المپياد جهاني شيمي
 آزئوتروپ (قسمت چهارم)
آزئوتروپ (قسمت چهارم)زنگ تفريح شيمي
جداسازی ازئوتروپ ها، تقطیر نوسان فشار، تقطیر آزئوتروپیک، تقطیر فعالیت شیمیایی

جداسازی اجزاء سازنده آزئوتروپ:

تقطیر یکی از ابزارهای ابتدایی میباشد که شیمیدانان و مهندسان شیمی برای تجزیه مخلوط ها به ترکیبات سازنده شان از آن استفاده میکنند. به این دلیل که تقطیر نمیتواند اجزاء سازنده ی یک آزئوتروپ را جدا سازی کند، جداسازی یا تجزیه یک مخلوط آزئوتروپ (شکستن آزئوتروپ نیز گفته میشود) یک موضوع جالب توجه و مهم میباشد. در واقع این مشکل محققان قدیمی تر را به این سمت هدایت کرد که باور کنند آزئوتروپ ها ترکیبی از مواد سازنده شان هستند. ولی دو دلیل برای اشتباه بودن این باور وجود دارد. اول این نکته که درصد مولی ترکیبات سازنده ی آزئوتروپ در واقع اعداد صحیح کوچک نیستند. برای مثال، آزئوتروپ تشکیل شده از آب و استونیتریل (CH3CN) شامل 2.253 مول استونیتریل در ازای هر یک مول آب است. دلیل دوم که یک دلیل محکم تر است این نکته هست که ترکیب درصد آزئوتروپ میتواند توسط تغییر فشار تغییر کند که این موضوع در تضاد با ویژگی های یک ترکیب است، برای مثال در مورد کربن دی اکسید که 2 مول اکسیژن در ازای یک مول کربن است تغییر فشار هیچ تاثیری بر ترکیب درصد گاز ندارد. این موضوع که ترکیب درصد آزئوتروپیک توسط فشار تحت تاثیر قرار میگیرد اشاره دارد به این که توانایی جداسازی چنین مخلوطی وجود دارد. که در ادامه روش های جداسازی آزئوتروپ ها را تشریح میکنیم:

تقطیر نوسان فشار:

 

یک آزئوتروپ فرضی ساخته شده از X و Y در دستگاه مختصات روبرو نشان داده شده است. دو نمودار معلوم است که یکی به طور اختیاری در فشار کم و دیگری نیز به طور اختیاری در فشار بالاتر در نظر گرفته شده. ترکیب درصد آزئوتروپ در واقع بین 2 نمودار فشار بالا و فشار پایین متفاوت است. (درصد X در سیستم با فشار بالاتر بیشتر است) هدف جدا کردن X در غلظتی بالا در صورت امکان میباشد. از نقطه ی A شروع میکنیم. در فشار پایین، میتوان با تقطیرهای متوالی به فراورده ی تقطیر در نقطه ی B رسید که هنوز در بخشی از نمودار هست که A نیز هست. توجه داشته باشید مراحل تقطیر پی در پی در نزدیکی ترکیب درصد آزئوتروپیک تغیرات خیلی کمی در دمای جوش ایجاد میکند. اگر این فراورده تقطیر اکنون در معرض فشار بالاتر قرار بگیرد در نقطه ی C به جوش می آید. از نقطه ی C با تقطیر پی در پی میتوان به فراورده ی تقطیر در نقطه ی D رسید که D هم در همان بخشی از نمودار فشار بالا قرار دارد که C قرار دارد. اگر این فراورده تقطیر دوباره در معرض فشار پایین قرار گیرد، در نقطه ی E به جوش می آید که در قسمت مخالف A در نمودار فشار پایین قرار دارد. بنابراین میتوان توسط نوسان فشار از نقطه ی آزئوتروپ در فشار پایین عبور کرد. وقتی که مخلوط در نقطه ی E بجوشد، فراورده ی تقطیر درصد کمتری از X نسبت به مایع در نقطه ی E خواهد داشت. این نشان میدهد که باقیمانده ی تقطیر درصد بیشتری از X نسبت به بخار در نقطه ی E دارد.

میتوان تقطیر نوسان فشار را به طور خلاصه در مراحل زیر بیان کرد:

1. تصفیه فشار کم (A به B)

(تصفیه: فراورده تقطیر جمع آوری شده و نقطه ی جوش کمتری را نشان میدهد)

2. تصفیه فشار بالا (C به D)

3. استخراج (stripping = نوعی استخراج که با حذف یکی از مواد از مخلوط انجام میشود که به رنگ گیری هم طلاق میشود ولی در اینجا به معنی رنگ گیری نیست) فشار کم (E به خلوص مورد نظر(

(stripping: باقی مانده تقطیر جمع آوری شده و نقطه جوش بالاتری را نشان میدهد)

توجه داشته باشید که هر دو آزئوتروپ بالا از نوع مثبت یا حداقل جوشش هستند. باید مراقب باشیم تا از به دست آمدن ترکیب مناسب اطمینان حاصل شود یا به بیان دیگر نمودار بسته ی فازی دوتایی باید درست خوانده شود.

