Destil·lació: Tipus i Aplicacions en Química

Destil·lació

Introducció

La destil·lació és un procés de separació en el qual un component líquid d'una mescla homogènia es vaporitza portant-lo a ebullició, condensant el vapor produït en un refrigerant i recollint-lo en un col·lector. Aquest procés permet separar líquids de diferent punt d'ebullició o líquids dels sòlids que puguin portar en dissolució. La destil·lació consumeix energia i s'utilitza quan els processos de separació mecànica (filtració, centrifugació i altres) no funcionen per tractar-se de mescles homogènies.

Etapes de la Destil·lació

La destil·lació consta de diverses etapes: el líquid bull i passa a estat gasós, arriba al cap de destil·lació, després al condensador on es refreda i condensa, i finalment, torna a l'estat líquid, recollint-se al col·lector. Aquest mètode és comú per separar dos líquids miscibles, basant-se en la diferència dels seus punts d'ebullició. Com més gran sigui aquesta diferència, més fàcil serà la separació. Cal tenir en compte que en dissoldre una substància en un líquid, la temperatura d'ebullició augmenta respecte al dissolvent pur, i aquest increment és proporcional a la concentració de la substància.

Destil·lació Simple

La destil·lació simple permet separar un líquid d'un sòlid o dos líquids amb una diferència de temperatures d'ebullició molt elevada (com a mínim 80 °C). L'aparell consta d'un matràs, un colze amb termòmetre, un refrigerant i un col·lector. S'utilitzen unions hermètiques, i el matràs no s'omple més de 2/3 parts per evitar esquitxades. S'afegeixen plat porós o perles de vidre per a una ebullició uniforme. El refrigerant té un tub rodejat per una camisa amb circulació d'aigua freda en contracorrent. L'escalfament es fa amb bec Bunsen (amb aigua) o bany tèrmic/manta calefactora (amb dissolvents orgànics), de forma lenta però contínua.

Consideracions per a la Destil·lació Simple:

• Manta calefactora (Bunsen només amb dissolucions aquoses)
• Elevador per seguretat. Pinça per al matràs.
• Plat porós o perles de vidre.
• No omplir el matràs completament.
• Posició del bulb del termòmetre.
• Anotar la temperatura d'ebullició.
• Circulació d'aigua en contracorrent.
• Muntatge ferm i vertical.

Pressió de Vapor

L'evaporació ocorre en tots els líquids a qualsevol temperatura. Un líquid està en equilibri amb el seu vapor, el qual genera una pressió de vapor dependent de la temperatura i característica de cada líquid. L'ebullició es produeix quan la pressió de vapor iguala la pressió externa. La fracció molar (X) es defineix com el quocient entre els mols de solut i els mols totals (solut + dissolvent), un valor entre 0 i 1. La pressió de vapor d'una mescla és la suma de les pressions de vapor de cada component, calculada com el producte de la fracció molar per la pressió de vapor a una temperatura específica: P_V = P_A + P_B = X_AP_VA + X_BP_VB

Destil·lació Fraccionada

Per separar mescles de líquids amb diferències de punts d'ebullició menors a 80 °C, s'utilitza la destil·lació fraccionada. Aquesta tècnica utilitza una columna de fraccionament entre el matràs i el refrigerant, que actua com diversos pisos (plats teòrics), on es produeixen successives condensacions i ebullicions, augmentant la concentració del component més volàtil en cada etapa. Les fraccions que destil·len abans i després del punt d'ebullició desitjat (caps i cues) es descarten.

Consideracions per a la Destil·lació Fraccionada:

• Consideracions de la destil·lació simple.
• Columna de fraccionament.
• Separar caps i cues.
• Anotar temperatures d'ebullició.

Azeòtrops

Algunes mescles, en proporcions específiques, presenten un punt d'ebullició constant, on el vapor té la mateixa composició que el líquid. Aquestes mescles, anomenades azeòtrops, no es poden separar per destil·lació fraccionada convencional.

Destil·lació per Arrossegament de Vapor

Aquesta tècnica redueix el punt d'ebullició de substàncies, permetent separar components que es descomponen a altes temperatures. El vapor d'aigua arrossega el vapor del component desitjat, condensant-se junts i separant-se posteriorment si són immiscibles. El muntatge inclou un matràs generador de vapor, un tub de seguretat, un baló de destil·lació i un refrigerant. No s'utilitza columna de fraccionament.

Consideracions per a la Destil·lació per Arrossegament de Vapor:

• Plat porós o perles al matràs generador de vapor.
• Tub de seguretat.
• Eliminació ràpida de la font de calor.
• Sense columna de fraccionament.
• Col·lector refrigerat (opcional).
• Muntatge ferm.
• Control de la temperatura del matràs de destil·lació.

Destil·lació al Buit

Per a substàncies amb punts d'ebullició molt elevats, es pot utilitzar la destil·lació al buit, que redueix la temperatura d'ebullició. Es recomana destil·lar petites quantitats i en una vitrina, utilitzant un capil·lar per al borboteig i un col·lector especial. El termòmetre és accessori, i cal controlar la pressió del buit.

Consideracions per a la Destil·lació al Buit:

• Petites quantitats i en vitrina.
• Capil·lar per a borboteig.
• Columna de fraccionament possible.
• Col·lector especial.
• Control del buit i la temperatura.
• Refredament lent i trencament lent del buit.
• Ús d'EPIs.