustancias tienen p.e tan altos que su destilación es difícil o no resulta

conveniente. Un líquido comienza a hervir a la temperatura en que su tensión de vapor se hace igual a la presión exterior, por tanto disminuyendo esta se logrará que el líquido destile a una temperatura inferior a su p.e normal.Usado en sustancias que antes de llegar a su punto de ebullición, se descomponen parcial o completamente. Al disminuir su presión externa (entre 0.1 a 30 mm Hg), el punto de ebullición disminuye considerablemente y la destilación podrá llevarse a cabo sin el peligro de la descomposición.

j. Arrastre con vapor?Se usa vapor saturado o sobrecalentado fuera del equipo principal, para calentar un líquido inmiscible en él y transportarlo a otro recipiente obteniendo una mezcla del compuesto puro y agua. Es la evaporación de una sustancia orgánica por la acción del calor latente del vapor al mezclarse con estas sustancias, haciendo que se evaporen más fáciles.

k. Destilación por arrastre con vapor?Es el proceso (o técnica) usada para separar mezclas de líquidos en los que un componente volátil e insoluble en agua es separado de otros componentes no volátiles, pero solubles en agua. Utiliza como principio el arrastre con vapor. La destilación con vapor se utiliza generalmente para separar los materiales que son sensibles a la temperatura, tales como compuestos orgánicos y aromáticos. Muchos de tales compuestos se descomponen a temperaturas elevadas constantes, haciendo que la destilación ordinaria no sea viable. La destilación con vapor demuestra un método más eficaz, en el que se añade vapor o agua a la mezcla para deprimir los puntos de ebullición de sus elementos constitutivos. Esto les permite evaporar a temperaturas inferiores a las que se deterioran.

l. Co destilación? Es un proceso en el cuál para poder destilar una sustancia se debe utilizar otra (generalmente es vapor de agua) que le transfiere calor y permite que esta se volatilice. Las 2 sustancias como vapor se condensan al tiempo formando un solo líquido condensado. Esto suele usarse en la extracción de ciertos aceites esenciales de plantas como en el caso de la rosa damanesca con el sándalo. La co destilacion o destilación de arrastre de vapor es un proceso en el cuál para poder destilar una sustancia se debe utilizar otra (generalmente es vapor de agua) que le transfiere calor y permite que esta se volatilice.

m. Destilación molecular?Es una técnica de destilación que se usa para sustancias con una muy baja volatilidad, que además son sensibles al calor o cuyo punto de ebullición es demasiado alto. Las condiciones son la aplicación de un vacío casi perfecto (se

usa una presión absoluta de 0.001 mbar) lo cuál permite que las sustancias se vuelvan muy volátiles.

n. Azeótropo?Un azeótropo es una mezcla líquida de cierta composición para la cuál en el punto de ebullición se presenta una presión de vapor mayor o menor que otras composiciones. En este punto la mezcla destilada se comportará como una sustancia pura, originando un azeótropo de punto de ebullición mínimo o máximo. El azeótropo se comporta como una sustancia pura ya que su composición es la misma en la fase líquida y en la fase de vapor.

o. Alimento de la destilación?Este es la mezcla de líquidos que se va a destilar. Esta puede ser de líquidos totalmente miscibles, parcialmente miscibles, miscibles con azeótropos o inmiscibles entre sí.

p. Destilado?El destilado es el líquido que se recoge después del proceso de destilación. Este no siempre es totalmente puro, y puede dividirse en varias fracciones, que variarán en su composición ya que primero se obtiene en mayor parte el componente más volátil y luego la composición variará hasta obtener el componente menos volátil completamente puro.

q. Fondo de destilación?El fondo de la destilación es aquello que durante el proceso de destilación permanece en el balón de fondo redondo, es decir, es la mezcla de composición variable (por efecto del calor se pierde el componente más volátil) que tenderá a volverse cada vez más pura en el componente menos volátil. Es la parte de la muestra que se evapora pero que recircula al fondo de la columna.

r. Presión de vapor?Las moléculas del líquido están en constante movimiento y aquellas que llegan a la superficie tienden a escaparse en forma de vapor, estas moléculas al chocar contra las paredes del recipiente ejercen una presión, esa es la presión de vapor del líquido, que será mayor entre más moléculas permanezcan en la fase gaseosa.

s. Reflujo?Proceso de condensación no deseado que ocurre sobre las paredes del material de vidrio (diferente al condensador) y que tiene lugar porque este material siempre esta a menor temperatura que la del vapor. Este proceso es no deseado pero no se puede evitar de manera sencilla.

t. Tasa de reflujo?Es la relación por unidad de tiempo entre la cantidad de líquido que por reflujo se devuelve al balón y el número de gotas destiladas. Esta es una medida de la eficiencia del proceso de destilación fraccionada.

u. Sangrado de la columna?Esta es la pérdida de fase estacionaria de la columna, ya bien sea por el proceso de elución o cuando se limpia con un disolvente para eliminar los contaminantes, esta degradación se acelera a mayores temperaturas.

v. “chazer” o propulsor en destilación fraccionada?Ayuda al calentamiento de su compuesto en la superficie del material de embalaje. Debe tener un punto de ebullición tremendamente alto en relación con lo que se fracciona.

w. Volumen muerto de la columna?Cantidad de líquido que queda atrapado en la amplia superficie de contacto de la columna de destilación, que no puede recuperarse y por lo tanto contribuye a la pérdida de masa del sistema. Es el volumen de eluyente que se consume sin que se detecte ningún componente.

x. Plato teórico?El plato teórico es el sitio de la columna de fraccionamiento en el cual ocurre el equilibrio gas-líquido y que permitirá que sólo los vapores más volátiles asciendan por la columna de fraccionamiento. En la gráfica puede verse que el segmento NX es un plato teórico, ya que muestra a una temperatura dada (Te’) están en equilibrio el líquido N y el vapor X. Relaciona la eficacia de una columna con su longitud.

Unidad de la columna de fraccionamiento que tiene la misma eficacia en la separación que una destilación simple y se expresa a menudo en cm de altura de la columna.

y. Altura equivalente a plato teórico?Es la relación entre la altura de la columna y el número de veces que se alcanza el equilibrio dentro de la columna, y que coincide con el número de platos teóricos que tiene la columna.

H=L/N

Donde H es la altura equivalente, L la altura de la columna y N el número de platos teóricos en ella.

z. Manómetro y manóstato?

Son instrumentos que miden la presión de determinado fluido. Existen muchos de diferentes clases pero los más conocidos son aquellos que funcionan comparando la presión del fluido con otra de un fluido conocido, esto se logra al cuantificar la variación en la altura de la columna del fluido conocido. El manómetro es un instrumento utilizado para la medición de la presión en los fluidos, generalmente determinando la diferencia de la presión entre el fluido y la presión local.

Un manóstato es un instrumento s que se utiliza para mantener constante la presión. Por ejemplo, puede desearse regular la velocidad de evaporación de un líquido volátil durante un proceso que implica una disminución de presión durante una destilación fraccionada a vacío.

