Introduo

Destilao um processo caracterizado por uma dupla mudana de estado fsico, em que uma substncia, inicialmente no estado lquido, aquecida at atingir a temperatura de ebulio, transformando-se em vapor, e novamente resfriada at que toda a massa retorne ao estado lquido. O processo tem sido utilizado desde a antiguidade para a purificao de substncias e fabricao de essncias e leos.

A maioria dos mtodos utilizados durante o processo de purificao de misturas homogneas baseia-se na destilao simples, que consiste na evaporao parcial da mistura lquida, a fim de separar seus componentes. As substncias mais volteis, isto , com menor ponto de ebulio, vaporizam primeiro; ao passarem por um condensador, se liquefazem, sendo finalmente recolhidas em um recipiente.

Esse procedimento vlido para a purificao de lquidos com impurezas volteis dissolvidas e para a separao de misturas cujos componentes apresentam pontos de ebulio bem diferenciados.

O uso da destilao como mtodo de separao disseminou-se pela indstria qumica moderna. Pode-se encontr-la em quase todos os processos qumicos industriais em fase lquida onde for necessria uma purificao.

O mecanismo subjacente a esta operao de separao o do equilbrio lquido/vapor. Ao fornecer calor a uma mistura lquida, promove-se a sua vaporizao parcial, obtemos duas fases, uma lquida e outra de vapor, que tm composies diferentes. A diferena de composio das duas fases resulta da diferena de volatilidades dos vrios componentes da mistura lquida inicial. Quanto maior for essa diferena entre as volatilidades, maior ser a diferena de composio entre a fase lquida e vapor e, como tal, mais fcil ser a separao por Destilao. As aplicaes industriais do processo de destilao so vrias, sendo a mais conhecida a da separao de misturas de hidrocarbonetos na indstria petroqumica em particular na refinao do petrleo (crude).

Quando fornecemos calor a uma mistura lquida, promovendo a sua vaporizao parcial, estabelece-se um equilbrio entre as fases lquida e vapor, para uma dada presso total, e a composio das duas fases ser diferente.

A Figura 1 ilustra, no diagrama Txy (Diagrama de Pontos de Ebulio), a vaporizao parcial de uma mistura lquida (L0) de A+B.

Quando L0 aquece desde a temperatura Tinicial at temperatura Tfinal, de tal modo que ocorre a vaporizao parcial de L0, produz-se um lquido saturado (L) de composio xL,A e um vapor saturado (V), em equilbrio com o lquido, e de composio yV,A. Isto , realiza-se a separao parcial dos compostos A e B da mistura lquida L0. A designa o componente mais voltil da mistura, x e y as fraces molares desse componente, respectivamente nas fases lquida e vapor e B designa o componente menos voltil da mistura.

A separao por destilao s possvel se as volatilidades dos vrios componentes da mistura a tratar forem diferentes entre si.

Como se pode observar no diagrama T,xy da Figura 1, o vapor produzido mais rico no componente mais voltil A do que o lquido em equilbrio com ele temperatura de saturao Tfinal e tambm mais rico em A do que a mistura lquida inicial (alimentao). Assim, por destilao possvel separar os componentes mais volteis para a fase vapor enquanto que os menos volteis ficam, preferencialmente, na fase lquida.

A separao por destilao ser tanto mais fcil quanto mais elevada (superior a 1) for a volatilidade relativa de A em relao a B. Genericamente a volatilidade relativa i,j do componente i relativamente ao j, define-se como sendo a razo entre as razes de equilbrio do componente i e do componente de referncia j:

(1)

Ki e Kj so as razes de equilbrio para cada um dos componentes. O componente de referncia tem de ser sempre um componente pesado (de ponto de ebulio elevado).

Quando os pontos de ebulio dos componentes de uma mistura so muito prximos, a destilao simples no permite uma boa separao, sendo necessrio repetir o processo vrias vezes. Esse procedimento, denominado destilao fracionada, muito utilizado no controle do teor alcolico de bebidas tipo aguardente, como usque, rum, gim e cachaa. Alm disso, constitui o processo fundamental do refino de petrleo, para obteno de gasolina, querosene e demais derivados.

No aparelho de destilao fracionada existe uma coluna de fracionamento que cria vrias regies de equilbrio lquido-vapor, enriquecendo a frao do componente mais voltil da mistura na fase de vapor.

