Preguntas de Manual de Laboratorio de Quimica

Preguntas de Manual de Laboratorio de Quimica

Consultas preliminares

2. Qué es un azeótropo?

Un azeótropo o mezcla azeotrópica, disolu-ción que contiene la misma proporción de componentes químicos antes y después de la destilación. El ejemplo más común es una disolución de 4,43% de agua y 95,57% de etanol. Los componentes de dichas mezclas no pueden separarse por destilación ordina-ria, pero la adición de otro producto químico puede hacer posible la separación, por ejemplo la adición de benceno a la disolución anterior de alcohol/agua.

Qué es un azeótropo binario?

Es una mezcla constituida por dos compo-nentes, que hierven a temperatura constante y que se comportan como si estuviesen for-madas por un solo componente.

Ejemplos

Mezclas de un 95.63% etanol + agua a pre-sión atmosférica (1 atm, o 101.3 kPa). Etanol y agua hierven a 78.4 °C y 100 °C respecti-vamente, mientras que el azeótropo lo hace a 78.2 °C. De hecho, 78.2 °C es la mínima temperatura a la que una mezcla de etanol + agua puede hervir, a presión atmosférica. Se trata entonces de un azeótropo de tempera-tura mínima.

Otro ejemplo de mezcla azeotrópica es el ácido clorhídrico, a una concentración de 20.2% de cloruro de hidrógeno en agua. El cloruro de hidrógeno hierve a -84 °C, mien-tras que el azeótropo lo hace a 110 °C, la cual es mayor, por lo tanto se trata de un azeótropo de temperatura máxima.

En el caso del Etanol – agua, una vez que se encuentra en una concentración de 95/5% etanol/agua, los coeficientes de actividad del agua y del etanol son iguales, entonces la concentración del vapor de la mezcla también es de 95/5% etanol/agua, por lo tanto las destilaciones posteriores son inefectivas. Algunos usos requieren concentraciones de alcohol mayores, por ejemplo cuando se usa como aditivo para la gasolina. Por lo tanto el azeótropo 95/5% debe romperse para lograr una mayor concentración.

En uno de los métodos se adiciona un mate-rial agente de separación. Por ejemplo, la adición de benceno a la mezcla cambia la interacción molecular y elimina el azeótropo. La desventaja, es la necesidad de otra sepa-ración para retirar el benceno. Otro método, la variación de presión en la destilación, se basa en el hecho de que un azeótropo de-pende de la presión y también que no es un rango de concentraciones que no pueden ser destiladas, sino el punto en el que los coeficientes de actividad se cruzan. Si el azeótropo se salta, la destilación puede continuar.

Para saltar el azeótropo, el azeótropo puede ser movido cambiando la presión. Común-mente, la presión se fija de forma tal que el azeótropo quede cerca del 100% de concen-tración, para el caso del etanol, éste se pue-de ubicar en el 97%. El etanol puede desti-larse entonces hasta el 97%. En la práctica, se destila a un poco menos del 95,5%. El alcohol al 95,5% se envía a una columna de destilación a una presión diferente, despla-zándose el azeótropo a una concentración menor, tal vez al 93%. Ya que la mezcla está por encima de la concentración azeotrópica para esa presión, el etanol podrá ser destila-do a concentraciones superiores, incluso a etanol prácticamente puro.

3. Qué son y para qué sirven los núcleos de ebullición?

Un núcleo de ebullición es una partícula física que se adiciona al matraz de bola para que cuando comience la ebullición este fo-mente la homogeneidad de la mezcla que ebulle. El núcleo de ebullición aparte debe ser inerte para que si ocurre alguna reacción durante tal ebullición no se vea afectado y regularmente como núcleo de ebullición son empleadas perlas de vidrio.

Preguntas complementarias

1. Proceso de destilación en la obtención de alcohol carburante.

En la destilación se purifica el mosto fermen-tado para obtener alcohol con una pureza del 96% (v/v). Para ello se cuenta con dos columnas de destilación en serie que operan al vacío aumentando así la eficiencia energética del proceso.

La destilación es un proceso de separación por diferencias en los puntos de ebullición de los componentes de una mezcla, que al ser sometidos al calor, los compuestos más volátiles como el alcohol se evaporan y se concentran en fase de vapor.

El mosto fermentado que proviene de la sec-ción de fermentación contiene 9% de alcohol, además de agua, gases, sólidos disueltos y otros compuestos que deben retirarse. Para ello, se envía a la columna mostera donde se obtienen dos productos: por la parte superior se obtienen gases con una concentración de alcohol entre el 40-50% v/v que se envían a la segunda columna llamada rectificadora. Por la parte inferior se obtiene una corriente líquida llamada vinaza. El 60% de la vinaza generada se envía a la sección de fermenta-ción y el 40% restante hacia los evaporado-res de vinaza donde se concentra para su posterior uso en compostaje.

La relación final de vinaza concentrada pro-ducida es de 1.6 – 2.0 litros de vinaza por litro de alcohol anhidro.

De la segunda columna de destilación se obtiene el alcohol rectificado por encima de una concentración de 96% v/v el cual se en-vía hacia la zona de deshidratación. De los platos intermedios de esta columna se

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