Έννοια στον ορισμό ABC

Candela Rocío Barbisan | Απρ. 2022
ΧΗΜΙΚΟΣ ΜΗΧΑΝΙΚΟΣ

Το μείγμα μπορεί να δοθεί από δύο ή περισσότερα συστατικά και του σύνθεση είναι το ίδιο τόσο στην υγρή όσο και στην αέρια φάση, αυτό δημιουργεί ομοιότητες με καθαρές ουσίες. Από αυτό, συνάγεται εύκολα ότι αυτό το μείγμα δεν μπορεί να διαχωριστεί στα συστατικά του με διαδικασίες όπως π.χ κλασματικές αποστάξεις αφού, όπως προαναφέρθηκε, θα διατηρήσει τις αναλογίες του, συμπεριφερόμενος σαν να ήταν ένα ενιαίο συστατικό.

Ένα άλλο χαρακτηριστικό είναι ότι το σημείο βρασμού αυτού του μείγματος μπορεί να είναι υψηλότερο, χαμηλότερο ή και ίσο με αυτό ενός από τα συστατικά του. Όταν το αζεότροπο βράσει σε α θερμοκρασία μέγιστου βρασμού, είναι γνωστό ως μέγιστο αζεότροπο και όταν το κάνει στη χαμηλότερη δυνατή θερμοκρασία είναι γνωστό ως ελάχιστο αζεότροπο. Αυτό σημαίνει ότι το ελάχιστο αζεότροπο έχει χαμηλότερο σημείο βρασμού από τα καθαρά συστατικά του και αντίστροφα με το μέγιστο αζεότροπο. Για παράδειγμα, στο μείγμα μεθανόλης - βενζολίου, το αζεότροπο είναι ελάχιστο (0,61 βενζόλιο - 0,39 μεθανόλη σε κλάσματα μοριακό) του οποίου το σημείο βρασμού είναι 58 °C, σε δεξαμενή όπου το σημείο βρασμού του βενζολίου είναι 80 °C και της μεθανόλης 65°C

Ελάχιστα και μέγιστα αζεότροπα

Τώρα… από πού προέρχεται ένα αζεότροπο; Όταν υπάρχει απόκλιση από το Νόμος Raoult, δηλαδή, η τάση ατμών του αζεοτροπικού μείγματος δεν σχετίζεται άμεσα με το μοριακό του κλάσμα, είναι όταν προκύπτει η έννοια του αζεοτροπικού μείγματος. Αυτές οι αποκλίσεις συμβαίνουν όταν τα συστατικά έλκονται ή απωθούνται σημαντικά μεταξύ τους, δηλαδή οι διαμοριακές δυνάμεις είναι πολύ διαφορετικές σε διαφορετικές ενώσεις.

Όταν η απόκλιση είναι θετική, έχουμε το ελάχιστο αζεότροπο, ενώ αν η απόκλιση είναι αρνητική, έχουμε το μέγιστο αζεότροπο. Για να κατανοήσουμε καλύτερα αυτήν την έννοια, ας δούμε μερικά γραφικά:

Εδώ παρατηρούμε ότι, εάν το μείγμα ήταν ιδανικό, σύμφωνα με το νόμο του Raoult, οι πιέσεις ατμών των καθαρών συστατικών θα πρέπει να ενώνονται με ευθεία γραμμή, αφού Λοιπόν, υπάρχει μια απόκλιση από αυτόν τον νόμο που προκαλεί το σχηματισμό ελάχιστων και μέγιστων αζεοτρόπων, ανάλογα με το αν υπάρχει μεγαλύτερη ή μικρότερη συγγένεια μεταξύ των συστατικά. Όταν η απόκλιση από τον νόμο του Raoult είναι αρνητική, όπως στο σχήμα στα αριστερά, είναι ελάχιστη στο διάγραμμα πίεσης, αλλά ένα μέγιστο στο διάγραμμα θερμοκρασίας (άρα, αζεότροπο του μέγιστου). Από την άλλη πλευρά, εάν η απόκλιση είναι θετική στον νόμο του Raoult, θα είναι μέγιστο στην πίεση vs. σύνθεση, αλλά ένα ελάχιστο στο διάγραμμα θερμοκρασίας vs. σύνθεση (εδώ έχουμε ένα ελάχιστο αζεότροπο). Μην συγχέετε τα διαγράμματα πίεση vs. σύνθεση και θερμοκρασία vs. σύνθεση.

Στην περίπτωση του μείγματος αιθανόλης-νερού, υπάρχει ένα ελάχιστο αζεότροπο του οποίου η σύνθεση είναι 95,6% αιθανόλη και 4,4% νερό. Η θερμοκρασία βρασμού του αζεοτροπικού μείγματος είναι 78,2 °C χαμηλότερη από αυτή των καθαρών συστατικών. Ας υποθέσουμε, λοιπόν, την απόσταξη ενός μείγματος νερού-αιθανόλης με υψηλή περιεκτικότητα σε νερό (κοντά στο 100%). Δεν θα είναι δυνατή η λήψη καθαρής αλκοόλης, καθώς θα λαμβάνονται μεγαλύτερα κλάσματα σε κάθε στάδιο απόσταξης. αιθανόλης, αλλά ποτέ δεν φτάνει το 100%, θα πλησιάσει σταδιακά τη σύνθεση του αζεοτροπικού μείγματος (το χαμηλότερο σημείο κάτω από). Γι' αυτό, όπως το νερό, έχει την τάση να σχηματίζει ελάχιστα αζεότροπα με ΟΡΓΑΝΙΚΕΣ ΕΝΩΣΕΙΣ (δεδομένου του τύπου των διαμοριακών δυνάμεων που αλληλεπιδρούν), απαιτείται προηγουμένως να αφαιρεθεί το νερό από το μείγμα για να ληφθεί η καθαρή ένωση. Ή, μόλις ληφθεί το αζεότροπο, οι μέθοδοι του εξαγωγή πρόσθετου νερού.

Με βάση τα παραπάνω, δεν είναι τυχαίο να βρείτε αλκοόλ (στο σούπερ μάρκετ και φαρμακείο) στο 95%, είναι το φθηνότερο προϊόν που μπορεί να αποκτηθεί. Για να αποκτήσετε καθαρό οινόπνευμα, είναι απαραίτητο να «σπάσετε» το αζεότροπο με τεχνική πρόσθετα, όπως η χρήση ξηραντικών παραγόντων ή αζεοτροπικών αποστάξεων. Η αζεοτροπική απόσταξη συνίσταται στην προσθήκη ενός επιπλέον συστατικού στο μείγμα που δρα με παρασυρμό και με ΑΛΛΗΛΕΠΙΔΡΑΣΗ με οποιοδήποτε από τα συστατικά του μείγματος (υψηλότερης συγγένειας) μπορεί να αφαιρεθεί από το μείγμα.