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Destilação Fracionada: Experimento e Análise de Eficiência da Coluna de Fracionamento, Exercícios de Química

atividade de destilação fracionada

Tipologia: Exercícios

2019

Compartilhado em 23/09/2019

ana-paula-silva-mxt
ana-paula-silva-mxt 🇧🇷

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Universidade Estadual de Feira de Santana
Departamento de Ciências Exatas – DEXA
Disciplina: EXA 459/EXA 415 – Físico-Química II
Prática: Destilação Fracionada
De acordo com a regra das fases, um sistema binário de duas fases possui dois graus de
liberdade. Assim, se a pressão é mantida constante, o sistema pode ser descrito completamente em
termos da temperatura e da composição (geralmente percentagem molar).
No caso de misturas de dois líquidos, A e B, voláteis e miscíveis, a pressão de vapor é dada
pela soma das pressões parciais de A e B ou:
Equação (1)
Para sistemas ideais, a pressão parcial de A, ou de B, é dada pelo produto da pressão de
vapor, , de A ou B, puro pela fração molar (X) de A ou de B, na fase líquida (lei de Raoult). Deste
modo:
Equação (2)
Pelas equações 1 e 2 vê-se que a pressão de vapor da mistura depende de sua composição.
Por exemplo, uma mistura de 75 moles de benzeno e 25 moles de tolueno entra em ebulição a 85
°C, e a composição do vapor não é a mesma que a do líquido restante, isto é, o vapor é o mais
concentrado do componente mais volátil. Como, a uma mesma temperatura, as composições do
líquido e do vapor são diferentes, num diagrama teremos duas curvas, uma denominada isobária de
orvalho e outra isobária de ebulição. Nas condições físicas abaixo da isobária de ebulição tem-se o
estado líquido; acima da isobária de orvalho tem-se o estado vapor e, entre as duas isobárias, tem-se
o equilíbrio líquido-vapor. A figura 1 mostra as isobárias de misturas de dois líquidos à pressão
constante. Se uma mistura dos dois líquidos de composição molar X1, por exemplo, é aquecida a
uma temperatura de ebulição T1, a composição da fase vapor será X2 (figura 1), composição esta
que é também a do líquido obtido pelo resfriamento deste vapor. Esta mistura, à temperatura de
ebulição T2, dará uma fase vapor de composição X 3 mais rica do componente mais volátil. Deste
modo é possível repetir o processo até obter o componente mais volátil puro.
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Baixe Destilação Fracionada: Experimento e Análise de Eficiência da Coluna de Fracionamento e outras Exercícios em PDF para Química, somente na Docsity!

Universidade Estadual de Feira de Santana Departamento de Ciências Exatas – DEXA Disciplina: EXA 459/EXA 415 – Físico-Química II

Prática: Destilação Fracionada

De acordo com a regra das fases, um sistema binário de duas fases possui dois graus de liberdade. Assim, se a pressão é mantida constante, o sistema pode ser descrito completamente em termos da temperatura e da composição (geralmente percentagem molar). No caso de misturas de dois líquidos, A e B , voláteis e miscíveis, a pressão de vapor é dada pela soma das pressões parciais de A e B ou: Equação (1) Para sistemas ideais, a pressão parcial de A, ou de B, é dada pelo produto da pressão de vapor, , de A ou B, puro pela fração molar (X) de A ou de B, na fase líquida (lei de Raoult). Deste modo:

Equação (2) Pelas equações 1 e 2 vê-se que a pressão de vapor da mistura depende de sua composição. Por exemplo, uma mistura de 75 moles de benzeno e 25 moles de tolueno entra em ebulição a 85 °C, e a composição do vapor não é a mesma que a do líquido restante, isto é, o vapor é o mais concentrado do componente mais volátil. Como, a uma mesma temperatura, as composições do líquido e do vapor são diferentes, num diagrama teremos duas curvas, uma denominada isobária de orvalho e outra isobária de ebulição. Nas condições físicas abaixo da isobária de ebulição tem-se o estado líquido; acima da isobária de orvalho tem-se o estado vapor e, entre as duas isobárias, tem-se o equilíbrio líquido-vapor. A figura 1 mostra as isobárias de misturas de dois líquidos à pressão constante. Se uma mistura dos dois líquidos de composição molar X (^) 1, por exemplo, é aquecida a uma temperatura de ebulição T (^) 1, a composição da fase vapor será X 2 (figura 1), composição esta

que é também a do líquido obtido pelo resfriamento deste vapor. Esta mistura, à temperatura de ebulição T (^) 2, dará uma fase vapor de composição X 3 mais rica do componente mais volátil. Deste

modo é possível repetir o processo até obter o componente mais volátil puro.

Figura SEQ Figura * ARABIC 1 - Curva de equilíbrio líquido-vapor das misturas de dois líquidos, à pressão constante.

Na prática, as condensações e vaporizações são obtidas através de uma coluna de fracionamento , como mostra a figura 2. Nas vaporizações e condensações sucessivas o vapor ascendente vai aquecendo gradativamente a coluna e sendo enriquecido do componente mais volátil. Se a coluna é eficaz, o vapor que penetra no condensador é constituído do componente mais volátil puro. A medida da eficácia de uma coluna de fracionamento é dada em termos de pratos teóricos e é feita analisando as curvas de destilação. Tais curvas são construídas colocando-se em um gráfico a temperatura de ebulição da mistura versus peso total, ou volume, do destilado obtido. Geralmente, as curvas obtidas são do tipo apresentado na figura 3, sendo que a coluna é mais eficaz quando a separação que ela permite obter se aproxima da separação ideal (curva pontilhada).

  1. Objetivo:

Avaliar a eficiência na separação de dois líquidos por destilação comparando duas diferentes colunas de fracionamento.

  1. Material:

Termômetro, coluna de fracionamento, condensador, balão de 250 mL, provetas de 50 mL e 100 mL, bolinhas de vidro, água destilada e álcool.

  1. Procedimento experimental Monte o sistema de destilação apresentado na figura 2, colocando no lugar do balão para recolher o destilado a proveta de 100 mL. Tome 50 mL de água, 50 mL de álcool e 3 bolinhas de vidro e coloque-os no frasco de destilação. Aqueça o sistema lentamente, de tal modo que a velocidade de destilação seja constante, e não mais que 1 gota do destilado por 3 segundos. Recolha o destilado numa proveta de 100 mL, evitando que haja evaporação. Anote a temperatura a cada 2 mL de destilado, até completar a destilação. Para evitar flutuações da temperatura, cubra a coluna com uma folha de jornal.
  2. Tratamento dos dados experimentais: Faça o gráfico do volume do destilado em função da temperatura para cada caso estudado. (O melhor gráfico é obtido se cada 15 °C correspondem a 5 cm de papel milimetrado e cada 5 mL de volume correspondem a 1 cm no papel milimetrado.)
  3. Questões

a. Discuta a eficácia da coluna de fracionamento utilizada no experimento. b. A eficácia se tornaria melhor aumentando ou diminuindo a altura da coluna de fracionamento? c. Qual a influência da concentração inicial na eficácia da coluna de fracionamento?

d. Destilando uma mistura binária, qual a influência da temperatura de ebulição dos dois componentes sobre a separação? e. Se uma mistura benzeno-tolueno contém 75% de tolueno, qual a composição do vapor se a coluna contém 3 pratos teóricos?

Referência: Manual de Trabalhos Práticos de Físico-Química. Clotilde Otília Barbosa de Miranda-Pinto e Edward de Souza. Editora UFMG. 2006