Aqui, a coluna pea-chave. A mistura a ser purificada aquecida. Surge ento um vapor quente. Ele sobe pela coluna, mas vai se resfriando ao longo dela e acaba por condensar-se. Com a condensao, forma-se um lquido, que escorre para baixo pela coluna, em direo fonte de calor. Vapores sobem continuamente pela coluna e acabam por encontrar-se com o lquido que escorria; parte desse lquido rouba o calor do vapor ascendente e torna a vaporizar-se. A uma certa altura um pouco acima da condensao anterior, o vapor torna a condensar-se e escorrer para baixo. Este ciclo de vaporizao e condensao ocorre repetidas vezes ao longo de todo o comprimento da coluna.

Os vrios obstculos instalados na coluna foram o contato entre o vapor quente ascendente e o lquido condensado descendente. A inteno desses obstculos promover vrias etapas de vaporizao e condensao da matria. Isto nada mais do que uma simulao de sucessivas destilaes flash. Quanto maior a quantidade de estgios de vaporizao-condensao e quanto maior a rea de contato entre o lquido e o vapor no interior da coluna, mais completa a separao e mais purificada a matria final.

Genericamente, a coluna de destilao fracionada pode considerar-se constituda por uma srie de andares em equilbrio que vo promovendo, sucessivamente, o enriquecimento, nos componentes mais volteis, da fase vapor que sobe na coluna, e nos componentes menos volteis, da fase lquida que desce na coluna.

Cada uma das unidades onde se promove o contacto entre as correntes de lquido e de vapor em circulao na coluna, com vista a produzir duas novas correntes de lquido e de vapor, em equilbrio, designado por Andar em Equilbrio ou Andar Terico (ver esquema da Figura 4).

Na prtica, o contacto entre fases em cada andar em equilbrio promovido fisicamente atravs dos chamados pratos da coluna de destilao (coluna de pratos) ou atravs de uma dada altura de enchimento (coluna de enchimento).

Um mtodo que pode ser utilizado para a determinao da composio do destilado obtido a medio do ndice de refrao.

O ndice de refrao de um composto uma propriedade fsica intrnseca, sendo definido como a razo da velocidade da luz no vcuo e a velocidade da luz atravs da amostra. A velocidade da luz atravs de um lquido est relacionada com a estrutura molecular e em particular aos grupos funcionais que esto presentes. O ndice de refrao da gua 1,3300. Em geral, compostos orgnicos tem ndices de refrao na faixa de 1,33 1,60. No limite inferior esto os lcoois e cetonas. No limite superior so encontrados compostos tais como o benzeno, clorofrmio, nitrobenzeno e anilina.

uma relao entre a velocidade da luz em um determinado meio e a velocidade da luz no vcuo (c). Em meios com ndices de refraco mais baixos (prximos a 1) a luz tem velocidade maior (ou seja, prximo a velocidade da luz no vcuo). A relao pode ser descrita pela frmula:

Onde: c a velocidade da luz no vcuo (c = 3 x 108 m/s); v a velocidade da luz no meio;

Em geral, quando a densidade de um meio aumenta, seu ndice de refraco tambm aumenta. Como variaes de temperatura e presso alteram a densidade, conclumos que essas alteraes tambm alteram o ndice de refraco. No caso dos slidos, essa alterao pequena, mas para os lquidos, as variaes de temperatura so importantes, e no caso dos gases tanto as variaes de temperatura como as de presso devem ser consideradas.

A maioria dos ndices de refraco menor que 2; uma exceo o diamante, cujo ndice aproximadamente 2,4. Para a luz amarela emitida pelo sdio, sua freqncia f = 5090.1014Hz e cujo comprimento de onda no vcuo = 589nm. Essa a luz padro para apresentar os ndices de refraco.

O ndice de refrao varia com a temperatura e, para a maioria dos lquidos orgnicos usados, um aumento na temperatura de 1oC, causa uma diminuio em n de 3,5.10-4 a 5,5.10-4. Na ausncia do dado correto, o valor de 4,5.10-4 pode ser usado como uma aproximao.

ctabcm0,00045(Tm Ttab)

Sendo:

ctab = ndice de refrao corrigido para a temperatura padro (20 C);

cm = ndice de refrao lido temperatura ambiente;

Ttab = Temperatura padro para o ndice de refrao (20 C);

Tm = Temperatura na qual foi medido o ndice de refrao.

