ESTUDIO COMPARATIVO SOBRE SISTEMAS DE SEPARACIÓN DE LÍQUIDOS MISCIBLES
1. Introducción
El proyecto llevado a cabo por un grupo de jóvenes
investigadores pertenecientes a diversos cursos de 3º ESO de la asignatura de
“Física y Química” consistirá en comparar los resultados obtenidos en la
separación de una mezcla de líquidos miscibles mediante diversos procedimientos
En el mismo estudio, se
buscará conocer qué procedimiento ofrece unas óptimas garantías para obtener un
buen destilado. Para ello se hará uso del refractómetro.
2. Metodología utilizada
Durante el desarrollo de la asignatura de 3º ESO “Física y Química”, se han estudiado los
diversos procedimientos para la separación de elementos, entre ellos el de la
separación de líquidos miscibles. A partir de aquí, surgió la posibilidad de
profundizar en este tipo de técnica de separación.
La metodología llevada a cabo durante el proyecto ha
consistido en una interacción entre docente y alumnos al ir profundizándose en
el campo de la destilación y sus técnicas.
Para su correcto desarrollo, se ha buscado mantener en
todo momento un clima de respeto mutuo profesor/alumno y utilizando el debate y
pequeños grupos de trabajo.
3. Materiales utilizados
Durante el desarrollo de este estudio, se han hecho uso de
tres equipos de destilación y un refractómetro.
3.1. Destilación Simple
Es el tipo de destilación más utilizada ya que es la más
sencilla de ellas pero que ofrece una separación poco fiable en comparación con
las demás. Esta técnica de destilación está compuesta, como elementos más
importantes, por los siguientes elementos:
·
Una manta eléctrica o mechero que
proporciona calor a la mezcla que se desea destilar.
·
Un matraz que deberá contener pequeños
trozos de platos porosos o piedra pómez que evite sobresaltos por
sobrecalentamientos.
·
Un termómetro que permitirá conocer la
temperatura de ebullición del agua. Se deberá ubicar a la salida de los vapores
a su entrada al refrigerante.
·
Un tubo refrigerante, que permita
condensar los vapores, debido a un líquido refrigerante que circula por éste.
3.2. Destilación
Fraccionada
De idénticas características a la anterior pero con una
única diferencia. Está equipada con una columna de fraccionamiento que permite
purificar los vapores producidos y obtener un destilado final más puro.
3.3. Destilación
por Platos
De las tres técnicas de
destilación realizadas, ésta es la más complicada pero a la vez mucho más
eficaz que las dos anteriores. La columna consiste de varios platos en los
cuales se lleva a cabo el contacto entre las fases líquida y vapor.
El vapor es generado por medio de calentamiento del
líquido de fondos que se compone básicamente de la sustancia menos volátil del
sistema y por tanto está a la mayor temperatura de la torre, mientras que el
líquido que va descendiendo a través de la torre desde el primer plato, el cual
es más rico en el componente más volátil y está con la menor temperatura de la
torre, es obtenido del condensado del vapor más ligero.
Las torres de platos son cilindros verticales en los que
un líquido y un vapor se ponen en contacto en forma de pasos sobre platos. El
líquido entra en la parte superior de la torre y fluye en forma descendente por
gravedad. El vapor pasa hacia arriba, a través de orificios en el plato;
burbujea en el líquido para formar una espuma y pasa al plato superior. El
efecto es un contacto múltiple a contracorriente entre el vapor y el líquido.
Cada plato en la torre es una etapa al ponerse en contacto los fluidos, al
realizar un cambio en la concentración de los componentes de cada fluido.
3.4. Refractómetro
Este aparato óptico, indica la velocidad de propagación
de la luz en un medio determinado, el cual se relaciona directamente con la
densidad del compuesto. En el desarrollo del estudio se ha utilizado para
determinar el grado de pureza de cada uno de los destilados obtenidos,
comparando sus valores de refracción.
4. Procedimientos
Para el desarrollo de este estudio, se ha procedido a
trabajar en dos etapas bien diferencias. En un primer paso se ha procedido a la
destilación de la muestra que ha sido objeto de análisis mediante tres
técnicas, destilación simple, destilación fraccionad y columna por platos.
Importante
La muestra sobre la que se ha trabajado está
compuesta por 50% de agua destilada, 30% de ácido acético y un 20% de acetona.
Esta mezcla de líquidos miscibles será separada haciendo
uso de la temperatura de ebullición, así en cada una de los tres procedimientos
de destilación se obtendrán tres destilados bien diferenciados:
·
Un primer
destilado, compuesto en su mayor parte por el compuesto más volátil. Será
la acetona, cuya temperatura de
ebullición se encuentra a 56ºC.
·
Un segundo
destilado, en su mayor parte formado por agua destilada. Su temperatura de ebullición está situada a 100ºC.
·
Un tercer y último
destilado, formado por ácido acético.
Se caracteriza por tener la temperatura de ebullición más alta, a 118ºC.
Posteriormente, tras realizar las destilaciones por los
tres procedimientos distintos, se ha buscado un método que determinará cuál de
ellos ofrece unas mejores garantías para separar la mezcla de líquidos
miscibles.
Para ello se ha hecho uso de un refractómetro, mediante
el cual se ha comparado la refracción que producen cada uno de los destilados
obtenidos en cada una de las destilaciones. Estos valores han sido comparados
con el índice de refracción que originan cada uno de los compuestos en estado
puro.
5. Resultados
Tras obtener los distintos destilados en los diversos
procesos ya descritos y tras el uso del refractómetro, pueden establecerse los
siguientes resultados obtenidos:
·
Se muestran en la siguiente tabla el índice de
refracción del primer destilado obtenido mediante los tres procedimientos en
comparación con el índice de refracción del compuesto puro.
·
Del mismo modo se realiza la siguiente tabla en
referencia al segundo destilado, compuesto por agua destilada.
·
Por último, se muestran los índices de
refracción del tercer destilado que está formado por el ácido acético.
6. Conclusiones
Una vez realizado el estudio comparativo, podemos
afirmar:
·
Necesidad de realizar un control y una
clasificación de los destilados.
·
Controlar las temperaturas de ebullición.
·
Los mejores resultados de separación se han
obtenido mediante la columna de destilación por platos.
7. Bibliografía
“Física y Química, 3º ESO”, Ediciones ADARVE.
“Procesos de
Transporte y Principios de Procesos de Separación”, Alay Ediciones, 2011.
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