4. Discuta y explique comparativamente las siguientes técnicas de destilación:

a. Simple: La destilación simple es una técnica de purificación y separación de líquidos miscibles, que se basa en aumentar la temperatura del sistema hasta alcanzar un equilibrio dinámico líquido-vapor, para posteriormente retirar y condensar el vapor obtenido. Como se espera que los componentes de la mezcla tengan puntos de ebullición diferentes, a una temperatura dada el vapor obtenido tendrá una mayor composición del componente más volátil (el de menor punto de ebullición, es decir, el de mayor presión de vapor) y por tanto, el destilado, tendrá mayor composición de dicha sustancia volátil, y de esta manera se habrán separado y purificado los componentes. No es un proceso eficiente, dado que el destilado es más rico en componente volátil, pero no es puro. El proceso que ocurre durante la destilación simple es el mismo proceso que ocurre en un solo plato teórico de la destilación fraccionada, lo que lleva a decir que en realidad la

destilación simple es una destilación fraccionada llevada a cabo en un plato teórico. El montaje para esta técnica consiste en un soporte universal que sostiene un balón con tubo lateral y una malla para calentamiento, bajo la cual se pone una fuente de calentamiento, bien sea un mechero Fischer o una plancha. La tubuladura lateral del balón lleva a una cavidad llamada cabeza destiladora donde se pone el termómetro, y más allá a un tubo refrigerante recto o en serpentín, que es sostenido por otro soporte universal, el refrigerante se une por medio de una alargadera a un recipiente colector, que puede ser un Erlenmeyer.

b. Fraccionada: La destilación fraccionada consiste en una secuencia de destilaciones simples que ocurren en una columna de fraccionamiento. Dicha columna está diseñada de manera que parte de los vapores son condensados y retornan al balón, esto ocurre gracias a que dentro de la columna el área de contacto del vapor con el vidrio es muy grande, lo que facilita la condensación del vapor menos volátil en esta. De manera que el destilado es muy rico en el componente más volátil, mientras el líquido que permanece en el balón es cada vez más rico en componente no volátil. De esta manera se purifica más rápido y más eficientemente la solución problema. Este método se emplea cuando la diferencia de p. Eb es cercana (<100°C) de lo contrario, una destilación simple resulta adecuada. El montaje de esta técnica difiere en que, el balón no tiene tubuladura, sino que se inserta sobre este la columna de fraccionamiento, sobre esta la cabeza destiladora con el termómetro, y esta se une al refrigerante.

c. Por arrastre con vapor: Esta forma de destilación se emplea para separar mezclas volátiles insolubles en agua, de sus impurezas solubles no volátiles, o de otra sustancia miscible en ella, pero no en agua. Como en este caso, la presión del sistema es la suma de las presiones parciales de ambos componentes sin importar su proporción, el sistema agua-mezcla como un todo entra en ebullición cuando la suma de las presiones parciales iguale la presión atmosférica. El punto de ebullición para cada mezcla binaria es constante y menor que el del componente más volátil, de modo que se evita elevar mucho la temperatura, y se evita el riesgo de que algún componente se descomponga. Existen dos formas de este tipo de destilación: dejando la mezcla de sustancia-agua en el balón ó introducir el vapor desde afuera, a través de un tubo. Cuando la mezcla ebulle, el agua y la sustancia que se desea aislar codestilan, así se separa de las impurezas solubles que pudiera tener cada líquido, y una vez condensado se separa por decantación.

d. A presión reducida: Este método se emplea para mezclas miscibles cuando algún componente que se desea separar tiene un punto de ebullición muy alto (alrededor de 200°C) ó se descompone a temperaturas cercanas a esta. Entonces, por medio de la aplicación de vacío se puede disminuir la temperatura de ebullición, se preserva la sustancia. Es necesario que los líquidos tengan una diferencia de temperatura de ebullición de al menos 25°C. También se emplea para separar un líquido de sus impurezas no volátiles. El montaje consiste en el mismo que el de la

destilación simple, excepto que la alargadera tiene una tubuladura conectada a una fuente de vacío.

e. Hidrodestilación: La hidrodestilación es una variante de la destilación por arrastre de vapor. Consiste en separar el agua del líquido que se desea aislar, por medio de una trampa, después de que es condensado, y antes de que se colecte. Este es un método empleado para obtener aceites esenciales a partir de extractos vegetales.

5. Para los procesos de destilación antes mencionados, investigue y describa cómo se hace, si es pertinente, cada una las siguientes operaciones

a. Calentamiento y evaporación del líquido,

Destilación simple: EL líquido a destilar se dispone en el matraz del montaje de destilación, se agregan esferas de vidrio para regular la ebullición y se inicia el calentamiento. Posteriormente, acorde al punto de ebullición, el componente más volátil inicia su evaporación, la cual será condensada en la parte superior del matraz, por el desprendimiento lateral.

Destilación fraccionada: El líquido se dispone en el matraz del montaje para destilación fraccionada y se inicia el calentamiento. El vapor de la mezcla asciende por la columna de fraccionamiento, la cual está llena con algún material como esponjillas de acero inoxidable; el vapor se condensa y el líquido obtenido, el cual está enriquecido en el componente más volátil, vuelve a ser destilado las veces que sea necesario hasta obtener el líquido puro únicamente del componente con menor P.eb.

Destilación a presión reducida: La mezcla a destilar (normalmente de compuesto con P.eb muy alto) se dispone y se inicia un calentamiento suave e uniforme, el vapor sube por el matraz y se condensa en un kitasato con desprendimiento lateral que se encuentra conectado al brazo del matraz donde se aloja la mezcla que está destilando. Adicionalmente, el matraz donde se recoge el destilado lleva conectado una bomba de vacío en su desprendimiento lateral para proporcionarle al sistema una presión reducida.

Destilación por arrastre con vapor: El líquido que debe destilarse se conecta al montaje para destilación por arrastre con vapor. Conectado a este, se calienta el matraz con agua que actúa como generador de vapor. De esta manera, el arrastre se produce por una corriente de vapor de agua la cual se inyecta al recipiente que contiene la muestra a separar

Hidrodestilación: Se diferencia en el método de la destilación por arrastre con vapor, ya que se coloca una trampa al final del refrigerante la cual va separando el destilado del agua que surge de la corriente de vapor que hace el arrastre.

b. Agitación y regulación del régimen de ebullición

Destilación simple y fraccionada Se realiza la regulación de la agitación y la ebullición de la mezcla para destilar, colocando dentro de la mezcla esferas de vidrio o trozos de porcelana.

Destilación por arrastre con vapor e hidrodestilacion: El tubo de seguridad que se encuentra en el matraz generador de vapor, ayuda a regular la presión interna y la ebullición del líquido.

Destilación a presión reducida: AL matraz se agregan con ayuda de un embudo la muestra de destilación y la pinza de Morh, la cual va ajustada a un capilar, actúan como núcleos de ebullición.

. c. Separación de los componentes de distinto punto de ebullición en la mezcla,

Destilación simple: Se aplica cuando en la mezcla, los líquidos tienen Peb bastante diferentes. Los componentes van destilando de acuerdo a su volatilidad, es decir, la primera porción del destilado estará constituida en su mayor parte por el componente más volátil, y así sucesivamente.

Destilación fraccionada: Suponiendo que las presiones de vapor de dos sustancias no son iguales a temperatura específica, la destilación simple de la mezcla de dichas sustancias producirá un destilado que aún es una mezcla pero su composición difiere de la mezcla inicial, puesto que el componente más volátil estará más concentrado en el destilado. Si este, es re destilado, el componente más volátil enriquecerá aún más el nuevo destilado, y así sucesivamente con cada re destilación. Esta es la base de la destilación fraccionada, que se vale de una columna de fraccionamiento para efectuarse en una sola operación, obteniendo los mismos resultados con una serie de re destilaciones o destilación en serie.

Destilación a presión reducida: Se utiliza con sustancias de P.eb muy altos, que al ser calentadas a temperaturas cercanas o inferiores a su P.eb, pueden descomponerse, oxidarse o sufrir reordenamiento molecular. Por tal razón, si se requiere separar compuestos de mezclas de sustancias como las descritas se realiza la destilación a presión reducida, la cual se logra al conectar al aparato de destilación un bomba de vacío o trampa de agua; puesto que al disminuir la presión sobre la superficie del líquido, esta hervirá a temperatura más baja.

