آزئوتروپ چیست؟ تعریف، انواع و مثالهای کاربردی
آزئوتروپ (Azeotrope) یا مخلوط آزئوتروپی، یک ترکیب مایع است که در طی فرآیند تقطیر، ترکیب شیمیایی و نقطه جوش خود را حفظ میکند. به عبارت دیگر، وقتی یک آزئوتروپ را میجوشانیم، بخاری که تولید میشود دقیقاً همان ترکیب مایع اولیه را دارد.
به زبان ساده، تقطیر نمیتواند اجزای یک آزئوتروپ را از هم جدا کند. به همین دلیل به آن مخلوط با نقطه جوش ثابت هم میگویند.
در مقابل، مخلوطهایی که در هیچ شرایطی آزئوتروپ تشکیل نمیدهند، زئوتروپ (Zeotrope) نامیده میشوند.
نکات کلیدی
- آزئوتروپ یک مخلوط مایع است که در هنگام تقطیر، نقطه جوش خود را حفظ میکند.
- آزئوتروپهای باینری از دو مایع تشکیل شدهاند، در حالی که آزئوتروپهای ترنری از سه مایع تشکیل شدهاند.
- اتانول و آب یک آزئوتروپ همگن تشکیل میدهند، در حالی که کلروفرم و آب یک هتروآزئوتروپ تشکیل میدهند.
انواع آزئوتروپها
آزئوتروپها را میتوان بر اساس معیارهای مختلفی دستهبندی کرد:
- تعداد اجزاء:
- آزئوتروپ باینری (دودویی): از ترکیب دو مایع تشکیل شده است.
- آزئوتروپ ترنری (سهتایی): از ترکیب سه مایع تشکیل شده است.
- آزئوتروپهایی با بیش از سه جزء نیز وجود دارند.
- همگن یا ناهمگن:
- آزئوتروپ همگن: از مایعاتی تشکیل شده است که به طور کامل با یکدیگر مخلوط میشوند و یک محلول واحد ایجاد میکنند.
- آزئوتروپ ناهمگن: مایعات به طور کامل با یکدیگر مخلوط نمیشوند و دو فاز مایع جداگانه تشکیل میدهند.
- مثبت یا منفی:
- آزئوتروپ مثبت (با نقطه جوش کمینه): نقطه جوش مخلوط از نقطه جوش هر یک از اجزاء تشکیلدهنده آن کمتر است.
- آزئوتروپ منفی (با نقطه جوش بیشینه): نقطه جوش مخلوط از نقطه جوش هر یک از اجزاء تشکیلدهنده آن بیشتر است.
مثالهایی از آزئوتروپها
اتانول و آب: اگر یک محلول ۹۵٪ اتانول در آب را بجوشانیم، بخاری که تولید میشود نیز ۹۵٪ اتانول خواهد بود. به همین دلیل، با استفاده از تقطیر نمیتوان به درصدهای بالاتری از اتانول خالص دست یافت. الکل و آب به خوبی با هم مخلوط میشوند و یک محلول همگن ایجاد میکنند که مانند یک آزئوتروپ رفتار میکند.
کلروفرم و آب: برعکس اتانول و آب، کلروفرم و آب یک هتروآزئوتروپ تشکیل میدهند. وقتی این دو مایع را با هم مخلوط میکنیم، از هم جدا میشوند. یک لایه بالایی تشکیل میشود که بیشتر آن آب است و مقدار کمی کلروفرم در آن حل شده است. لایه پایینی نیز بیشتر از کلروفرم تشکیل شده و مقدار کمی آب در آن حل شده است. اگر این دو لایه را با هم بجوشانیم، مایع در دمایی پایینتر از نقطه جوش آب یا کلروفرم شروع به جوشیدن میکند. بخار حاصل، صرف نظر از نسبت اولیه مایعات، از ۹۷٪ کلروفرم و ۳٪ آب تشکیل شده است. میعان این بخار نیز منجر به تشکیل لایههایی با ترکیبات ثابت میشود. لایه بالایی میعان شده، ۴.۴٪ از حجم کل را تشکیل میدهد، در حالی که لایه پایینی ۹۵.۶٪ از حجم را تشکیل میدهد.
جداسازی آزئوتروپها
از آنجا که تقطیر جزء به جزء برای جداسازی اجزای یک آزئوتروپ کارآمد نیست، باید از روشهای دیگری استفاده کرد:
- تقطیر فشاری (Pressure Swing Distillation): در این روش، با تغییر فشار، ترکیب مخلوط تغییر میکند تا جزء مورد نظر در تقطیر غنیتر شود.
- استفاده از انترینر (Entrainer): در این روش، مادهای به نام انترینر به مخلوط اضافه میشود که فراریت یکی از اجزای آزئوتروپ را تغییر میدهد. در برخی موارد، انترینر با یکی از اجزا واکنش میدهد و یک ترکیب غیر فرار تشکیل میدهد. به تقطیر با استفاده از انترینر، تقطیر آزئوتروپی (Azeotropic Distillation) گفته میشود.
- پروپوراسیون (Pervaporation): در این روش، از یک غشاء استفاده میشود که نسبت به یکی از اجزاء مخلوط، نفوذپذیری بیشتری دارد و به این ترتیب اجزاء از هم جدا میشوند.
- نفوذ بخار (Vapor Permeation): روشی مشابه پروپوراسیون است که از غشایی استفاده میکند که نسبت به فاز بخار یکی از اجزاء نفوذپذیری بیشتری دارد.
- شیمی
- علم