O ndice de refrao muito sensvel ao estado fsico em que a substancia se encontra, depende ainda da presso e da temperatura. No depende da volatidade da amostra.

Com o aumento da temperatura esperado que o ndice diminua, j que a passagem da luz aumentada pela desorganizao das partculas, diminuindo a refrao da mesma.Materiais e ReagentesMateriais

Destilao simples

01 balo de destilao 250 mL01 manta de aquecimento

01 termmetro

01 condensador

01 adaptador

01 proveta 100 mL

08 frascos 5 mL com tampa

Destilao fracionada

01 balo de destilao 250 mL01 manta de aquecimento

01 coluna de fracionamento

Recheio para a coluna de fracionamento

01 termmetro

01 condensador

01 adaptador

01 proveta 100 mL

08 frascos 5 mL com tampa

Reagentes

Tolueno

Acetato de etilaProcedimento experimentalConstruo da curva de calibrao

Foram preparadas 6 (seis) solues contendo acetato de etila e tolueno em diferentes propores e medido o ndice de refrao para cada soluo. Para isto, solues de acetato etila e tolueno foram colocados em dois bequers para que fossem pipetados para pequenos frascos cujos respectivos volumes se encontram na Tabela 1. Estas solues foram utilizadas em um instrumento de medio de ndice de refrao, os valores obtidos se encontram na Tabela1.

Partindo dos dados lidos na medio do ndice de refrao, foi construda uma curva de calibrao, sendo obtido um grfico de ndice de refrao em funo da frao molar de acetato de etila. Atravs desta curva, obteve-se a equao onde, pde-se obter as fraes molares do acetato de etila, nas etapas posteriores, nas destilaes simples e fracionada.Destilao simples e fracionadaFoi formulada uma mistura equimolar de acetato de etila e tolueno, sendo este j disponibilizado no laboratrio quantidade suficiente para realizao das destilaes.A mistura acima foi colocada em dois bales de destilao com fundo redondo de 250 mL. Foi adicionado volume suficiente para preencher metade do balo.

Foram montados os sistemas de destilao simples e destilao fracionada. Em cada sistema, a soluo foi posta para aquecer lentamente, de modo que a velocidade de destilao seja constante. O destilado, obtido aps a condensao, foi recolhido em uma proveta graduada de 100 mL. Foram recolhidas as dez primeiras gotas do destilado em um frasco pequeno (5 mL) com tampa, alm de ser anotado a temperatura do vapor que passou para o condensador neste momento. Esta temperatura s foi medida para destilao simples.Para as sucessivas amostras a cada 5 ml de destilado medido, recolheram-se dez gotas e reservados em frascos e anotados as temperaturas em cada momento. Repetiu-se at obter treze frascos na destilao simples e dezessete frascos na destilao fracionada.A partir das tabelas, foram construdos grficos com o intuito de analisar os resultados de cada destilao.Discusso

Uma curva de calibrao se baseia na construo de pontos de concentraes conhecidas, para o calculo dos volumes utilizados. A partir deles, pde-se comparar atravs do mtodo grfico solues de concentraes desconhecidas. Observando a escala dos grficos que foram ajustados para melhor visualizao.Foi realizada uma correo do ndice de refrao medido, para uma temperatura de 20C utilizando a equao (1). A temperatura ambiente registrada em um termmetro teve variaes durante a leitura.Equao (1) COLOCAR A EQUAO CORREO INDICE DE REFRAOOs volumes utilizados, bem como os ndices de refrao j corrigidos se encontram na Tabela 1. A partir destes dados, o grfico (1) foi construdo, contendo nele informaes da Frao molar de Acetato de Etila versus ndice de Refrao. Foi escolhida a frao do acetato de etila como padro, para as comparaes, por este ser o composto mais voltil da mistura.