Destilación por arrastre con vapor: Se utiliza con sustancias poco solubles en agua, por lo que, en este caso, la presión de vapor de cada componente no es influenciada por la presencia de los demás componentes y cada uno ejerce su propia presión de vapor a la temperatura determinada; la presión total será la suma de las presiones parciales de cada componente. De acuerdo con lo anterior, cuando la presión de vapor combinada de los componentes de una mezcla, iguala la presión opuesta, la mezcla hervirá.

Hidrodestilación: Se emplea frecuentemente para separar aceites esenciales de tejidos vegetales. Se realiza el montaje de hidrodestilación incluyendo la trampa de Clevenger. El aceite se va separando en la bureta de la trampa.

d Intercambio térmico, enfriamiento y condensación del vapor,

Destilación simple: Ocurre en las secciones del cuello del matraz con la mezcla en destilación y el refrigerante.

Destilación fraccionada: Los líquidos de la mezcla con punto de ebullición más elevado se condensan en la columna de fraccionamiento y regresa al matraz de

destilación. El componente más volátil pasa la refrigerante y allí se enfría y condensa.

Destilación por arrastre con vapor: Hay un intercambio térmico en el matraz que contiene la muestra, cuando el vapor que se calienta en el generador de vapor pasa al matraz que contiene la muestra, extrayendo de esta manera, el destilado que se desea, el cual atraviesa el refrigerante y posteriormente pasa a un embudo de separación donde se realiza la total separación del destilado de la fase acuosa generada por el arrastre de vapor.

Hidrodestilación: La recolección del destilado se da en la trampa de Clevenger y para su obtención final, se debe esperar a que en conjunto, el aparato de destilación enfríe.

Destilación a presión reducida: La condensación del destilado se da entre el desprendimiento del matraz con la mezcla en destilación y el kitasato al que está conectado la bomba de vacío. El enfriamiento de los vapores se realiza aplicando agua fría sobre el kitasato receptor de la destilación.

e colección del destilado y control de pérdidas y contaminación por evaporación del líquido obtenido,

Destilación simple, fraccionada y por arrastre con vapor: el destilado se colecta en el recipiente colector con ayuda de la alargadera que conecta este recipiente con el refrigerante, de donde sale el líquido condensado.

Destilación a presión reducida: el destilado se colecta en el kitasato que está conectado a la bomba de vacío o trampa de agua y simultáneamente al desprendimiento lateral del matraz con la mezcla en destilación.

Hidrodestilación: el destilado se colecta en la bureta de la trampa de Clevenger.f Verificación de pureza del líquido destilado,

Destilación simple: Punto de ebullición observado, volumen e índice de refracción. Destilación fraccionada: volumen, índice de refracción y densidad. Destilación a presión reducida: volumen, índice de refracción y densidad . Destilación por arrastre con vapor: volumen, temperatura de destilación, presión

parcial del compuesto, densidad e índice de refracción. Cromatografía en capa fina.

Hidrodestilación: Cromatografía en capa fina.

g Cálculo del rendimiento del proceso

En los casos reales de destilación por arrastre, se requiere generalmente una masa mayor de agua que la calculada teóricamente para lograr el arrastre completo. Se calcula, entonces, el porcentaje de eficiencia logrado, conociendo la masa de agua teórica y real. %eficienca= (masa de agua teórica/masa de agua real empleada)× 100

para los demás tipos de destilaciones Rendimiento = (volumen de la fracción deseada obtenida/volumen del componente en la mezcla) × 100

6. Discuta y explique cómo varía la presión de vapor y la temperatura de ebullición de los compuestos líquidos por efecto de

a. Su estructura molecular,

Los líquidos cuyas moléculas se atraen poco mutuamente, tendrán una presión de vapor alta (las moléculas tendrán gran tendencia a “escaparse” del seno del líquido. Las fuerzas intermoleculares más fuertes son las de puente de hidrógeno, luego dipolos permanentes, transitorios y de fuerzas de Van der Waals (con el incremento del peso molecular aumentan las dos últimas), el punto de ebullición decrece tal como el orden de estas fuerzas.

b. La estructura molecular de otros componentes en la mezcla líquida (recuerde Ley de Raoult, Ley de presiones parciales de Dalton y propiedades coligativas relativas al punto de ebullición)

Si los dos componentes A y B de una mezcla líquida tienen características diferentes, las fuerzas intermoleculares entre las moléculas de A diferirán de las que actúan entre las moléculas de B. Como consecuencia de esto, la presencia de B afectará la tendencia de escape de las moléculas de A y viceversa; entonces la ley de Raoult no será aplicable. Si la atracción entre las moléculas de B es mucho mayor que la que existe entre las moléculas de A, el efecto es desplazar a estas últimas del líquido al vapor, en otras palabras, por consiguiente, la presión de vapor de A será mayor de la que resultaría en base a la ley de Raoult, y en relación a la destilación esta mezcla se considera un azeótropo de punto de ebullición mínimo. Si los dos componentes de una mezcla son tales que las moléculas de A y B se atraen fuertemente entre sí, la presión de vapor de cada componente será menor que la requerida por la ecuación de la ley de Raoult y en relación a la destilación esta mezcla se considera un azeótropo de punto de ebullición máximo.

c. La presión del medio en que ocurre la evaporación:

La presión de vapor de una sustancia líquida (en contacto con dicho líquido) tiene un valor constante, e independiente de la cantidad total de líquido o de vapor, presentes en el sistema; pero si depende de la temperatura del sistema. La variación con la temperatura de ebullición está relacionada con el cambio de volumen asociado a la transición entre el estado líquido y el gaseoso, así mismo, si la presión externa del sistema disminuye, la temperatura de ebullición del líquido también lo hará.

d. La concentración de las impurezas

Las presiones de vapor y puntos de ebullición de las sustancias pueden ser afectados por la presencia de impurezas disueltas u otros compuestos miscibles, el grado de efecto en función de la concentración de las impurezas u otros compuestos. La presencia de impurezas no volátiles, tales como sales o compuestos de una volatilidad mucho menor que el compuesto principal componente disminuye su fracción molar y la volatilidad de la solución, y por lo tanto aumenta el punto de ebullición normal en proporción a la concentración de los solutos. Este efecto se denomina elevación del punto de ebullición.

7. Investigue y discuta ¿qué propiedades de los componentes y de la mezcla propician una buena separación de compuestos líquidos puros mediante

a. Destilación simple?

Se puede aplicar una destilación simple para un líquido, o una solución de un soluto (no volátil) en un líquido, en el montaje de destilación simple se observa que al comenzar el calentamiento, aumentará la presión de vapor del líquido a destilar, hasta que alcance la presión atmosférica y entre en ebullición, entonces, comenzará a efluir suficiente vapor caliente como para lograr un nuevo equilibrio líquido-vapor a la altura del bulbo del termómetro , este vapor pasa a través de un refrigerante que lo hará condensar para ser recolectado en un recipiente

b. Destilación fraccionada?

Se usa para separar una mezcla de líquidos miscibles, cuando una mezcla de dos líquidos entra en ebullición, el vapor será más rico en el componente más volátil, pero este debe separarse completamente del líquido menos volátil, por eso se recurre a una columna de fraccionamiento, que está construida de tal forma que la mayor parte de los vapores que penetren en ella son condensados y vuelvan al balón. En la superficie entre ambas fases, la parte menos volátil del vapor condensa con liberación de calor que produce, a su vez, vaporización de la parte más volátil del líquido. El proceso se repite continuamente a medida que el vapor atraviesa la columna. El sistema líquido que llega al extremo superior de la columna se halla altamente concentrado en el componente más volátil de la mezcla, mientras que el condensado que constantemente refluye dentro del balón de destilación está empobrecido en el componente más volátil y enriquecido en el componente de punto de ebullición más alto.

c. Destilación por arrastre con vapor?

