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atividade de destilação fracionada
Tipologia: Exercícios
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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, p° , 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).
Avaliar a eficiência na separação de dois líquidos por destilação comparando duas diferentes colunas de fracionamento.
Termômetro, coluna de fracionamento, condensador, balão de 250 mL, provetas de 50 mL e 100 mL, bolinhas de vidro, água destilada e álcool.
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