Do grfico (1), foi obtida a equao que melhor ajusta os dados obtendo a equao.c = - 0,1234h + 1,4999 com R = 0,9958 equao (2)

Sendo,

c: Frao molar do acetato de etila

h: ndice de refrao

A equao (2) possibilitou conhecer as fraes molares do acetato de etila, nas etapas posteriores, de destilao simples e fracionada. Comparando os valores do ndice de refrao com os obtidos experimentalmente temos uma diferena nos valores. Na literatura os ndices de refrao do Acetato de Etila e Tolueno so 1,3719 e 1,499. No experimento obtivemos valores como 1,3748 e 1,4964 respectivamente. Diferenas estas que podem estar relacionadas a etapa de medio do ndice de refrao pode ter ocorrido erros ao fazer a leitura no aparelho devido a posio da luz e ao forte cheiro liberado pela mistura como tambm erro de paralaxe do analista.

Os sistemas de destilao, trabalhados neste experimento, foram a destilao simples e a destilao fracionada. As destilaes, em cada sistema, foram realizadas separadamente, de forma que cada parcela da turma ficou responsvel por um.

Destilao simples

O processo transcorreu com variaes, as primeiras gotas do destilado foram obtidas a 70 C, situao no esperada, pois o componente mais voltil da mistura era o acetato de etila que possui temperatura de ebulio tabelada em 77,1 C. As dez primeiras gotas foram recolhidas em um pequeno frasco identificado.

Com os frascos identificados foi ento, foi realizada, a medio do ndice de refrao de cada amostra coletada. Os valores lidos se encontram na Tabela 2.

Os erros envolvidos no procedimento se devem a dificuldade na leitura precisa da temperatura, controle da vazo no eficiente, variaes na temperatura de forma no esperada o que pode prever a presena de impurezas. Como a quantidade coletada pequena, uma pequena quantidade de impureza teria uma grande representatividade no resultado alterado. No conseguimos obter de forma satisfatria com preciso os dados para posterior analise.

Os dados foram coletados e descritos na Tabela 2, juntamente com os grficos 2, 3 e 4, que puderam ser formulados.

Para melhor visualizao dos resultados utilizou-se a eliminao de dados esprios que alteravam os resultados de forma incoerente. Para que a comparao entre os dois mtodos de destilao pudesse ser realizada da melhor forma possvel.A temperatura no se manteve constante, ou seja, no se formou um patamar bem definido o que indicaria a possvel purificao do componente. Da mesma maneira que a frao molar decaia com o aumento de volume do destilado. Observou-se atravs do grfico 2.1, 3.1 e 4.1 que a destilao simples no proporcionou uma purificao completa do acetato de etila, pois o destilado obtido inicialmente continha 0,9267 de frao molar do acetato de etila. Com isto, atribui-se que a destilao no seria a melhor tcnica para purificar o acetato de etila proveniente da mistura com tolueno. Destilao Fracionada

Na destilao fracionada, o aquecimento foi gradativo e lento. No foi registrada a temperatura, seguindo orientaes da professora, mas uma analise terica diz que a temperatura que coletamos o primeiro destilado teria que ser melhor do que no sistema anterior, pois na destilao fracionada ocorrem sucessivas destilaes simples, proporcionadas atravs do enchimento da coluna de destilao. A medida que foram coletados os frascos, foi medido o ndice de refrao de cada amostra coletada. Os valores lidos se encontram na Tabela 3, referente a destilao fracionada. A partir da Tabela 3, os grficos 5 e 6 puderam ser formulados.

Da mesma forma como na destilao simples houve a necessidade de excluir dados esprios para melhor desenvolvimento dos grficos. Com ndices de refrao muito abaixo do ideal, com isto as fraes molares referentes a estes pontos foram maiores do que 1, situao impossvel de ocorrer, pode-se ento desprezar estes valores. Esta situao pode ter ocorrido devido a uma possvel contaminao dos frascos com quaisquer outras substncias ou at mesmo gua.Observou-se, atravs do grfico 5.1 e 6.1, que a destilao fracionada proporcionou uma melhor purificao do acetato de etila em comparao com a destilao simples. Sendo o destilado obtido inicialmente com 0,9781 de frao molar de Acetato de Etila. Uma separao mais eficiente dos compostos.Concluso

Atravs dos dados apresentados, pode-se concluir que a destilao fracionada mostrou o processo mais eficiente para a separao da mistura equimolar de acetato de etila e tolueno. A destilao simples, devido aos dados obtidos, no foi o processo adequado para a separao da mistura.