Azeotrop

Mieszanina azeotropowa (azeotrop) – ciekła mieszanina (roztwór) dwóch lub więcej związków chemicznych, która jest w równowadze termodynamicznej z parą nasyconą powstającą z tej mieszaniny. Skład pary i cieczy jest taki sam. Gdy mówimy o azeotropie w kontekście wykresu fazowego, parametry takie określamy nazwą punktu azeotropowego.

Proporcje molowe (stężenie) związków chemicznych obecnych w parze nasyconej, powstającej w trakcie parowania mieszaniny azeotropowej, są takie, jak w samej cieczy. Oznacza to, że po skropleniu pary znad mieszaniny azeotropowej uzyskuje się ciecz o takim samym składzie chemicznym, jak wyjściowa mieszanina, co uniemożliwia jej rozdzielenie przez destylację, a nawet rektyfikację.

Mieszaniny azeotropowe rozdziela się zazwyczaj przez ekstrakcję, sorpcję lub poprzez dodanie do układu jeszcze jednego związku chemicznego, który tworzy azeotrop z jednym ze składników wcześniejszej mieszaniny i umożliwia dzięki temu wydestylowanie potrzebnego składnika.

Klasycznym przykładem azeotropu jest spirytus rektyfikowany, czyli mieszanina wody z etanolem o stężeniu alkoholu (zależnie od temperatury i ciśnienia) od 95,5% do 97,5%. Aby uzyskać prawie czysty etanol, do azeotropu można dodać benzen i kontynuować rektyfikację. Pozwala to uzyskać roztwór etanolu zawierający około 99,8% alkoholu i niewielkie ilości benzenu. Obecnie, ze względu na toksyczność benzenu, tej metody już się nie stosuje. Zamiast niej stosowana jest destylacja pod ciśnieniem dwóch atmosfer, gdyż pod tym ciśnieniem etanol nie tworzy z wodą azeotropu.

Azeotropia

Azeotrop dodatni aceton–CS₂

Azeotropia zachodzi w sytuacji gdy roztwór rzeczywisty wykazuje znaczne odstępstwa od prawa Raoulta.

W takim kontekście można podzielić azeotropię na:

dodatnią - następuje duże dodatnie odstępstwo od prawa Raoulta, a całkowita prężność pary nad mieszaniną jest większa od prężności pary czystego, lotniejszego składnika dla danej temperatury. Powstaje azeotrop dodatni.
ujemną - następuje duże ujemne odstępstwo od prawa Raoulta, a całkowita prężność pary nad mieszaniną jest mniejsza od prężności pary czystego, mniej lotnego składnika dla danej temperatury. Powstaje azeotrop ujemny.

Azeotropia dodatnia jest częstsza od azeotropii ujemnej. Przykładami azeotropii dodatniej są: woda-etanol, benzen-metanol, benzen-etanol, benzen-tetrachlorek węgla, metanol-tetrachlorek węgla. Azeotropami ujemnymi są na przykład: aceton-chloroform, woda-kwas azotowy, woda-chlorowodór.

Mieszaniny azeotropowe (przykłady)^[1]
Związek A	Związek B	t_{w A} [°C]	t_{w B} [°C]	t_{w azeotropu} [°C]	%wag A	%wag B
woda	etanol	100	78,3	78,15	5	95
woda	octan etylu	100	78	70	9	91
woda	kwas mrówkowy	100	100,7	107,3	23	77
woda	dioksan	100	101,3	87	20	80
woda	czterochlorek węgla	100	77	66	4	96
woda	benzen	100	80,6	69,2	9	91
woda	toluen	100	110,6	84,1	20	80
etanol	octan etylu	78,3	78	72	30	70
etanol	benzen	78,3	80,6	68,2	32	68
etanol	chloroform	78,3	61,2	59,4	7	93
etanol	czterochlorek węgla	78,3	77	64,9	16	84
octan etylu	czterochlorek węgla	78	77	75	43	57
metanol	czterochlorek węgla	64,7	77	55,7	21	79
metanol	benzen	64,7	80,6	48,3	39	61
chloroform	aceton	61,2	56,4	64,7	80	20
toluen	kwas octowy	110,6	118,5	105,4	72	28

Zobacz też

Przypisy

↑ Bolesław Bochwic (red. zespołowego tłumaczenia z jęz. niemieckiego (Autorenkolektiv, Organikum. Organisch–Chemisches Grundpraktikum, Berlin 1963): Preparatyka organiczna. Wyd. 1. Warszawa: Państwowe Wydawnictwo Naukowe, 1969, s. 75. (pol.).

Bibliografia

Praca zbiorowa: Chemia. Małgorzata Wiśniewska (red.). Warszawa: Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, 2001, seria: Encyklopedia dla Wszystkich. ISBN 83-204-2590-5.
Krzysztof Pigoń, Zdzisław Ruziewicz: Chemia fizyczna 1. Wyd. 6. Warszawa: Wydawnictwo Naukowe PWN, styczeń 2007. ISBN 978-83-01-15054-9.

[1] Bolesław Bochwic (red. zespołowego tłumaczenia z jęz. niemieckiego (Autorenkolektiv, Organikum. Organisch–Chemisches Grundpraktikum, Berlin 1963): Preparatyka organiczna. Wyd. 1. Warszawa: Państwowe Wydawnictwo Naukowe, 1969, s. 75. (pol.).

[1]