Tiene aplicación para la resolución de las siguientes situaciones:

○ Separación de un componente algo volátil, a partir de una mezcla alquitranosa, o sólida en suspensión

○ Separación de algún componente inmiscible en agua, a partir de una mezcla (la condición es que el resto de los componentes sean solubles en agua a ebullición y no presenten presión de vapor apreciable)

○ Destilación a menos de 100°C de sustancias poco estables al calor.

d. Destilación a presión reducida?

Es usada para compuestos que tienen altos puntos de ebullición, cada compuesto a menudo sufre una descomposición térmica en las temperaturas requeridas para su destilación a presión atmosférica, el punto de ebullición de un compuesto desciende sustancialmente al reducir la presión externa. La destilación a presión reducida es también usada para compuestos que cuando son calentados, pueden reaccionar con el oxígeno presente en el aire; esta técnica también es usada cuando es más conveniente destilar a una temperatura más baja debido a limitaciones experimentales, se pueden tener dificultades al calentar un recipiente a una temperatura superior a 250 ° C.

8. Explique ¿cómo se corrige el dato de punto de ebullición de un líquido determinado a la presión local del laboratorio para compararlo correctamente con el punto de ebullición normal citado en la literatura?

Para una diferencia entre la presión de trabajo y la presión citada en la literatura menor o igual a 200 mm de Hg se usa la ecuación de Sydney Young:

∆t = ( T + t ) * ( 760 – H ) * K

Dónde:

∆t = corrección de temperatura (º C)

H = presión exterior (mm de Hg.)

T = temperatura absoluta (273 K)

t = temperatura del punto de ebullición leído a la presión H, (ºC)

k = constante que depende del tipo de sustancia (0,00012 para líquidos no asociados y 0,00010 para líquidos asociados)

9. Explique ¿cómo se corrige el dato de punto de ebullición de un líquido hallado a muy baja presión, en una destilación a presión reducida, para compararlo correctamente con el punto de ebullición normal?

Al realizar destilación a presión reducida, es necesario conocer el punto de ebullición a una presión no reportada en la bibliografía. Si se conocen las temperaturas de ebullición de la sustancia a diferentes presiones, se puede trazar una haciendo una grafica de logaritmo de presión contra el inverso de la temperatura absoluta, y así determinar la presión de trabajo.

logP=7,69− 4,8TpT

Dónde: T= Temperatura de ebullición observada en K

Tp= Temperatura de ebullición a presión atmosferica

P= Presión del sistema en mm Hg

10. Discuta y explique ¿Cómo se mide la presión de los sistemas de reacción en un laboratorio?

El instrumento mayormente utilizado para determinar presiones en un laboratorio lo constituye el manometro.

Existen distintos tipos de manómetros, pero esencialmente se caracterizan por utilizar como mecanismo para la medida de presiones utilizan la presión atmosférica como nivel de referencia y miden la diferencia entre la presión real o absoluta y la presión atmosférica, llamándose a este valor presión manométrica; dichos aparatos reciben el nombre de manómetros y funcionan según los mismos principios en que se fundamentan los barómetros de mercurio y los aneroides.

Manómetro de dos ramas abiertas: consiste en un tubo de vidrio doblado en ∪ que contiene un líquido apropiado (mercurio, agua, aceite, entre otros). Una de las ramas del tubo está abierta a la atmósfera; la otra está conectada con el depósito que contiene el fluido cuya presión se desea medir. El fluido del recipiente penetra en parte del tubo en ∪, haciendo contacto con la columna líquida. Los fluidos alcanzan una configuración de equilibrio de la que se calcula la presión manométrica.

Manómetro truncado: sirve para medir pequeñas presiones gaseosas. Si la rama abierta se comunica con un depósito cuya presión supere la altura máxima de la columna barométrica, el líquido barométrico llena la rama cerrada. En el caso contrario, se forma un vacío barométrico en la rama cerrada.

Bourdon: consistente en un tubo metálico, aplastado, hermético, cerrado por un extremo y enrollado en espiral.

Aneroide: En la industria se emplean casi exclusivamente los manómetros metálicos o aneroides, que son barómetros aneroides modificados de tal forma que dentro de la caja actúa la presión desconocida que se desea medir y fuera actúa la presión atmosférica

11. Discuta y explique ¿de qué medios puede valerse uno en el laboratorio o en la industria para hacer vacío?

Las bombas mecánicas . Hoy en día existen varios tipos de bombas mecánicas como las bombas de pistón, bombas de anillo de agua, bombas de paleta rotatoria, bomba tipo Roots, etc.

La bomba de paletas rotatorias posee dos ductos, uno de dimensiones mayores respecto al otro. El ducto mayor da al exterior de la bomba (conexión con la cámara a desalojar), y dentro de la bomba hasta el estator; es considerado como la entrada al estator. Por otra parte, el ducto pequeño es la salida del estator y conduce a un recipiente parcialmente lleno de aceite. Al final del ducto menor se coloca una válvula de descarga, la cual regula la salida de gas del estator al recipiente. El recipiente a su vez tiene salida al exterior de la bomba.

El funcionamiento de la bomba de paletas rotatorias es sencillo: al girar el rotor provoca que las paletas se deslicen sobre las paredes del estator (con una presión uniforme debido al resorte que sostiene a las paletas), esto permite la entrada del gas entre el estator y el rotor; después se mueve el volumen de gas contenido en esta región hasta la salida del estator. La figura IV.6 presenta esta operación en detalle.

Las bombas de vapor . Un ejemplo de este tipo de bombas de vacío es la bomba de difusión. La ventaja de este tipo de bomba para crear alto vacío, comparado con las bombas mecánicas, es que puede producir mayor velocidad de bombeo con el mismo tamaño, peso y costo. El primer diseño fue creado por Gaede pensando en términos de la teoría cinética de los gases. La acción de bombeo fue diseñada para la difusión del aire dentro de una nube de mercurio. Las bombas de difusión usan agua, aceite o mercurio como fluido de bombeo.

Las bombas criogénicas (de baja temperatura). Se usan en aplicaciones específicas de ultra alto vacío. Una crio bomba es una bomba de vacío que tiene una superficie interna enfriada a temperaturas menores a los 120°K, donde los gases y vapores se condensan. En esta superficie se inmovilizan las moléculas de gas, lo cual disminuye la presión del sistema. La superficie fría está colocada dentro de la cámara de vacío. Existen varios mecanismos mediante los cuales se capturan los gases sobre la superficie fría, los más importantes se pueden representar por medio de las crio trampas y la criosorción.

12. Discuta y explique ¿qué efecto tiene cada uno de los siguientes eventos o inconvenientes, sobre el resultado o sobre la operación de una destilación fraccionada?

a. el uso de refrigerante de bolas en cambio de refrigerante recto inclinado para condensar el vapor

El refrigerante de bolas aumenta la superficie sobre la cual los componentes de vapor se pueden condensar. Es ideal para reflujo a escala de laboratorio.

