Definizione ed esempi di Azeotrope

Un azeotropo è una miscela di liquidi che mantiene la sua composizione e il suo punto di ebollizione durante la distillazione. È anche noto come miscela azeotropica o miscela a punto di ebollizione costante. L'zeotropia si verifica quando una miscela viene fatta bollire per produrre un vapore che ha la stessa composizione del liquido. Il termine deriva dalla combinazione del prefisso "a", che significa "no" e delle parole greche per bollire e girare. La parola fu usata per la prima volta in una pubblicazione dei chimici inglesi John Wade (1864-1912) e Richard William Merriman nel 1911.

Al contrario, le miscele di liquidi che non formano un azeotropo in nessuna condizione sono chiamate zeotropiche.

Tipi di azeotropi

Gli azeotropi possono essere classificati in base al loro numero di componenti, miscibilità o punti di ebollizione:

• Numero di componenti: Se un azeotropo è costituito da due liquidi, è noto come azeotropo binario. Un azeotropo costituito da tre liquidi è un azeotropo ternario. Esistono anche azeotropi composti da più di tre componenti.
• Eterogeneo o omogeneo: Gli azeotropi omogenei sono costituiti da liquidi miscibili. Costituiscono una soluzione. Gli azeotropi eterogenei sono completamente miscibili e formano due fasi liquide.
• Positivo o negativo: Si forma un azeotropo positivo o un azeotropo con punto di ebollizione minimo quando il punto di ebollizione della miscela è inferiore a quello di uno qualsiasi dei suoi componenti. Un azeotrope negativo o azeotrope a massima ebollizione si forma quando il punto di ebollizione della miscela è superiore a quello di uno qualsiasi dei suoi componenti.

Esempi

Bollire una soluzione di etanolo al 95% in acqua produrrà un vapore che è il 95% di etanolo. La distillazione non può essere utilizzata per ottenere percentuali più elevate di etanolo. L'alcool e l'acqua sono miscibili, quindi qualsiasi quantità di etanolo può essere miscelata con qualsiasi quantità per preparare una soluzione omogenea che si comporta come un azeotropo.

Il cloroformio e l'acqua, d'altra parte, formano un eteroazeotrope. Una miscela di questi due liquidi si separerà, formando uno strato superiore costituito principalmente da acqua con una piccola quantità di cloroformio disciolto e uno strato inferiore costituito principalmente da cloroformio con una piccola quantità di acqua disciolta. Se i due strati vengono fatti bollire insieme, il liquido bolle ad una temperatura inferiore rispetto al punto di ebollizione dell'acqua o al cloroformio. Il vapore risultante sarà costituito dal 97% di cloroformio e 3% di acqua, indipendentemente dal rapporto tra i liquidi. La condensazione di questo vapore si tradurrà in strati che presentano una composizione fissa. Lo strato superiore della condensa rappresenterà il 4,4% del volume, mentre lo strato inferiore rappresenterà il 95,6% della miscela.

Separazione Azeotropica

Poiché la distillazione frazionata non può essere utilizzata per separare componenti di un azeotropo, devono essere impiegati altri metodi:

• La distillazione mediante oscillazione di pressione applica variazioni di pressione per modificare la composizione di una miscela per arricchire il distillato con il componente desiderato.
• Un'altra tecnica prevede l'aggiunta di un trascinatore, una sostanza che altera la volatilità di uno dei componenti azeotropici. In alcuni casi, l'introduttore reagisce con un componente per formare un composto non volatile. La distillazione usando un trascinatore è chiamata distillazione azeotropica.
• La pervaporazione comporta la separazione dei componenti mediante una membrana più permeabile a un componente rispetto all'altro. La permeazione del vapore è una tecnica correlata, che utilizza una membrana più permeabile alla fase vapore di un componente rispetto a un altro.

fonte

• Wade, John e Richard William Merriman. "Influenza CIV. dell'acqua sul punto di ebollizione dell'alcool etilico alle pressioni sopra e sotto la pressione atmosferica." Journal of the Chemical Society, Transazioni 99,0 (1911): 997-1011. Stampa.