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Las sustancias naturales valiosas a menudo se presentan como mezclas que contienen componentes deseables e indeseables. Por ejemplo, el petróleo crudo incluye varios tipos de hidrocarburos que son adecuados para diferentes aplicaciones de combustible, el agua del océano tiene un alto contenido de sal y el mineral de hierro contiene impurezas minerales además del hierro utilizable. A lo largo de los siglos, las personas han desarrollado numerosas formas de refinar o purificar materiales naturales. La destilación simple y la destilación fraccionada son dos variaciones de una técnica básica para separar diferentes componentes de un líquido.
Vapores y Evaporación
La relación entre temperatura y evaporación es esencial para comprender la destilación simple y fraccionada. Cuando un líquido está en un recipiente abierto, la atmósfera ejerce una presión descendente sobre la superficie del líquido. Esta presión atmosférica contrarresta la presión de vapor de los líquidos, que se crea por la energía cinética de las moléculas que se evaporan de la superficie del líquido. A medida que aumenta la temperatura del líquido, también aumenta la energía cinética molecular promedio; Se evaporan más moléculas, lo que conduce a una mayor presión de vapor. La ebullición ocurre cuando las moléculas pueden evaporarse libremente porque el líquido ha alcanzado una temperatura a la cual la presión de vapor es igual a la presión atmosférica.
Separación simple
Diferentes compuestos tienen diferentes temperaturas de ebullición. De manera similar, a cualquier temperatura dada, diferentes compuestos tendrán diferentes presiones de vapor. Si se calienta una mezcla líquida de diferentes compuestos en un recipiente cerrado, la composición del vapor atrapado sobre el líquido reflejará estas diferencias. El vapor contendrá más moléculas de compuestos con mayor presión de vapor y menos moléculas de compuestos con menor presión de vapor. Un compuesto con una temperatura de ebullición muy alta en relación con los otros compuestos en la mezcla estará casi ausente del vapor, y los sólidos disueltos no volátiles, como la sal, permanecerán como sedimento en el recipiente calentado. La destilación simple es el proceso de recolectar este vapor y enfriarlo para que se condense nuevamente en un líquido. La destilación simple separa los componentes de una mezcla líquida porque el líquido condensado contiene una mayor proporción de compuestos con mayor presión de vapor y el líquido original contiene una mayor proporción de compuestos con menor presión de vapor.
Dilema de destilación
Una destilación simple cambia la proporción de compuestos en los dos líquidos finales, pero no logra una separación completa. El proceso puede repetirse para lograr grados progresivamente más altos de separación, pero esto también es un desperdicio porque durante cada procedimiento de destilación, algunas moléculas escapan a la atmósfera y otras permanecen como residuos en el equipo de destilación. La destilación fraccionada aborda este dilema: mejora la destilación simple al lograr mayores grados de separación en un solo procedimiento de destilación.
Una columna, evaporaciones múltiples
La principal diferencia entre la destilación fraccionada y la destilación simple es la adición de una columna de fraccionamiento entre el recipiente calentado y el lugar donde se condensa el vapor. Esta columna está llena de materiales, como alambres de metal delgados o cuentas de vidrio, que fomentan la condensación porque tienen un área de superficie alta. A medida que los vapores se elevan a través de la columna de fraccionamiento, se condensan en líquido en las superficies más frías de estos materiales. Los vapores calientes que se elevan desde abajo hacen que este líquido se evapore, luego se condensa nuevamente, luego se evapora nuevamente, y así sucesivamente. Cada evaporación da como resultado vapor con una mayor proporción de moléculas con mayor presión de vapor. Por lo tanto, la destilación fraccionada logra una separación superior con menos pérdida de material porque un procedimiento es equivalente a múltiples rondas de destilación simple.