Ciencias Naturales 6.º

La destilación

45 min · DBA 2

Lo que vas a aprender
  • Explicar la destilación como una vaporización seguida de una condensación, basada en la diferencia de puntos de ebullición.
  • Nombrar las partes del montaje de destilación y la función de cada una.
  • Decidir con una tabla de puntos de ebullición qué líquido sale primero y calcular la diferencia de temperaturas.
  • Calcular el porcentaje de líquido que se recupera en una destilación.

Para qué

¿Para qué sirve esto?

Cuando cocinas arroz con la olla tapada, al levantar la tapa ves gotas de agua por dentro. Esas gotas no tienen sal ni arroz: son agua que hirvió, subió como vapor, chocó con la tapa más fría y volvió a ser líquida. Sin saberlo, la olla hizo una pequeña destilación.

Con ese mismo principio se obtiene el agua destilada que usan los laboratorios y las planchas de vapor, se separa el alcohol en las industrias y, en algunos países con poca agua dulce, se saca agua para beber del agua de mar. En la lección anterior viste que la evaporación recupera la sal pero pierde el agua. La destilación recupera las dos.

Antes de empezar recuerda qué son la vaporización y la condensación, y qué es el punto de ebullición.

Explicación

Dos cambios de estado seguidos

La destilación es una vaporización seguida de una condensación. Se calienta la mezcla hasta que uno de sus componentes hierve; su vapor viaja por un tubo, se enfría y vuelve a ser líquido en otro recipiente. Lo que no hirvió se queda atrás.

La propiedad: el punto de ebullición

Cada sustancia pura hierve a una temperatura propia, su punto de ebullición, que depende de la presión del aire. Al nivel del mar, el agua hierve a unos 100 °C y el alcohol etílico (el etanol) a unos 78 °C. En las ciudades altas, donde la presión del aire es menor, el agua hierve a una temperatura más baja: en Bogotá, por ejemplo, hierve hacia los 92 °C.

Cuando se calienta una mezcla de dos líquidos, sale primero el que tiene el punto de ebullición más bajo. Mientras ese líquido está saliendo, el termómetro marca una temperatura cercana a su punto de ebullición; cuando ya casi no queda, la temperatura vuelve a subir. Cuanto mayor es la diferencia entre los dos puntos de ebullición, más fácil y más limpia es la separación. Aun así, el primer destilado casi nunca sale perfectamente puro: siempre arrastra un poco del otro líquido.

La destilación sirve en dos casos:

  • Para separar un sólido disuelto de su solvente y recuperar el solvente. Si destilas agua salada, el agua hierve, se condensa y se recoge; la sal, que no hierve a esa temperatura, se queda en el balón.
  • Para separar dos líquidos que se mezclan entre sí y forman una mezcla homogénea, como el agua y el alcohol. Como se mezclan, no forman capas y no se pueden decantar.

Las partes del montaje

  • El balón es el recipiente de vidrio resistente al calor donde se pone la mezcla. Debajo va la fuente de calor.
  • El termómetro mide la temperatura del vapor que sale hacia el condensador. Su bulbo va a la altura del tubo de salida.
  • El condensador es un tubo rodeado de otro más ancho por el que corre agua fría. El vapor pasa por dentro, se enfría y se vuelve líquido. El agua fría entra por la parte de abajo y sale por la de arriba, para que el tubo se mantenga lleno.
  • El recipiente colector recibe gota a gota el destilado.

Seguridad

El montaje de destilación lo arma y lo maneja solo el docente, como demostración. El vidrio y el vapor queman, el balón no se debe calentar vacío y el alcohol es inflamable, así que nunca se destila con una llama abierta cerca. El balón se llena hasta la mitad como mucho y lleva unos trocitos de porcelana para que hierva parejo y no salte de golpe. El montaje nunca se cierra del todo: el colector va abierto, porque el vapor tiene que tener salida. Los estudiantes miran desde una distancia segura y usan gafas si el docente lo indica. En el laboratorio, además, nada se prueba: ni el destilado.

Las cuentas de la destilación

Con una tabla de puntos de ebullición se decide qué líquido sale primero (el de menor temperatura) y se calcula la diferencia entre los dos puntos restando. Para saber qué tan bien salió la destilación se calcula el porcentaje recuperado, como en las otras separaciones: lo que se recogió dividido entre lo que había de ese componente, por 100.

termómetro balón con la mezcla calor (solo el docente) condensador sale agua tibia entra agua fría vapor destilado

Esquema del montaje de destilación (no está a escala). La mezcla hierve en el balón; el vapor sube, pasa por el condensador, que está rodeado de agua fría, y cae como líquido en el recipiente colector. Lo arma y lo maneja solo el docente.

20406080100120140líquidopunto de ebullición (°C)PQR6590120

Puntos de ebullición de tres líquidos P, Q y R, en °C (datos inventados para los ejemplos y las preguntas). En una mezcla de dos de ellos sale primero el de la barra más baja.

Ejemplo resuelto

¿Qué líquido sale primero?

Una tabla inventada dice que el líquido P hierve a 65 °C, el Q a 90 °C y el R a 120 °C. Se destila una mezcla de P y R. ¿Cuál sale primero y cuál es la diferencia entre sus puntos de ebullición? ¿Sería más fácil o más difícil separar P de Q?

