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Destilación: Composición del Vapor, Diagramas de Temperatura-Composición y Azeotropos - Pr, Resúmenes de Fisicoquímica

Este documento proporciona una explicación detallada sobre la destilación, un proceso fundamental en química. Se explora la composición del vapor en mezclas líquidas, la interpretación de diagramas de presión-composición y temperatura-composición, y el concepto de azeótropos. Se incluyen ejemplos y explicaciones claras para comprender la teoría y la práctica de la destilación.

Tipo: Resúmenes

2023/2024

Subido el 03/11/2024

maira-alicia-albornoz
maira-alicia-albornoz 🇦🇷

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Composición del vapor: el vapor debe contener mayor cantidad del
componente más volátil. De acuerdo a la Ley de Dalton, las
fracciones molares en el gas son:
𝑉𝑉=𝑉𝑉
𝑉 y 𝑉𝑉=𝑉𝑉
𝑉
Para una mezcla ideal:
Con la ecuación y el gráfico se observa que en todos los casos YA>XA, lo que significa que el
componente más volátil está en mayor cantidad en el vapor que en el líquido.
*En cada curva se indica el valor 𝑉𝑉
𝑉𝑉, con A más volátil que B.
Esta ecuación indica la relación de la presión de vapor total con la
composición del vapor (la anterior relacionaba con la del líquido)
Interpretación de los diagramas
Destilación: se debe prestar atención a la composición del vapor
y del líquido por igual.
Combinando los dos gráficos anteriores se tiene:
-punto a: indica la presión de vapor de una mezcla de
composición xA.
-punto b indica la composición del vapor en equilibrio con el
líquido a esa presión.
Cuando ambas fases están en equilibrio, que sería la región que
encierran las dos líneas: P = 2 y F = 1 (restricción en la
temperatura)
zA es la composición total del sistema. Por encima de la diagonal la presión es tan elevada que
contiene solo fase líquida (zA = xA, p aplicada>p vapor), y por debajo de la curva tenemos fase
gaseosa (zA = yA, p aplicada<p vapor).
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● Composición del vapor: el vapor debe contener mayor cantidad del componente más volátil. De acuerdo a la Ley de Dalton, las fracciones molares en el gas son: 𝑉𝑉 = 𝑉𝑉 𝑉 y 𝑉𝑉 = 𝑉𝑉 𝑉 Para una mezcla ideal: Con la ecuación y el gráfico se observa que en todos los casos YA>XA, lo que significa que el componente más volátil está en mayor cantidad en el vapor que en el líquido. *En cada curva se indica el valor 𝑉 𝑉𝑉𝑉 ∗ , con A más volátil que B. Esta ecuación indica la relación de la presión de vapor total con la composición del vapor (la anterior relacionaba con la del líquido) ● Interpretación de los diagramas Destilación: se debe prestar atención a la composición del vapor y del líquido por igual. Combinando los dos gráficos anteriores se tiene:

  • punto a: indica la presión de vapor de una mezcla de composición xA.
  • punto b indica la composición del vapor en equilibrio con el líquido a esa presión. Cuando ambas fases están en equilibrio, que sería la región que encierran las dos líneas: P = 2 y F ́= 1 (restricción en la temperatura) zA es la composición total del sistema. Por encima de la diagonal la presión es tan elevada que contiene solo fase líquida (zA = xA, p aplicada>p vapor), y por debajo de la curva tenemos fase gaseosa (zA = yA, p aplicada<p vapor).