Una vez más, se puede sustituir fácilmente por el modelo recto, teniendo cuidado de introducir el líquido refrigerante en el punto más frío para mantener un gradiente térmico correcto, es decir, por la entrada inferior en este caso.

b. un mal aislamiento térmico de la columna de fraccionamiento

Al no haber un buen aislamiento térmico no se lograría el equilibrio evaporación condensación. Ocasionando mayo tiempo para que se dé la destilación o aumentando los errores en el destilado.

c. un calentamiento excesivo y muy rápido

Hace que se vaporicen rápidamente todas las partes de la mezcla sin permitir la condensación de los componentes más volátiles separadamente de los componentes menos volátiles.

d. el empleo de balón de destilación, columna de fraccionamiento y refrigerante muy grandes

Se disminuye el rendimiento porque los vapores tienen que hacer realizar mayor trasporte para llegar al refrigerante, se aumentan las zonas de reflujo del líquido, esto es cuando el vapor caliente hace contacto con las superficies frías del equipo.

e. el llenado de más de dos terceras partes de la capacidad del balón con el alimento de destilación

Se da la formación de espuma dentro del balón , la cual se desborda y salpica la columna de fraccionamiento con líquido que aún no se había evaporado, si este llega el refrigerante se contamina el líquido destilado

f. la disposición del bulbo del termómetro no enfrentado al brazo de salida de la cabeza de destilación, en el tope de la columna de fraccionamiento

El bulbo del termómetro debe quedar al frente del brazo de salida con el fin de que se registre la temperatura del vapor formado. si esto no se hace, la temperatura puede variar ya que si lo colocamos más abajo, obtendremos un resultado mayor del real, y si lo colocamos más arriba la temperatura registrada será menor; en ambos casos se cometerán errores en la recolección de las partes de la destilación, cabeza, cuerpo y cola.

g. la existencia de una diferencia de puntos de ebullición de los componentes en mezcla, mayor a 80 °C

En caso de existir tal magnitud, la destilación simple resulta ser de mayor eficacia.

h. la existencia de una diferencia de puntos de ebullición de los componentes en mezcla, menor a 5 °C

Esta mezcla no es ideal para una destilación simple, es más adecuado usar la destilación fraccionada, en la que se debe tratar de controlar todas las fuentes de error para realizar una correcta separación de los componentes, los rendimientos serán buenos si se cumple dicha exigencia.

i. la formación de un azeótropo de mínima temperatura de ebulliciónCuando en una mezcla se encuentra en el punto del azeótropo (mezcla azeotrópica), dicha mezcla no puede ser destilable o separada en sus componentes.

Una mezcla alcohol-agua, no puede separarse más de 95.6% en alcohol y 4.4% en agua, proporciones en las cuales se encuentra el azeótropo. Como conclusión si se forma un azeótropo a esta temperatura la mezcla no puede seguir destilando

j. la disposición de un alimento en mezcla heterogénea

Cuando se dispone de un alimento en mezcla heterogénea, la presión del sistema cumplirá la ley de Dalton, que dice que la suma de las presiones parciales generan la presión total del sistema, por lo tanto cuando la presión total del sistema iguale a la atmosférica, ambas fases entraran en punto de ebullición como un todo. Es decir a una misma temperatura, que será menor a la del componente más volátil.

k. La disposición de un alimento no miscible con agua, húmedo?

Dado tal caso, la destilación fraccionada no confiere una buena técnica de separación de compuestos orgánicos. Es recomendable, cambiar la técnica a destilación por arrastre con vapor, la cual se emplea para separar mezclas volátiles insolubles en agua, de sus impurezas solubles no volátiles o de otra sustancia miscible en ella, pero no en agua.

l. la presencia de un agente secante de acción física (secado por adsorción física) o de acción química poco estables (hidratos o productos que descomponen por calentamiento) en el alimento.

Si tienen acción química poco estable, quiere decir que no reacciona con el agua que se considera como una impureza, esta agua no se separa eficientemente del solvente orgánico a purificar; si tiene acción física poco estable, toda el agua no será retenida por adsorción en los poros de la superficie del agente secante.

m. usar volúmenes muy grandes de disolvente frío para hacer el lavado de los cristales

n. usar un solo recipiente para colección

Este evento produce altos errores en la purificación del líquido ya que primer producto que se obtiene en esta destilación es la cabeza, la cual está constituida por fracciones de los dos líquidos. en pocas palabras recoger el destilado todo en un mismo recipiente no sería un proceso de purificación.

o. colectar todo el destilado en una única fracción

Si el destilado no se separa en sus tres fracciones, durante el proceso de destilación, se obtendrá un único producto que probablemente no esté completamente puro o lo suficientemente concentrado. Un ejemplo de ello es la destilación de bebidas alcohólicas, la primera fracción del destilado, denominada comúnmente cabeza, no es propiamente etanol, sino alcohol etílico, el cual es tóxico porque puede causar ceguera, si se toma en una bebida alcohólica, la segunda fracción, es el cuerpo o corazón y constituye la parte más rica y pura de la destilación ya que en ese momento, la temperatura en el termómetro se estabiliza y el líquido destilado es etanol; finalmente, surge la tercera fracción o cola, que resulta ser lo residuos, constituido por sustancias más acuosas.

p. colectar las fracciones de destilado en vaso de precipitados, cajas de petri o cristalizadores

Estos recipientes al tener una mayor boca, presentan mayor área para que se “escapen” los vapores de las fracciones de la mezcla, es decir, se pueden producir pérdidas por la vaporización de las fracciones obtenidas.

q. almacenar las fracciones en recipientes sin tapa

Pueden presentarse pérdidas de las fracciones por evaporación del líquido.

r. la formación de azeótropos o mezclas azeotrópicas

Cuando esto sucede la destilación llega a un punto en el cual el producto que queda en el matraz de destilación (residuo) es una mezcla que se comporta como un líquido puro, es decir, tiene un punto de ebullición constante, de esta manera no se puede

seguir realizando la destilación fraccionada ya que si se hace el destilado será la mezcla azeotropica.

13.Investigue qué es, dibuje un esquema y explique qué función cumple y cómo opera una trampa Dean-Stark sencilla y una trampa Dean-Stark modificada.

Un aparato de Dean Stark (también llamado “trampa de Dean Stark”) es una pieza de vidrio utilizada en experimentos químicos para extraer agua de un medio en reacción. Este aparato fue inventado por Ernest W. Dean y David D. Stark en 1920. El reflujo con trampa de Dean Stark permite la remoción de agua por decantación mientras procede la reacción. En el caso de una esterificación. La mezcla de reacción se coloca en el balón, se alcanza la ebullición, el vapor asciende por el brazo de la trampa y luego se condensa. El líquido se destila en la cámara principal de la trampa, que funciona como un embudo de separación. En este sitio, ocurre la separación de fases, una orgánica que contiene los reactivos y productos orgánicos y la fase acuosa.

Trampa sencilla Trampa modificada

Existen dos tipos de trampas: una para solventes con menor densidad que la del agua y otra para solventes con mayor densidad. La trampa de Dean-Stark en un laboratorio consiste en una pieza cilíndrica vertical (trampa), por lo general con graduación volumétrica y una llave de precisión en abajo (muy parecido a una bureta). En la parte

superior se pone un sistema de reflujo y en uno de los lados se tiene una conexión (brazo de unión) con un reactor.

14. Investigue mediante cuales procedimientos o medios se pueden descomponer las mezclas azeotrópicas para separar sus componentes puros.

Para separar una mezcla azeotrópica se puede hacer de la siguiente manera: adicionando otro compuesto que cambie las fracciones de los componentes que conforman la mezcla o por medio de una destilación azeotrópica

Para la destilación isotrópica se pueden manejar dos métodos: En uno de los métodos se adiciona un material agente de separación. Por ejemplo, la adición de benceno a la mezcla cambia la interacción molecular y elimina el azeótropo. La desventaja, es la necesidad de otra separación para retirar el benceno. Otro método, la variación de presión en la destilación, se basa en el hecho de que un azeótropo depende de la presión y también que no es un rango de concentraciones que no pueden ser destiladas, sino el punto en el que los coeficientes de actividad se cruzan. Si el azeótropo se salta, la destilación puede continuar.