Ver la solución paso a paso
  1. Sale primero el de menor punto de ebullición. Comparamos:

    $$65 < 120$$

  2. La diferencia entre los dos puntos, en grados Celsius:

    $$120 - 65 = 55$$

  3. Para la mezcla de P y Q, la diferencia es:

    $$90 - 65 = 25$$

  4. Como 25 °C es menos que 55 °C, P y Q hierven a temperaturas más cercanas: cuando P sale, más vapor de Q se va con él, y la separación es más difícil.

    $$90 - 65 < 120 - 65$$

Respuesta: Sale primero P, y la diferencia con R es de 55 °C. Separar P de Q es más difícil, porque la diferencia es solo de 25 °C.

Ejemplo resuelto

Agua destilada de agua salada

En el balón se ponen 200 g de agua salada que tienen 10 g de sal disuelta (datos inventados). El docente destila hasta que en el colector hay 171 g de agua. ¿Qué porcentaje del agua se recuperó y cuánta agua quedó en el balón con la sal?

Ver la solución paso a paso
  1. El agua de la solución es la masa total menos la de la sal, en gramos:

    $$200 - 10 = 190$$

  2. La sal no hierve a esa temperatura y se queda en el balón. El porcentaje del agua que se recogió:

    $$\frac{171 \cdot 100}{190} = 90$$

  3. El agua que se dejó en el balón, junto con la sal (nunca se destila hasta dejar el balón seco):

    $$190 - 171 = 19$$

Respuesta: Se recuperó el 90 % del agua; en el balón quedaron 19 g de agua con los 10 g de sal.

Ejemplo resuelto

Separar agua y alcohol

En un laboratorio al nivel del mar, una mezcla de agua y alcohol etílico tiene 40 mL de alcohol (dato inventado). El docente la destila y recoge 34 mL de destilado mientras el termómetro marca cerca de 78 °C. ¿Qué líquido sale primero, cuántos grados lo separan del agua y qué porcentaje del alcohol se recogió?

Ver la solución paso a paso
  1. Al nivel del mar el alcohol hierve a unos 78 °C y el agua a unos 100 °C, así que sale primero el alcohol:

    $$78 < 100$$

  2. La diferencia, en grados Celsius:

    $$100 - 78 = 22$$

  3. Si tomamos el destilado como alcohol (en realidad arrastra un poco de agua), el porcentaje recogido es:

    $$\frac{34 \cdot 100}{40} = 85$$

Respuesta: Sale primero el alcohol, 22 °C por debajo del agua, y se recogió el 85 % del alcohol.

Práctica

Con la tabla de P, Q y R: el docente destila una mezcla de Q y R. ¿Cerca de qué temperatura, en °C, empieza a salir el primer líquido?

Con la tabla de P, Q y R: ¿cuántos grados Celsius de diferencia hay entre los puntos de ebullición de Q y de R?

Al nivel del mar, el agua hierve a unos 100 °C y el alcohol etílico a unos 78 °C. ¿Cuántos grados Celsius de diferencia hay?

En el balón hay 250 g de agua salada con 25 g de sal disuelta. Al destilar se recogen 180 g de agua. ¿Qué porcentaje del agua de la solución se recuperó?

En el balón hay 150 g de agua salada con 12 g de sal. Se recogen 120 g de destilado. ¿Cuántos gramos quedan en el balón, contando la sal y el agua que no se destiló?

Una mezcla de agua y alcohol tiene 50 mL de alcohol. El docente recoge 45 mL de destilado. Si se toma el destilado como alcohol, ¿qué porcentaje del alcohol se recogió?

¿Verdadero o falso? Con la tabla de P, Q y R, en una mezcla de P y Q sale primero Q.

¿Verdadero o falso? Con la tabla de P, Q y R, la diferencia de puntos de ebullición entre P y R es mayor que entre P y Q, así que P y R se separan con más facilidad.

¿Para qué sirve el agua fría que corre por fuera del condensador?

Quieres sacar la sal de un agua salada y, además, guardar el agua sin sal. ¿Qué método escoges?

Reto

Une cada parte del montaje con lo que hace.

Piensa en el camino de la mezcla: dónde se calienta, dónde se mide la temperatura, dónde se enfría el vapor y dónde se recoge.

Reto

Abre el candado de la destilación.

Cada respuesta es una cifra del código. Lee con calma: unas piden una diferencia y otras una división.

Cierre

En resumen

  • La destilación es una vaporización seguida de una condensación, y se basa en la diferencia de puntos de ebullición.

  • En una mezcla de líquidos sale primero el de menor punto de ebullición; cuanto mayor la diferencia, más limpia la separación.

  • Destilando agua salada se recupera el agua y la sal se queda en el balón; la evaporación, en cambio, pierde el agua.

  • El montaje tiene balón, termómetro, condensador con agua fría y recipiente colector, y lo maneja solo el docente.

  • El porcentaje recuperado es lo recogido dividido entre lo que había de ese componente, por 100.

Vocabulario

Destilación

Método que separa los componentes de una mezcla calentándola hasta que uno de ellos hierve, y enfriando su vapor para recogerlo otra vez como líquido.

Punto de ebullición

Temperatura a la que hierve una sustancia pura a una presión dada; cada sustancia tiene el suyo.

Condensación

Paso de un gas a líquido cuando se enfría.

Condensador

Tubo rodeado de agua fría en el que el vapor se enfría y se vuelve líquido.

Destilado

El líquido que se recoge al final del condensador.

Guía para el docente

Tiempos

Preguntas para el salón

Errores típicos

Tarea sugerida

Dibujar el montaje de destilación con sus cuatro partes, escribir qué cambio de estado ocurre en el balón y cuál en el condensador, y explicar por qué la sal no llega al colector.