Destilación Por Arrastre De Vapor

Objetivo:

Separar una mezcla de butanol y agua, utilizando la técnica de destilación por arrastre de vapor.

Obtener el peso molecular del butanol, basándose en las presiones de vapor.

Introducción:

Hay sustancias que son insolubles en agua y tienen puntos de ebullición mayores a los 100°C, para ser separadas se les hace circular una corriente de vapor de agua y cuando ésta se condensa, la sustancia volatilizada se separa de la porción acuosa. Dos líquidos no solubles ejercen sus presiones de vapor independientemente y si están en mezcla, destilarán cuando la suma de sus presiones iguale a la atmosférica.

La Ley de Avogadro expresa que volúmenes iguales de gases ideales bajo las mismas condiciones de presión y temperatura contienen el mismo número de moléculas, esto es que el número de moléculas que destilan es igual a su presión de vapor en la mezcla. Esto puede representarse con la siguiente ecuación:

((〖P^°〗_A ) 〖PM〗_A)/((〖P^°〗_B)〖PM〗_B )=m_A/m_B

(〖P^°〗_A ) = Presión de vapor componente A

〖PM〗_A = Peso Molecular componente A

m_A = masa componente A

(〖P^°〗_B) = Presión de vapor del componente B

〖PM〗_B = Peso Molecular componente B

m_B = masa componente B

Materiales:

Aparato de destilación por arrastre de vapor

Mechero

2 probetas de 25 ml

Embudo de separación

Datos Experimentales Datos Teóricos

Temperatura Ebullición: 79°C PMbutanol= 74.124 g/mol

Volumen H2O: 2.40 ml Fórmula: CH3(CH2)2CH2OH

Volumen Butanol: 5 ml Vagua= 30 ml

PM agua: 18 g/mol Vbutanol= 10 ml

Patm= 585 mm Hg Densidadbutanol= 0.811 g/cm3

P°agua= 341.48 mm Hg

Densidad agua: 1 g/cm3

Tabla 1 Datos experimentales

Resultados:

Una forma de alternativa de encontrar la presión de vapor del agua una temperatura dada es a partir de la ecuación de Clausius-Clapeyron que nos dice:

ln⁡〖P_2 〗=lnP_1+(∆H_eva)/R(1/T_1 -1/T_2 )

En donde:

P2: Presión a una temperatura dada

P1: Presión en condiciones estándar (1atm)

R: Constante de los gases

Heva: calor de evaporación

T1: Temperatura en condiciones estándar (100 oC)

T2: Temperatura problema.

Pero para conocer el calor de evaporación utilizamos la ley de Trooton, la cual es específica para la transición liquido-gas y esta señala:

∆S=(∆H_eva)/Teb

Donde el valor de la entropía de vaporización es de 21 UE/mol, y realizando un despeje se puede conocer su calor de transición ya que se conoce su temperatura de ebullición del agua en condiciones estándar que es de 100 oC (373.15 K).

∆H_eva=(21)(373.15)

∆H_eva=7836.15 Cal/mol

Después de encontrar el valor de calor de evaporización del agua se procede a determinar su presión a una temperatura de 79 oC (352.15 K). Que dando lo siguiente:

ln⁡〖P_2 〗=ln⁡〖(1)〗+((7836.15 cal/mol))/((1.985 cal/mol))(1/((373.15))-1/((352.15)))

ln⁡〖P_2 〗=0+3947.6826(-1.56811x〖10〗^(-4))

ln⁡〖P_2 〗=-0.630885

P_2=e^(-0.630885)

P_2=0.532120Atm

Después se realiza una conversión de atm a mm de Hg para que sea más factible de manejar al momento de estar realizando las siguientes operaciones. Dando como resultado una presión de vapor de 404.41159 mm de Hg.

Se procede a determinar el peso molecular experimental del butanol

Primero debemos obtener la presión de vapor del alcohol, utilizando la siguiente ecuación:

P_T=〖P^°〗_A+〖P^°〗_B

Donde

P°A= Presión de vapor del agua

P°B= Presión de vapor del butanol

PT= Presión atmosférica

Entonces tenemos

〖P^°〗_B=P_T-〖P^°〗_A

P°B= 585 – 404.41159

P°B= 180.58841 mm Hg

Asimismo con la densidad del butanol, obtendremos la masa

ρ=m/v

m=ρV

m= (0.811 g/ml) (5 ml)

m= 4.055 g

Con la masa del butanol y su presión de vapor, a través de la fórmula de la Ley de Avogadro calcularemos el peso molecular experimental:

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