FQE0001
Universidade do Estado de Santa Catarina – UDESC
Centro de Ciências Tecnológicas – CCT
Departamento de Química - DQM
Físico-Química Experimental
Exp. 04
Destilação Fracionada e Misturas Azeotrópicas
1. Introdução
O ponto de ebulição normal de uma mistura binária líquida é a temperatura na qual a
pressão de vapor total da mistura é igual a 1 atm. Ou seja, ao aquecer uma amostra de
benzeno puro, sob pressão constante de 1 atm, ela começaria a ferver a 80,1 °C; se a amostra
fosse de tolueno, ferveria a 110,6 °C. Uma mistura formada por benzeno e tolueno, portanto,
ferve numa temperatura entre 80,1 °C e 110,6 °C, quando a pressão de vapor da mistura se
iguala à pressão atmosférica, neste caso, 1 atm. Desta forma torna-se evidente que, para
conhecer o comportamento de ebulição de uma mistura, é necessário conhecer como a pressão
de vapor da mistura varia com sua composição.
Segundo a Lei de Raoult, a pressão de vapor de um solvente é proporcional à sua
fração molar em solução:
. Soluções que obedecem a essa
relação em qualquer faixa de concentração são chamadas de soluções ideais. Quando a
solução é formada por uma mistura binária de dois líquidos voláteis, A e B, cada componente
tem a pressão de vapor dada pela Lei de Raoult:
e
Por outro lado, a Lei de Dalton das pressões parciais afirma que a pressão total do
vapor é a soma das pressões parciais:
Pela expressão acima, nota-se que o vapor da mistura é mais rico no componente mais
volátil (componente com maior pressão de vapor) que o líquido. Assim, na mistura benzeno /
tolueno, espera-se que o vapor em equilíbrio com a mistura líquida seja mais rico em benzeno
que o líquido. Com o aumento da temperatura, espera-se ainda, que a composição do vapor
fique cada vez mais rica no componente com maior pressão de vapor. A representação da
variação da composição das fases líquida e vapor com a temperatura numa mistura binária é
chamada diagrama de temperatura – composição, e é apresentada na Figura 1.
Figura 1: Diagrama de temperatura-composição de uma solução ideal. (Fig 6.14,
cap6, Atkins8)
De acordo com a Figura 1, quando um líquido com a composição a1 é aquecido, a
ebulição se inicia ao atingir a temperatura T2. Neste ponto, o líquido tem a composição a2
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(igual a a1) e o vapor formado tem a composição a´2 (obtido pela linha de amarração).
Quando este vapor é condensado, o líquido obtido tem a composição a3. Se este líquido for
reaquecido, entrará em ebulição na temperatura T3, formando um vapor com a composição a´3
que, ao ser resfriado, resultará no líquido de composição a4, com composição muito próxima a
1, ou seja, o líquido A puro.
O parágrafo acima é uma descrição do processo de destilação fracionada. Nesta
técnica, ilustrada na Figura 2, o ciclo de ebulição e condensação é repetido sucessivamente, e
é utilizada para separar misturas de líquidos voláteis (quando a diferença entre os pontos de
ebulição dos componentes da mistura é menor que 80 °C). A mistura é aquecida e o vapor
passa por uma coluna empacotada com material que tem alta área superficial. O vapor começa
a condensar na parte inferior da coluna, mas conforme o aquecimento continua, o condensado
(agora mais rico no componente mais volátil) evapora novamente e condensa um pouco mais
acima na coluna. Desta maneira, o vapor que sobe a coluna fica progressivamente mais rico
no componente com menor ponto de ebulição. Ao chegar ao condensador, o líquido
condensado é praticamente puro.
Figura 2: Esquema de montagem para destilação fracionada.
Uma boa separação dos componentes de uma mistura através da destilação fracionada
requer uma baixa velocidade de destilação, mantendo-se assim uma alta razão de refluxo. O
objetivo principal das colunas de fracionamento eficientes é reduzir a proporção das frações
intermediárias a um mínimo. Os fatores mais importantes que influenciam a separação de
misturas em frações bem delineadas são: isolamento térmico, razão de refluxo, enchimento e
tempo de destilação
Quando misturas de dois líquidos têm comportamento muito afastado da idealidade, as
curvas dos diagramas de temperatura – composição podem ter um aspecto semelhante ao
apresentado na Figura 3. O ponto comum das duas curvas é chamado ponto azeotrópico e a
composição correspondente, composição azeotrópica. O ponto azeotrópico pode ser de
máximo ou de mínimo. Uma mistura de composição azeotrópica entra em ebulição como um
composto puro, isto é, a temperatura mantém-se constante durante a mudança de estado.