Los puntos ubicados entre las dos líneas corresponden a un sistema de dos fases, para este caso líquido y vapor. Si se disminuye la p en una mezcla líquida de composición a → la regla de las fases permite esta reducción en un grado de libertad (F´=2, P=1). Los cambios del sistema no afectan la composición total, por eso se puede desplazar sobre la línea vertical llamada isopleta : a → a1 → a2” → a3 ´→ a4´ Se disminuye la presión hasta p1: ★ a1 → la muestra es una fase líquida, que puede estar en equilibrio con su vapor. ★ a1 ́→ indica la composición de la fase gaseosa. A medida que se baja la presión, hasta alcanzar a1 la muestra permanece líquida. En este punto a1, el líquido puede estar eq con su vapor, a1´→ la línea que las une se llama línea de unión. A éste valor de p, la mezcla tiene muy pequeña cantidad de vapor de composición a1´ Se sigue bajando la presión hasta p2: ★ a2 ́ ́→ a este valor de p está por debajo de la p vapor del líquido, entonces se evapora hasta que el resto del líquido alcance el valor de p2 → la composición de ese líquido es a2, y la composicion del vapor en equilibrio con ese liquido es a2´. Para todos los puntos ubicados entre a2 y a2´ ́las dos fases están en equilibrio → F´=1 entre estas dos líneas , la varianza es 0 entonces la composición de las dos fases es fija. Si la presión disminuye a p3, se reajusta la composición y los puntos a3 y a3 ́representan la nueva composición de líquido y vapor. ★ a3 → la muestra está formada por una única fase líquida. ★ a3 ́→ indica la composición de la fase gaseosa y la cantidad de líquido es casi nula.

a medida que se van repitiendo los ciclos, la composición de vapor con el componente más volátil cae más abajo en el diagrama porque va quedando menor cantidad para destilar.

  • Destilación simple: el vapor se separa y luego se condensa → para separar líquidos volátiles de sólidos no volátiles.
  • Destilación fraccionada: se repite el ciclo de ebullición-condensación sucesivamente → para separar líquidos volátiles. La eficiencia de la columna depende del número de platos teóricos : número de pasos de vaporización y condensación necesarios para alcanzar un condensado de una determinada composición a partir de un destilado. En la primer figura son 3, en la segunda 5 porque los componentes tienen presiones parciales similares entonces se requiere un mayor n° de platos para lograr la separación. ● Azeotropos: cuando las moléculas de los componentes A y B interaccionan, estabilizan o no el líquido, y alteran la presión de vapor de la mezcla. →Si tiene un máximo, la interacción A-B es favorable (G es - ) → mezclas de CHCl3-propanona o de ácido nítrico-agua. →Si tiene un mínimo la interacción A-B es desfavorable (G es +) → mezclas de dioxano-agua, o de etanol-agua. A medida que continúa la vaporización, la composición del líquido se desplaza hacia b y va aumentando su T de ebullición. Una vez que se alcanzó en el punto b de composición azeotrópica, el vapor tiene la misma composición del líquido, entonces la vaporización se produce sin un cambio de composición, es decir, hierve sin modificarse y los dos líquidos ya n se pueden seguir separando→ mezclas de ácido clorhídrico-agua

● Líquidos inmiscibles: (destilación) En equilibrio, hay una pequeña cantidad de A disuelto en B y de B disuelto en A. Ambos están saturados entre sí. Presión de vapor total aproximada de la mezcla: p=pa+pb → cuando la suma de las presiones parciales iguala a la P externa, se produce la ebullición, entonces la mezcla hierve a menor T que cada componente por separado. Al calentar el recipiente los líquidos no miscibles no hierven a la misma temperatura. → Destilación por vapor: aceites de baja volatilidad se destilan en menor cantidad porque la composición del condensado es proporcional a las presiones de vapor de los componentes. 3) Diagramas de fase líquido-líquido: para sistemas formados por líquidos parcialmente miscibles (que no se mezclan en todas las proporciones a cualquier T) → mezcla de hexano y nitrobenceno por ej ● Separación de fases: se agrega un líquido B a otro líquido A. Al principio hay una sola fase porque se va disolviendo, pero llega un punto en que no se disuelve más : hay dos fases en equilibrio (P=2), una de A saturado con B que se encuentra en mayor cantidad (a´), y otra de B saturado con A que se encuentra en trazas, es la menor abundante ( a”). Al agregar más B, se llega a un estadio en que hay suficiente cantidad para disolver la totalidad de A, y el sistema se revierte a una sola fase →la cantidad de una fase aumenta a expensas de la otra.