15. Discuta y explique ¿qué efecto tiene cada uno de los siguientes eventos o inconvenientes, sobre el resultado o sobre la operación de una destilación a presión reducida?

a. el uso de material de vidrio agrietado o de paredes muy delgadas

Cualquier sistema en donde la presión interna sea menor que la presión externa se constituye en un sistema peligroso, debido a la fragilidad del vidrio y a la diferencia de presiones entre uno y otro lado del sistema. Si el material está agrietado o es de paredes muy delgadas la diferencia de presiones hará que explote lanzando pedazos de vidrio en todas direcciones.

b. la disposición de perlas de ebullición u otros medios de agitación mecánica diferentes a un pequeño flujo de aire

Cuando se realiza la destilación a presión reducida los líquidos experimentan sobresaltos y la mayor parte de las piedras de ebullición pierden su actividad. por tanto pueden haber salpicaduras del liquido y perdidas por el sistema de vacío.

c. un calentamiento excesivo y muy lento

No debe realizarse un calentamiento excesivo y muy lento, por el contrario, un calentamiento suave y uniforme es especialmente importante durante la destilación a presión reducida. El calor suministrado se debe controlar para que la destilación se realice a una velocidad razonable y para obtener una lectura de temperatura relativamente constante.

d. la entrada de un flujo muy grande de agua de aire para efectos de agitación del alimento.

Alteraría el vacío que se crea en el montaje, lo que impide una destilación completa del alimento (pérdida de masa del destilado).

e. la despresurización del sistema, al final de la operación, sin retirar el tubo de punta capilar por el que ingresa el flujo de aire al sistema.

Se debe abrir la pinza Morh colocada en la parte superior del capilar para igualar la presión del sistema lentamente y así no producir una explosión del material de vidrio, después de esto si se puede retirar el tubo de punta capilar.

f. la disposición del tubo de punta capilar por el que debe ingresar el flujo de aire al sistema en un sitio por encima del nivel del líquido en el balón Claisen

Este tubo capilar debe llegar hasta el fondo, ser flexible y fino de modo que se pueda mover para que se pueda dar el proceso de burbujeo mediante el cual se evitan los sobresaltos del líquido que se destila, si llega hasta más arriba de la superficie, no burbujeará en el seno del líquido y este salpicara produciendo perdidas.

g. la despresurización del sistema, al final de la operación, sin abrir el sistema en un punto entre la trampa vacía y la bomba de vació

Otra manera para igualar la presión del sistema es retirar lentamente la manguera que une el kitazato con el sistema, si no se realiza y se procede a desmontar sin igualar la presión eso produce la explosión del material de vidrio.

h. suspender el paso de agua sin despresurizar el sistema conectado a la bomba de vacío

Si se suspende el paso de agua haría que los cambios de temperatura en el sistema no fueran los adecuados para la destilación eficiente de la muestra.

i. no disponer una trampa vacía (kitazato) entre el sistema y la bomba de vacío

Si no se dispone de un kitazato, sería necesario unir la manguera que viene de la bomba con la de sistema, pero esta unión no es tan efectiva y al disminuir la presión estas se pueden soltar y causar la explosión del sistema por el cambio brusco de la presión en el sistema.

16. Investigue qué es, dibuje un esquema y explique qué función cumple y cómo opera un evaporador rotatorio o rota vapor.

Es un aparato diseñado para permitir la rápida eliminación de un solvente (en general proveniente de extracciones se asemeja, en su funcionamiento, a una destilación simple al vacío. Resulta, entonces, particularmente útil cuando se quieren concentrar soluciones de solutos que descomponen con la temperatura ( y no para separar mezclas de solventes entre sí).

El balón D se calienta por medio de un baño de agua, el vacío se logra conectando la salida H a una bomba de succión. El solvente caliente destila a presión reducida y

condensa sobre el refrigerante F (por donde circula agua), desagotando en el balón E, que se puede enfriar (incluso con baños refrigerados).

17. Investigue qué es, dibuje un esquema y explique cómo opera un tubo o válvula Venturi para conseguir el descenso de presión que en la práctica se experimenta como vacío.

El efecto Venturi (también conocido tubo de Venturi) consiste en que un fluido en movimiento dentro de un conducto cerrado disminuye su presión al aumentar la velocidad después de pasar por una zona de sección menor. Si en este punto del conducto se introduce el extremo de otro conducto, se produce una aspiración del fluido que va a pasar al segundo conducto.

El efecto Venturi se explica por el Principio de Bernoulli y el principio de continuidad de masa. Si el caudal de un fluido es constante pero la sección disminuye, necesariamente la velocidad aumenta tras atravesar esta sección. Por el teorema de la conservación de la energía mecánica, si la energía cinética aumenta, la energía determinada por el valor de la presión disminuye forzosamente.

Rota vapor y tubo Venturi

18.Discuta y explique ¿qué efecto tiene cada uno de los siguientes eventos o inconvenientes, sobre el resultado o sobre la operación de una destilación por arrastre con vapor de agua?

a. la disposición de un generador de vapor totalmente cerrado (esto es, sin el tubo de vidrio largo, abierto en sus dos extremos, sumergido dentro del agua en el generador de vapor)

La presión generada por el vapor que se va formando aumentará considerablemente lo que puede romper el material de trabajo.

b. la ubicación del extremo inferior del tubo de vidrio que se usa como regulador de presión, en algún punto por encima del nivel del líquido en el generador de vapor

Si se ubica el tubo de vidrio por encima del líquido en el generador de vapor no permitirá que se recolecte completa y adecuadamente (no actúa con regulador de la presión)

c. la suspensión del calentamiento del balón en el generador de vapor, sin remover el tubo de vidrio que sirve como regulador de presión hasta algún punto por encima del nivel del líquido dentro del balón.

Repercutirá en el descenso de la presión de vapor y ocasiona el flujo de fracciones del destilado hacia el generador (si la presión del destilado llega a ser mayor a la generada por el vapor proveniente del generador). Si además el tubo controlado de presión se encuentra en un punto por encima del nivel del líquido entonces puede perderse destilado ya que este fluirá hacia el exterior.

d. la obstrucción del tubo de vidrio, que conduce el vapor desde el generador hacia el balón, con algo del material de la muestra sometida a destilación.

Si se obstruye el tubo con material de la muestra, esto provocara que no el vapor generado no circule de forma adecuada y no llegue al fondo de destilación, por lo tanto no se da una purificación adecuada de la muestra de interés.

e. la disposición del tubo de vidrio, que conduce el vapor desde el generador hasta el balón de destilación, muy por encima del material de la muestra.

Colocar el tubo muy por encima del material de la muestra no produce el paso adecuado del vapor generado y no hace el arrastre de líquidos inmiscibles. Lo ideal es que el tubo de vidrio llegue hasta el fondo del balón para que todo el vapor que se forma en el generador pase al fondo de destilación.

f. la condensación excesiva del vapor que llega desde el generador, en el balón que contiene la muestra.

La condensación excesiva del vapor en el fondo de destilación hace que este se llene de líquido y de este modo impide que éste pase por el refrigerante. Para evitar esto se recomienda calentar eventualmente el balón con un mechero y así evaporar el solvente

g. el calentamiento excesivo del balón de destilación hasta sequedad total de la muestra.