مخلوطی از 5% آب همراه با 95% ترکیب  THF((CH2)4O) یک مثال از آزئوتروپی است که میتواند از نظر اقتصادی توسط نوسان فشار جداسازی شود که این نوسان در این مورد بین 1atm و 8atm است. در اکثر موارد به دلیل هزینه ی زیاد دستگاه های ایجاد فشار این روش صرفه ی اقتصادی ندارد. به دلیل تفاوت زیاد ترکیب درصد آزئوتروپ آب-اتانول که در مورد آن قبلا بحث کرده بودیم، این آزئوتروپ به اندازه ی کافی توسط فشار تحت تاثیر قرار نمیگیرد تا توسط نوسان فشار به راحتی جداسازی شود به جای این روش از یک ترکیب entrainer استفاده میکنند و آن را به آزئوتروپ اضافه میکنند تا یکی از دو ترکیب درصد آزئوتروپیک را تعدیل کند و با یکی از اجزاء امتزاج ناپذیری نشان دهد و یا ممکن است از تقطیر استخراج (عصاره گیری) استفاده شود.

تقطیر آزئوتروپیک:

روش دیگر جداسازی شامل افزودن یک عامل اضافه میباشد که entrainer نام دارد. این ماده میزان فراریت یکی از اجزای آزئوتروپ را بیش از دیگری تحت تاثیر قرار میدهد. وقتی یک entrainer به یک آزئوتروپ دوتایی اضافه میشود تا یک آزئوتروپ سه تایی تشکیل شود و مخلوط حاصل تقطیر میشود این روش تقطیر آزئوتروپیک نامیده میشود. بهترین مثال شناخته شده اضافه کردن بنزن یا سیکلو هگزان به آزئوتروپ آب/اتانول میباشد. همراه سیکلو هگزان به عنوان entrainer آزئوتروپ سه تایی شامل 7% آب و 17% اتانول و 76% سیکلو هگزان است و در دمای 62.1oC به جوش می آید. اضافه کردن مقدار کافی سیکلو هگزان به آزئوتروپ آب/اتانول سبب اشغال کردن تمام آب در آزئوتروپ سه گانه میشود. سپس وقتی مخلوط  جوشانده میشود، آزئوتروپ بخار شده یک باقیمانده ی تقطیر بر جای میگذارد که تقریبا تماما از اتانول اضافی تشکیل شده است.

جداسازی فعالیت شیمیایی:

نوع دیگر entrainer، نوعی است که یک میل نرکیبی شیمیایی قوی نسبت به یکی از اجزاء سازنده دارد به آن خشک کن میگویند. دوباره از مثال آزئوتروپ آب/اتانول استفاده میکنیم. میتوان مخلوط را با کلسیم هیدروکسید که به شدت با آب واکنش میدهد تکان داد تا رسوب کلسیم هیدروکسید نشکیل شود. تقریبا تمام کلسیم هیدروکسید توسط صاف کردن قابل جدا کردن است و مخلوط صاف شده که دوباره تقطیر شود شامل 100% اتانول خالص است.

یک مثال ویژه تر آزئوتروپ 102% آب همراه با 98.8% دی اتیل اتر میباشد. اتر آخرین مقدار کم آب را محکم نگه میدترد که تنها یک خشک کن بسیار قوی مانند فلز سدیم باید به فاز مایع اضافه شود که بتواند اتر کاملا خشک حاصل شود. (منظور از خشک فاقد آب بودن است)

کلسیم کلرید بی آب به عنوان خشک کن استفاده میشود برای خشک کردن انواع مختلف حلال ها زیرا ارزان تر میباشد و با بیشتر حلال های نامحلول در آب واکن نمیدهد. کلروفرم یک مثال از حلال هایی است که میتواند به طور موثر توسط کلسیم کلرید خشک شود.

 

 

1389/9/5لينک مستقيم

فرستنده :
ناشناس HyperLink HyperLink 1390/12/16
مـتـن : این بخش از مطالب سایت بسیار عالی و خوب بود. ممنون
پاسـخ :

نظر شما پس از تاييد در سايت قرار داده خواهد شد
نام :
پست الکترونيکي :
صفحه شخصي :
نظر:
تاییدانصراف
 المپياد شيمي

 

     

 

 

صفحه‌ي اصلي

     

 

راهنماي سايت

     

 

 

آموزش

     

 

بانك سوال

     

 

 

مسابقه

     

 

 

زنگ تفريح

     

 

 

مصاحبه و گزارش

     

 

 

معرفي كتاب

     

 

 

مشاوره

     

 

 

پرسش‌و‌پاسخ‌علمي

     

 

اخبار

 

فعاليت‌هاي علمي

 سايت‌هاي المپياد شيمي
 پيوندها
 بازديدها
كاربران غيرعضو آنلاينكاربران غيرعضو آنلاين:  5000
 كاربران عضو آنلاين:  0
  کل كاربران آنلاين:  5000