Azeotropdefinition und Beispiele

Ein Azeotrop ist eine Mischung von Flüssigkeiten, die während der Destillation ihre Zusammensetzung und ihren Siedepunkt beibehält. Es ist auch als azeotropes Gemisch oder Gemisch mit konstantem Siedepunkt bekannt. Eine Azeotropie tritt auf, wenn eine Mischung gekocht wird, um einen Dampf zu erzeugen, der die gleiche Zusammensetzung wie die Flüssigkeit aufweist. Der Begriff wird abgeleitet, indem das Präfix "a", das "nein" bedeutet, und die griechischen Wörter zum Kochen und Wenden kombiniert werden. Das Wort wurde erstmals 1911 in einer Veröffentlichung der englischen Chemiker John Wade (1864-1912) und Richard William Merriman verwendet.

Im Gegensatz dazu werden Gemische von Flüssigkeiten, die unter keinen Umständen ein Azeotrop bilden, als zeotrop bezeichnet.

Arten von Azeotropen

Azeotrope können nach Anzahl der Bestandteile, Mischbarkeit oder Siedepunkten eingeteilt werden:

• Anzahl der Bestandteile: Wenn ein Azeotrop aus zwei Flüssigkeiten besteht, spricht man von einem binären Azeotrop. Ein aus drei Flüssigkeiten bestehendes Azeotrop ist ein ternäres Azeotrop. Es gibt auch Azeotrope aus mehr als drei Bestandteilen.
• Heterogen oder homogen: Homogene Azeotrope bestehen aus Flüssigkeiten, die mischbar sind. Sie bilden eine Lösung. Heterogene Azeotrope sind unvollständig mischbar und bilden zwei flüssige Phasen.
• Positiv oder negativ: Ein positives Azeotrop oder ein Azeotrop mit niedrigem Siedepunkt entsteht, wenn der Siedepunkt des Gemisches niedriger ist als der eines seiner Bestandteile. Ein negatives Azeotrop oder maximal siedendes Azeotrop entsteht, wenn der Siedepunkt des Gemisches höher ist als der eines seiner Bestandteile.

Beispiele

Das Kochen einer 95% igen Ethanollösung in Wasser erzeugt einen Dampf von 95% igem Ethanol. Destillation kann nicht verwendet werden, um höhere Prozentsätze an Ethanol zu erhalten. Alkohol und Wasser sind mischbar, sodass eine beliebige Menge Ethanol mit einer beliebigen Menge gemischt werden kann, um eine homogene Lösung zu erhalten, die sich wie ein Azeotrop verhält.

Chloroform und Wasser bilden dagegen ein Heteroazeotrop. Eine Mischung dieser beiden Flüssigkeiten trennt sich und bildet eine obere Schicht, die hauptsächlich aus Wasser mit einer geringen Menge gelöstem Chloroform und eine untere Schicht, die hauptsächlich aus Chloroform mit einer geringen Menge gelöstem Wasser besteht. Wenn die beiden Schichten zusammen gekocht werden, siedet die Flüssigkeit bei einer niedrigeren Temperatur als der Siedepunkt von Wasser oder Chloroform. Der entstehende Dampf besteht aus 97% Chloroform und 3% Wasser, unabhängig vom Verhältnis in den Flüssigkeiten. Das Kondensieren dieses Dampfes führt zu Schichten, die eine feste Zusammensetzung aufweisen. Die obere Schicht des Kondensats macht 4,4% des Volumens aus, während die untere Schicht 95,6% der Mischung ausmacht.

Azeotrop-Trennung

Da die fraktionierte Destillation nicht zur Trennung von Bestandteilen eines Azeotrops verwendet werden kann, müssen andere Methoden angewendet werden:

• Durch Druckwechsel-Destillation werden Druckänderungen vorgenommen, um die Zusammensetzung eines Gemisches zu ändern und das Destillat mit der gewünschten Komponente anzureichern.
• Eine andere Technik beinhaltet die Zugabe eines Schleppmittels, einer Substanz, die die Flüchtigkeit einer der Azeotropkomponenten verändert. In einigen Fällen reagiert das Schleppmittel mit einer Komponente unter Bildung einer nichtflüchtigen Verbindung. Die Destillation mit einem Schleppmittel wird als azeotrope Destillation bezeichnet.
• Bei der Pervaporation werden die Komponenten mithilfe einer Membran getrennt, die für einen Bestandteil durchlässiger ist als für den anderen. Die Dampfpermeation ist eine verwandte Technik, bei der eine Membran verwendet wird, die für die Dampfphase einer Komponente durchlässiger ist als eine andere.

Quelle

• Wade, John und Richard William Merriman. "CIV.-Einfluss von Wasser auf den Siedepunkt von Ethylalkohol bei Drücken über und unter dem Atmosphärendruck." Journal of the Chemical Society, Transaktionen 99,0 (1911): 997-1011. Drucken.