Азеотропы это смесь двух или более жидкостей, пропорция которых не может быть изменена простой дистилляцией.
Это явление происходит потому, что при кипячении азеотропа образуется пар, и соотношение компонентов в этом паре и в смеси, которая не кипятится, одинаковое.
И это происходит потому, что даже после дистилляции состав остается неизменным.
Cейчас для описания этого явления обычно используется слово азеотроп, в старых научных текстах чаще встречается термин “Смесь с постоянной температурой кипения”.
Когда известны пары соединений некоторых азеотропных смесей, и также известны два, три или даже более соединений многих азеотропов, то в таких случаях разделение компонентов путем фракционной перегонки невозможно.
Азеотропы с минимальным кипением и азеотропы с максимальным кипением — это два типа азеотропов.
Что такое азеотропы
Азеотропы представляют собой смеси по меньшей мере двух жидкостей, которые имеют одинаковую концентрацию в жидкой и паровой фазах.
Азеотропы не подчиняются закону Рауля. Это означает, что эти смеси не являются идеальными растворами и демонстрируют отклонение от закона Рауля.
В азеотропных смесях один компонент имеет либо более высокую, либо более низкую температуру кипения, чем другой компонент.
В этих смесях компоненты имеют одинаковую мольную долю в жидкой фазе и паровой фазе. Таким образом, они не могут быть разделены фракционной перегонкой.
Фракционная дистилляция
Фракционная дистилляция — это метод разделения смеси двух или более смешивающихся жидкостей , для которых разница в температурах кипения составляет менее 25 К.
Другим условием фракционной перегонки является то, что компоненты смеси не должны иметь равные мольные доли в жидкой фазе и паровой фазе.
Фракционная перегонка используется для отделения различных газов от воздуха, различных фракций от нефтепродуктов и т.д.
Аппарат для фракционной дистилляции имеет почти то же устройство, что и простая дистилляция, но с ректификационной колонной, установленной между дистилляционной колбой и конденсатором.
Примеры азеотропов
Основные моменты, касающиеся азеотропных смесей, можно перечислить следующим образом.
Это бинарные растворы с одним растворенным веществом и одним растворителем.
Например, в азеотропном этиловом спирте этиловый спирт смешивается с водой.
Растворенное вещество и растворитель оба находятся в жидком состоянии в азеотропной смеси.
Например, в азеотропной смеси этилового спирта и воды оба взяты в жидком состоянии.
Растворенное вещество и растворитель берутся в фиксированных композициях для образования азеотропов.
Например, в азеотропной смеси этилового спирта и воды смешивают 96% этилового спирта и 4% воды.
Раствор азеотропной смеси кипит при постоянной температуре.
Например, азеотропная смесь этилового спирта (96%) и воды (4%) кипит при температуре 78,10С.
Разделение компонентов азеотропной смеси методом фракционной перегонки невозможно.
Например, поскольку мольная доля этилового спирта одинакова в жидкой фазе и паровой фазе
А мольная доля воды также одинакова в жидкой фазе и паровой фазе, азеотропный раствор этанола и воды кипит при 78,10° C и не может быть разделен фракционной перегонкой.
Виды азеотропов
Азеотропы можно разделить на следующие типы в зависимости от их состава и отклонения от Закона Рауля.
Положительный азеотроп или азеотроп с минимальным кипением
Отрицательный азеотроп или азеотроп максимального кипения
Гетерогенный азеотроп
Однородный азеотроп
Бинарный азеотроп
Тройной азеотроп
Положительный Азеотроп
Положительный Азеотроп или Азеотроп с Минимальным кипением – те азеотропные смеси, которые демонстрируют значительное положительное отклонение от закона Рауля при определенном составе, называются положительными азеотропами.
Они показывают температуры кипения ниже, чем температуры кипения их составляющих. Вот почему их также называют азеотропами с минимальным кипением.
Эти типы смесей обладают самым высоким давлением пара и самой низкой температурой кипения.
Например, азеотропная смесь 96% (или 95,6%) этанола и 4% воды является положительным азеотропом.
Это показывает большое положительное отклонение от закона Рауля.
Эта азеотропная смесь кипит при 78,20°C, в то время как вода кипит при 1000°C, а этанол — при 78,50°C.
Отрицательный азеотроп
Отрицательный азеотроп или азеотроп максимального кипения – те азеотропные смеси, которые показывают большое отрицательное отклонение от Закона Рауля при определенном составе, называются отрицательными азеотропами.
Их температура кипения выше, чем у их компонентов. Вот почему их также называют азеотропами с максимальной температурой кипения.
Эти типы смесей обладают более низким давлением пара и самой высокой температурой кипения.
Например, азеотропная смесь хлористого водорода и воды является отрицательным азеотропом.
Это показывает большое отрицательное отклонение от закона Рауля.
Эта азеотропная смесь кипит при 1100°C, в то время как вода кипит при 1000°C, а HCl — при -840°C.
Гетерогенный азеотроп
Гетерогенный азеотроп – Если компоненты азеотропных смесей не полностью смешиваются, то азеотроп можно найти внутри зазора для смешивания.
Таким образом, расщепление фазы может происходить при минимальном кипении азеотропа с большим отклонением от закона Рауля.
Это приводит к образованию минимально кипящего гетерогенного азеотропа, в котором паровая фаза находится в равновесии с двумя жидкими фазами.
Компоненты этих азеотропов не полностью смешиваются. Эти типы азеотропов также называются гетероазеотропами.
Например, азеотропная смесь хлороформа и воды. Когда их взбивают вместе и оставляют настояться, они образуют два отдельных слоя.
Эта смесь кипит при температуре 53,30°C, в то время как температура кипения воды составляет 1000°C, а хлороформа — 61,20C.
Гомогенный азеотроп
Гомогенный азеотроп – Если компоненты азеотропной смеси полностью смешиваются друг с другом во всех пропорциях, то такой тип азеотропа называется гомогенным азеотропом.
Например, любое количество этанола можно смешать с любым количеством воды с образованием гомогенной азеотропной смеси.
Бинарный азеотроп
Бинарный азеотроп – Азеотропы, которые имеют две составляющие, называются бинарными азеотропами.
Например, смесь диэтилового эфира (33%) и галотана (66%). Эта азеотропная смесь обычно используется в анестезии.
Тройной азеотроп
Тройной азеотроп – Азеотропы, которые имеют три составляющие, называются тройными азеотропами.
Например, азеотропная смесь ацетона, метанола и хлороформа.
Смеси, составляющие которых обладают различными температурами кипения, называются неазеотропными смесями или зеотропными смесями.
Азеотропные смеси полезны для разделения составляющих неазеотропных смесей.
Применение азеотропов
Азеотропы имеют различные применения.
Азеотропы используются в качестве стандартов при тестировании газовых хроматографов, детекторов и колонок.
Азеотропы используются для разделения составляющих зеотропных смесей.
Например, очень трудно отделить чистую уксусную кислоту от раствора уксусной кислоты и воды. Как мы знаем, этилацетат образует азеотроп с водой и кипит при температуре 70,40С.
Таким образом, добавляя этилацетат в смесь уксусной кислоты и воды в качестве добавки (растворителя), можно дистиллировать азеотроп (этилацетат и воду) и оставить в дистилляционной колбе почти чистую уксусную кислоту.
Поскольку температура кипения уксусной кислоты составляет 118,10С.
Статья на тему Азеотропы