El calentamiento excesivo de la muestra impedirá que se continúe generando vapor, por lo tanto no se da el proceso de arrastre de vapor.

h. la recolección del destilado con productos de interés de mayor densidad que la del agua en un recipiente o trampa de colección sin disponer originalmente un poco de agua en el colector.

se impregne en las paredes del recipiente haciendo dificil su recoleccion ademas al transcurrir la destilacion es posible que el agua arrastre fuera del colector el aceite, ya que inicialmente no hay auga que soporte la muestra en el fondo.

j. la recolección del destilado con productos de interés de alta presión de vapor en un colector desprovisto de algún medio de refrigeración.

Al no tener un medio de refrigeración, no se obliga al sistema a disminuir su temperatura, por lo que no se da un completa condensación del producto dada su alta presión de vapor, lo cual repercute en pérdidas por evaporación del destilado.

k. la miscibilidad de los productos del destilado con el condensado del líquido usado para el arrastre con vapor en la destilación.

Si los productos del destilado son miscibles con el condensado del líquido no se da una purificacion de la sustancia y se debe recurrir a otros métodos de purificación.

19.Investigue las propiedades físicas y químicas generales de terpenos, terpenoides y otros compuestos arrastrables por destilación con vapor de agua, de algunos materiales tales como cortezas de cítricos, semillas de cardamomo, nuez moscada, clavos de olor, cortezas de canela, frutos de eucalipto, etc. que se hallan en sus aceites esenciales.

a. Terpenos: La gran diversidad estructural de los terpenos dificulta el resumen de las características comunes de estos compuestos, pues no solamente se trata de variedad en los grupos funcionales, sino además del número de átomos de carbono que conforman los esqueletos. Entre los primeros los oxigenados ocupan un lugar prioritario (alcoholes, ésteres, éteres, ácidos carboxílicos, aldehídos, cetonas, cetales, etc.) y le siguen funciones con azufre, halógenos (principalmente encontrados en compuestos de origen marino) y nitrógeno, en cuyo caso la molécula se clasifica como alcaloide. Los terpenos están ampliamente distribuidos en el reino vegetal t su frecuencia y abundancia están íntimamente ligados a factores genéticos y climáticos. Los terpenos pueden encontrarse en la fuente vegetal solos o formando glucósidos. De manera general, los terpenos obedecen a lo que se conoce como regla del isopreno, es decir, la secuencia de los átomos que conforman un terpeno es tal que pueden localizarse varias unidades consecutivas de isopreno.

b. Terpenoides: Terpenos modificados químicamente, ya sea por oxidación o por reorganización del esqueleto carbonado original de un terpeno. Los terpenoides son a menudo llamados isoprenoides teniendo en cuenta que el isopreno es su precursor biológico. Presentan una gran variedad estructural, derivan de la fusión repetitiva de unidades ramificadas de cinco carbonos basadas en la estructura del isopentenilo, son monómeros considerados como unidades isoprénicas y se clasifican por el número de unidades de cinco carbonos que contienen en mono, sesqui, di, tri, tetraterpenos,… Los productos que provienen del metabolismo del isopreno abarcan a los terpenos, los carotenos, las vitaminas, los esteroides, etc.

c. Semillas de cardamomo: Obtención de alfa terpineol (α-C8H10O) de punto de ebullición 219°C y punto de fusión de 18°C, tiene un olor parecido a la lila.

d. Cortezas de canela: obtención de cinamaldehído (C6H5CHCHCOH) de color amarillo claro, punto de ebullición 248°C, punto de fusión -8°C, ligeramente soluble en agua.

e. Frutos de eucalipto: se obtiene el aceite cineol: (C10H18O) de aspecto líquido transparente e incoloro, punto de ebullición de 177°C, punto de fusión de 1,5°C. Inmiscible con agua y miscible en éter, etanol y cloroformo.

20. Haga un dibujo y rotule las partes de un montaje para hacer correctamente una operación de

a. destilación simple,

b. destilación fraccionada,

b. destilación por arrastre con vapor,

d. destilación a presión reducida,

e. hidrodestilación.

La naranja dulce pertenece a la familia de las Rutáceas, una familia muy amplia que contiene unas 1700 especies de plantas que crecen en países de clima cálido y templado, siendo el continente africano donde más especies se pueden encontrar. De la anterior familia, las plantas más conocidas son los cítricos, especies que están incluidas en el género Citrus, al cual pertenecen la naranja común (Citrus sinensis), la naranja china (Citrus japonica), la naranja amarga (Citrus aurantium), la mandarina (Citrus reticulata), el limón (Citrus limon), el pomelo (Citrus paradisi), la lima (Citrus aurantifolia) o la toronja (Citrus medica) (WEISS, 1997). Los cítricos se caracterizan fundamentalmente por sus frutos grandes que contienen cantidades abundantes de ácido cítrico, componente con fórmula C3H4OH(COOH)3, el cual les proporciona el característico sabor ácido. Además todos los miembros del género Citrus contienen otros componentes que les otorgan aromas muy profundos. (GERGENSEN Y LEÓN, 1999). De la naranja, no solamente se aprovechan los jugos alimenticios, sino que de la cáscara de la naranja se pueden obtener aceites que se utilizan como aromatizantes en diferentes industrias. Su aceite esencial es uno de los ingredientes básicos en las industrias de perfumería, alimentos, agronómica y farmacéutica (DÍAZ, 2002) El aceite esencial de limón y naranja contiene más del 90 % de d–limoneno, componente mayoritario en su composición normal y además, en menor proporción poseen una gran cantidad de terpenos (WEISS, 1997). Los aceites esenciales de cítricos son insolubles en agua, pero se hacen más solubles cuando se emplean en bajas concentraciones usando alcohol como disolvente. En ocasiones, forman soluciones oscuras que se aclaran con dificultad. De aquí que sea deseable eliminar los terpenos y sesquiterpenos. Para

ello se pueden aplicar dos métodos, por destilación fraccionada a presión reducida, o la extracción de los compuestos oxigenados más solubles.

Parte experimental

Como el objeto de esta destilación, sea por arrastre con vapor o por hidro destilación es extraer aceites esenciales de una muestra determinada (en nuestro caso naranja), es necesario para esto trabajar previamente con las cascaras de la muestra de tal modo que se obtengan aproximadamente 200 g de la misma, en este caso se pesaron 244,6 g de cáscara de naranja, la idea es realizar el montaje que aunque no es complejo requiere cuidado y un orden estricto.

Se agrega al balón la muestra con un poco de agua, se conectan las mangueras de entrada y salida de agua verificamos que el tubo de seguridad se encuentre bien ubicado. Es necesario ubicar correctamente al final el vaso de precipitado que recolectará las denominadas “aguas florales” pues luego se procederá a recolectar el aceite esencial del sifón (tubo en forma de S) que por diferencia de densidad va arrastrando el agua. En esta operación es necesario registrar el tiempo de destilado. Inicialmente se calienta el generador de vapor, el cual contiene piedras de ebullición, posterior a esto se debe esperar a que el condensador empiece a botar agua producto de la destilación, pasados unos minutos (40) se logra ver que sale hacia el vaso de precipitado, ubicado al final de montaje, agua con olor a naranja y empieza a caer aceite el cual se puede observar debido a su densidad marcada junto al agua. Cuando se observa una cantidad grande de aceite se inicia la extracción de ese por medio de una pipeta Pasteur con la precaución de no extraer agua junto con el aceite mismo. Cuando se ve que no hay más producción de aceite, se puede apagar la llama que está bajo el generador de vapor, (si se quiere acelerar el proceso y el calentamiento de la muestra, se le agrega llama a la base del balón que contiene la muestra). Al observar que la cantidad de aceite presente en el sifón no cambia o varia, se extrae todo el aceite posible, evitando el contacto con agua y se le

hacen las distintas medias de pureza en comparación con datos teóricos y evaluamos rendimiento en comparación con la muestra inicial de cáscara.

