La destilación
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.
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.
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
Sale primero el de menor punto de ebullición. Comparamos:
$$65 < 120$$
La diferencia entre los dos puntos, en grados Celsius:
$$120 - 65 = 55$$
Para la mezcla de P y Q, la diferencia es:
$$90 - 65 = 25$$
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
El agua de la solución es la masa total menos la de la sal, en gramos:
$$200 - 10 = 190$$
La sal no hierve a esa temperatura y se queda en el balón. El porcentaje del agua que se recogió:
$$\frac{171 \cdot 100}{190} = 90$$
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
Al nivel del mar el alcohol hierve a unos 78 °C y el agua a unos 100 °C, así que sale primero el alcohol:
$$78 < 100$$
La diferencia, en grados Celsius:
$$100 - 78 = 22$$
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?
Sale primero el de menor punto de ebullición, que es Q, a 90 °C. 30 °C es la diferencia entre los dos, y 65 °C es el de P, que no está en esta mezcla.
Con la tabla de P, Q y R: ¿cuántos grados Celsius de diferencia hay entre los puntos de ebullición de Q y de R?
R hierve a 120 °C y Q a 90 °C: 120 − 90 = 30 °C.
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?
100 − 78 = 22 °C. Esa diferencia es la que permite destilar el alcohol y dejar atrás la mayor parte del agua.
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?
El agua es 250 − 25 = 225 g, y 180 ÷ 225 · 100 = 80 %. Si divides entre 250, cuentas también la sal, que no se destila.
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?
La masa se conserva: lo que no está en el colector sigue en el balón, 150 − 120 = 30 g (12 g de sal y 18 g de agua). 18 g es solo el agua, y 12 g solo la sal.
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?
45 ÷ 50 = 0,9, que es el 90 %.
¿Verdadero o falso? Con la tabla de P, Q y R, en una mezcla de P y Q sale primero Q.
P hierve a 65 °C y Q a 90 °C. Sale primero el de menor punto de ebullición, que es P.
¿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.
Entre P y R hay 55 °C y entre P y Q solo 25 °C. Cuanto más lejos están los puntos de ebullición, más limpia sale la separación.
¿Para qué sirve el agua fría que corre por fuera del condensador?
El agua fría nunca toca el vapor: corre por el tubo de afuera y le quita calor al de adentro. Así el vapor se condensa y cae al colector.
Quieres sacar la sal de un agua salada y, además, guardar el agua sin sal. ¿Qué método escoges?
La evaporación recupera la sal pero deja ir el agua al aire. La destilación condensa ese vapor y lo recoge. La sal disuelta no se filtra ni forma capas.
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
- Inicio · 5 min — Pregunte de dónde salen las gotas que hay debajo de la tapa de una olla y si saben a sal cuando se cocina con sal (sin probarlas: que lo razonen).
- Explicación · 15 min — Puntos de ebullición, las dos aplicaciones y las partes del montaje con el esquema. Resuelva en el tablero el ejemplo de P y R y el del agua salada.
- Práctica · 20 min — Preguntas y retos en parejas. Si el colegio tiene el material, haga usted una demostración con agua coloreada con colorante de cocina, con los estudiantes a distancia y con gafas; si no, una tapa fría sobre una olla con agua caliente muestra la condensación.
- Cierre · 5 min — Pida que expliquen en qué se diferencian la evaporación y la destilación, y qué recupera cada una.
Preguntas para el salón
- ¿Por qué el agua fría entra al condensador por abajo y sale por arriba?
- Si dos líquidos hirvieran a la misma temperatura, ¿se podrían separar destilando? ¿Por qué?
- ¿Qué ventaja tiene destilar agua de mar frente a dejarla secar al sol? ¿Y qué desventaja?
Errores típicos
- Creer que sale primero el líquido que hay en mayor cantidad. Insista en que lo que decide es el punto de ebullición y pida que lo busquen en la tabla antes de responder.
- Pensar que el agua del condensador se mezcla con el vapor. Muestre en el esquema que son dos tubos, uno dentro del otro, y que el agua fría solo enfría la pared.
- Calcular el porcentaje de agua dividiendo entre la masa de la solución, con la sal incluida. Pida que primero resten la sal para saber cuánta agua había.
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.