Quando a composição azeotrópica é atingida, a destilação não pode separar os dois líquidos,
pois o condensado tem a mesma composição que o vapor azeótropo.
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70
65
65
64,7
Vapor
L
L
V
V
60
56,4
55
50
61,2
60
55
Líquido
20
50
40
60
80
100
% fração molar de clorofórmio
Figura 3: Diagrama temperatura-composição da mistura clorofórmio / acetona.
2. Objetivos
Construir o diagrama líquido-vapor de uma mistura de acetona e clorofórmio
determinando-se a composição do resíduo e do destilado obtidos por destilação fracionada.
Utilizar um parâmetro que seja função da concentração, como é o caso do índice de
refração, para determinar a composição de misturas binárias.
3. Procedimento Experimental
3.1 - Materiais utilizados










Equipamento para destilação fracionada, conforme a Figura 2
10 tubos de ensaio com rolha
Termômetro
2 pipetas graduadas de 2,0 mL
3 pipetas graduadas de 5,0 mL
2 provetas de 50 mL
Refratômetro
Algodão
Acetona
Clorofórmio
3.2 - Procedimento



Monte o aparelho de destilação conforme mostra a Figura 2.
Adicione 100 mL de acetona pura no balão e determine o seu ponto de ebulição
(Tacetona). Deixe esfriar um pouco. Recolha 2 mL de destilado e guarde-os para
determinar seu índice de refração.
Adicione uma mistura de acetona e clorofórmio preparada segundo a Tabela 1.
Aqueça o sistema até que a temperatura de ebulição se mantenha constante e anote
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esta temperatura (T1). Rejeite os primeiros 2 mL destilados e recolha os próximos 2
mL em um tubo de ensaio com rolha. Na medida do possível, evite a evaporação
durante a coleta.
Repita o processo com todas as misturas da Tabela 1.
Anote as respectivas temperaturas de ebulição das amostras (T2, T3, T4, T5 e T6).
Determine o índice de refração das amostras de destilado. Coloque os dados na Tabela
2.
Tabela 1: Quantidades de clorofórmio adicionada em cada amostra estudada,
Amostra no.
Clorofórmio (mL)
Acetona (mL)
1 2 3 4 5 6
0 10 25 50 75 90
100 90 75 50 25 10
4. Discussão dos Resultados
Determine a concentração (porcentagem de cada componente) de cada amostra, por
meio de uma curva-padrão com os índices de refração de diferentes misturas de acetona e
clorofórmio.
Utilize a Tabela 2 para organizar seus resultados.
Faça diagrama de Teb vs. percentagem molar de clorofórmio. Para cada temperatura há
dois valores da percentagem molar, um para o líquido (mistura que não evaporou) e outro
para o vapor (destilado), portanto é importante distingui-los com símbolos diferentes.
Tabela 2: Porcentagem molar de clorofórmio no resíduo e no destilado.
Amostra
Teb
Índice de refração
Destilado
% do clorofórmio
Resíduo
Destilado
(Líquido)
(Vapor)
1
2
3
4
5
6
7
5. Questões
1. No gráfico construído, indique o estado do sistema em cada uma de suas regiões.
2. Qual a percentagem do clorofórmio no ponto azeotrópico?
3. Quais os possíveis tipos de interações que levam um par de líquidos a formarem
azeótropo de máximo? E de mínimo?
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6. Referências Bibliográficas
1. Atkins, P; de Paula, J.; Físico-Química. Vols. 1-2. Nona Edição. Rio de Janeiro : LTC.
2012.
2. Rangel, R. N. Práticas de Físico-Química. 3ª ed. São Paulo : Edgard Blücher, 2006.
3. Atkins, P.; Jones, L.; Princípios de Química – Questionando a vida moderna e o meio
ambiente. 3ª ed. Porto Alegre : Bookman, 2006.
4. Bastos, A. C. L. M.; Rodrigues, E. M. S.; de Souza, J. P. U.; Físico-Química
Experimental. Belém : UFPA, 2011. Disponível em:
http://www2.ufpa.br/quimdist/livros_bloco_6/livros2011/LIVRO%20FQ%20EXP.pdf,
acessado em 06/08/2013.