Datos y resultados

Nombre Común de la materia prima usada: Naranja

Peso de muestra: 242,6 g

Nombre científico: Naranjus – Citrus reticulata

Apariencia: Se trata de un fruto en forma esférica y color anaranjado brillante. Bajo la cáscara lisa o rugosa según la variedad aparece una segunda piel blanca que envuelve el fruto protegiendo la pulpa. Esta se encuentra dividida en gajos alargados y curvos que encierran un abundante jugo acídulo.

Parte de la planta útil para la obtención del aceite: Cáscara

Propiedades físicas del aceite esencial de naranja: El aceite esencial de naranja se fabrica por presión a partir de la cáscara de la naranja y como todos los aceites esenciales, es muy usado para ambientar estancias aromatizándolas.El aceite esencial de naranja, se utiliza en aromaterapia como sedante suave y con la finalidad de crear optimismo y felicidad. Alivia los nervios y calma las emociones.El aroma del aceite esencial de naranja es dulzón, fresco e intenso. Es un estimulador del sistema linfático, por lo que resulta útil combatiendo gripes y resfriados. Ayuda a disminuir las toxinas y mejora la formación de colágeno en la piel.

El aceite esencial de naranja – Propiedades sus propiedades terapéuticas

son: Antisépticas Antidepresivas Antiespasmódicas Antiinflamatorias Carminativas Diuréticas (excelente para la retención de líquidos) Sedantes del sistema nervioso Tónico del sistema nervioso Estimulante linfático Ayuda en casos de estreñimiento Ayuda al sistema inmune Ayuda a combatir el estrés y la tensión nerviosa

Resultados

Cantidad de aceite obtenido: 2,62 g Volumen: 2 ml Duración de la destilación: 1 hora y 5 minutos Cantidad de agua requerida: 600 ml Características del aceite esencial:

- Índice de refracción a 20° C: 1,4895 el cual es cercano al dato teórico a la mima temperatura (1,471)

- Rendimiento del proceso: 1.08%

Análisis y discusión

La destilación por arrastre con vapor de las cascaras de naranja fue un procedimiento que tuvo un rendimiento en promedio del 1.08%, lo que significa que la extracción del aceite esencial requiere de mucha cantidad de material de partida y el producto es una cantidad muy pequeña. Este bajo rendimiento de la técnica de extracción se ve reflejado en los altos costos en el mercado que tiene el aceite de naranja y los aceites esenciales en general. Esta técnica está ligada a la cantidad de agua que se utilice para arrastrar el aceite esencial, esto se puede evidenciar ya que se requirió de una división del material de partida debido a que la gran cantidad de material no era posible destilarlo al mismo tiempo en el equipo de destilación. Esto nos ayudó a observar la presencia de un mayor error en el índice de refracción determinado cuando la cantidad de agua que se usa en la destilación es mayor. Para explicar mejor esto tenemos lo siguiente, la destilación por arrastre con vapor requirió 600 mL de agua para destilar 242.6g de cascara de naranja y se obtuvo un error de 1.46%, y se observa el uso de una gran cantidad de agua, la cual actúa como impureza y por lo tanto el índice de refracción, utilizado como criterio de pureza presenta un mayor error relativo.

Conclusiones

El método por arrastre con vapor es muy útil para separar compuestos muy volátiles. Como se puede observar hay un alto porcentaje de rendimiento, comparando la muestra de partida y la cantidad de agua usada inicialmente en el recipiente usado para generar vapor, el índice de refracción como criterio de pureza da certeza de que la muestra final de aceite esencial recolectada es pura y de que se obtuvo una buena cantidad del mismo. Pudimos observar como el proceso de obtención de una esencia pura, implica la utilización de mucha materia prima: gran cantidad de cáscara de naranja.

En cuanto al proceso de la destilación, pudimos apreciar como el uso de una bomba de re circulación para el agua es necesaria: destilar una sustancia tarda mucho, y si no se re circula el agua utilizada para enfriar el refrigerante, se genera un importante desperdicio de la misma.

Un control continuo de la temperatura durante el proceso de destilación es importante, ya que en base a la diferencia entre de los puntos de ebullición de las sustancias de la mezcla, es posible separarlas: si no se controla la temperatura podemos obtener un producto con menos pureza de la destilación.

DESTILACIÓN CON VACÍO (A PRESIÓN REDUCIDAD)

Objetivos

Purificar un compuesto orgánica de alto punto de ebullición mediante una destilación con vacío (a presión reducida) y aprender la forma de utilizar eta operación y los cuidados requeridos en ella.

Aplicar la relación lineal entre el logaritmo de la presión y el universo de la temperatura absoluta (ecuación de Clausius-Clapeyron) para comparar el p.eb experimental de un compuesto dado con el de la literatura.

Parte experimental

Se usó como muestra inicial (sustancia coloreada) oxalato de dietilo. Primero se toma la presión de referencia de la bomba de vacío, después se realiza el montaje del sistema, al cual se le va a reducir la presión. Como se muestra a continuación.

La presión de referencia del sistema debe ser aproximadamente igual que la presión de referencia de la bomba de vacío la (la bomba debe estar encendida) y se controlan el burbujeo producido, se conecta el manómetro, se conectan las mangueras de entrada y salida de agua en el refrigerante. Se verifica las fugas del sistema con presión, se procede a adicionar la muestra que en este caso fue de 20 mL en el balón de Claissen y se inicia el calentamiento. El líquido impuro es susceptible a descomposición, por lo cual es importante estar pendientes del calentamiento y de una correcta observación del manómetro y el termómetro. Durante el proceso, si el practicante lo requiere, calienta las paredes del balón para acelerar la vaporización en el vacío. Se debe reportar las temperaturas de ebullición y variaciones de presión, (la primera gota producida durante el proceso de destilación y la última gota). Al destilar toda la muestra, como se realizó en esta ocasión (aunque se puede dejar parte de muestra dentro del balón) se desconectan las dos vacíos y se espera a que se igualen presiones con la atmosférica. Luego de esto se caracteriza el destilado, determinando rendimiento y pureza (índice de refracción y densidad). Es importante tener en cuenta que cualquier variación observada en el manómetro durante el proceso de destilación, debe ser registrada con temperatura respectiva, así como el tiempo en que se logra destilar toda la muestra, que en nuestro caso fue de 20 minutos y que la idea es reducir la temperatura de ebullición a partir de la variación de la presión.

Datos y resultados

Oxalato de dietilo

Se usó un volumen para destilar de 20 ml, y se observa como un líquido con coloración azul.

Constantes físicas

p.eb 760 mm Hg (°C) : 186 Índice de refracción : (°C) : 1,4096 Densidad relativa al agua a 4° : 1,08

Dato

mm Hg

h1 h2 ∆ h Psistema

1 601 74 527 33

2 590 85 505 55

0.005 0.006 0.007 0.008 0.009 0.010

1

2

3

4

5

6

7

f(x) = − 798.017137800836 x + 10.8844826460507R² = 0.999559379822574

Ln P vs 1/T

1/T

Ln P

Volumen de destilado colectado: 19 mL

p.eb 560 mm Hg: 177° C

p.eb 760 mm Hg: 185° C

P: 11.054

Densidad relativa al agua: 1,052

Índice de refracción: 1,4237 a 20° C

Rendimiento: 95%

Análisis y discusión de resultados