Tècniques de Separació Química: Destil·lació, Extracció i Assecat

Destil·lació

Un líquid s'evapora, el vapor es condensa i es recull a un col·lector. El que no s'evapora és el residu i el que sí que ho fa és el destil·lat.

Pressió de Vapor

El procés de vaporització es dona quan les energies cinètiques de translació de les molècules són superiors a les energies potencials d'atracció intermoleculars.

Destil·lació per Arrossegament de Vapor

Aquesta tècnica té l'avantatge que molts compostos puguin destil·lar a temperatures més baixes.

Llei de Raoult

Si hi ha un solut no volàtil en el dissolvent, disminueix la pressió de vapor (PV) perquè les molècules del solut fan pressió a la superfície i costa més que el dissolvent s'evapori.

Azeòtrops de Punt d'Ebullició Mínim

El punt d'ebullició de l'azeòtrop és menor que el dels seus components purs.

Diferència entre Vaporització i Evaporació

• Vaporització: Afecta tota la massa del líquid i la pressió de vapor (PV) és igual a la pressió atmosfèrica (P_atm).
• Evaporació: Es produeix només a la superfície i les pressions no s'igualen.

Rotavapor (Evaporador Rotatori)

El Rotavapor utilitza tres mecanismes principals per optimitzar l'evaporació:

• Buit: Disminueix la pressió sobre el líquid que s'evapora, la qual cosa redueix la temperatura d'evaporació.
• Rotació (Girar): Augmenta la superfície d'evaporació.
• Escalfament: Disminueix el temps necessari per a l'evaporació.

Assecat (Dessecació)

Per a un sòlid higroscòpic, la pressió de vapor de l'aigua (PV H₂O) amb el sòlid és menor que la PV H₂O pura.

Mètodes d'Assecat

Sòlids

• Directes: Aplicació de calor o pressió reduïda.
• Indirectes: Absorció o destil·lació.

Líquids

S'afegeix un líquid deshidratant inert i es deixa actuar un temps en un recipient tancat. Posteriorment, es pot filtrar, decantar o destil·lar.

Gasos

• Borbollejar el gas a través d'un líquid dessecant (Exemple: H₂SO₄).
• Fer passar el gas per un recipient que contingui un sòlid dessecant o un tamís molecular.

Cristal·lització (Exemple: KNO₃)

Objectius de la Cristal·lització

• Purificar substàncies.
• Uniformar les mides de les partícules.
• Obtenir un producte atractiu.

Tècniques per Induir la Cristal·lització

• Sembrar les dissolucions saturades amb cristalls de solut.
• Rascar el recipient.
• Refredar amb CO₂ sòlid (gel sec).

Càlcul del Rendiment (R%)

R% = (g_inicials - g_cristalls) / g_inicials

Sedimentació

Tècnica de separació per gravetat del sòlid suspès en un líquid.

Centrifugació

Aplicacions principals:

• Decantar sòlids en suspensió.
• Aclarir solucions.
• Trencar emulsions de líquids immiscibles.

Extracció

Tècnica utilitzada especialment per a productes sensibles a la calor.

El procés consisteix a afegir un dissolvent a una barreja per extreure el solut, normalment entre una fase aquosa i una orgànica.

Requisits del Dissolvent d'Extracció

• Baix punt d'ebullició.
• No inflamable.
• No tòxic.
• Econòmic.

Càlcul del Rendiment (R)

R = g_extret / g_inicials

Absorció

Procés de dissolució d'un gas en un líquid (Exemples: HCl, amoníac). S'utilitza per separar o purificar un gas en un corrent gasós.

Mecanisme

El gas entra en contacte amb la superfície d'un líquid. Les molècules del gas xoquen i es dissolen, mentre que algunes tornen a la superfície. Aquest procés continua fins a assolir l'equilibri entre les molècules dissoltes i les molècules de gas. La dissolució del gas afavoreix l'augment de la pressió del gas sobre la superfície.

Llei de Henry

La solubilitat del gas disminueix en augmentar la temperatura (Tª). La solubilitat augmenta amb la pressió del gas sobre el líquid.

Fórmula: P = XD * KH, on X_D és la fracció molar (mol/mol H₂O).

Adsorció

Procés que implica la interacció d'un fluid amb un sòlid adsorbent (Exemples: carbó actiu, terres decolorants).

Tipus d'Adsorció

• Física (Fisisorció): Basada en forces de Van Der Waals.
• Química (Quimisorció): Implica la formació d'un enllaç químic.

Fórmula de Pressió Hidrostàtica

P = ρ * g * h + Patm