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” del I.E.S. «El Getares» (Algeciras) 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.
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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