المپياد جهاني شيمي
 آزئوتروپ (قسمت پنجم)
آزئوتروپ (قسمت پنجم)زنگ تفريح شيمي
آزئوتروپ، جداسازی آزئوتروپ ها، استفاده از آزئوتروپ ها برای جداسازی مخلوط آزئوتروپیک، چرا آزئوتروپ ها وجود دارند؟، سیستم های آزئوتروپ پیچیده

جداسازی آزئوتروپ ها:

تقطیر با استفاده از یک نمک محلول:

هنگامی که یک نمک در یک حلال حل میشود، همواره دمای محلول را افزایش میدهد؛ که این امر به معنای کاهش فراریت محلول میباشد. هنگامی که نمک به آسانی در یکی از اجزای مخلوط حل میشود و در جزء دیگر حل نمیشود، فراریت آن جزئی که نمک را در خود حل کرده کاهش میابد و جزء دیگر بدون تغییر باقی میماند. با این روش میتوان برای مثال آزئوتروپ آب/اتانول را با حل کردن استات پتاسیم در آن و تقطیر مخلوط حاصل جداسازی کرد.

تقطیر استخراجی:

تقطیر استخراجی شبیه به تقطیر آزئوتروپیک میباشد، ولی در این روش غلظت entrainer کمتر از غلظت اجزاء سازنده آزئوتروپ میباشد. برای مثال، آزئوتروپی از 20% استون همراه با 80% کلروفرم میتواند با اضافه کردن آب و تقطیر مخلوط حاصل شکسته شود. آب یک لایه ی جدا تشکیل میدهد که استون در این لایه حل میشود؛ در نتیجه فراورده تقطیر نسبت به آزئوتروپ اولیه از کلروفرم غنی تر میشود.

علاوه بر روش های ذکر شده برای جداسازی آزئوتروپ ها روش های دیگری مانند فیلتریزاسیون فاز بخار و ... وجود دارد اما مهمترین و کارآمدترین روش ها همان 5 روش گفته شده میباشد.

استفاده از آزئوتروپ ها برای جداسازی مخلوط آزئوتروپیک:

گاهی اوقات آزئوتروپ ها برای جداسازی مخلوط های آزئوتروپیک (مخلوط های که تشکیل آزئوتروپ نداده ولی رفتاری شبیه به رفتار آزئوتروپ نشان میدهند) مفید واقع میشوند. یک مثال در این مورد اسید استیک و آب میباشد که تشکیل آزئوتروپ نمیدهند. با این وجود جدا کردن اسید استیک خالص (نقطه جوش: 118.1 درجه سانتی گراد) از یک محلول استیک اسید و آب توسط تقطیر تنها بسیار سخت میباشد. اگرچه تقطیرهای متوالی (تقطیر جزء به جزء) محلول هایی با مقادیر کم و کمتر آب تولید میکند، مراحل تقطیر بالاتر تاثیر کمتری در از بین بردن آب باقی مانده دارند. به این دلیل تقطیر این مخلوط برای خشک کردن اسید استیک از نظر اقتصادی امکان پذیر نیست. اتیل استات با آب یک آزئوتروپ تشکیل میدهد که در دمای 70.4 درجه سانتی گراد به جوش می آید. با اضافه کردن اتیل استات به عنوان entrainer میتوان آزئوتروپ ایجاد شده را با تقطیر جدا کرد و تقریبا اسید استیک خالص به عنوان باقیمانده تقطیر باقی میماند.

چرا آزئوتروپ ها وجود دارند؟

آزئوتروپ ها تنها زمانی تشکیل میشوند که مخلوط از قانون رائولت منحرف میشود. قانون رائولت زمانی کاربرد دارد که اجزاء سازنده ی مخلوط با همان مقدار انرزی به هم متصل شوند که مولکول های هر جزء خالص به هم متصل میشوند. برای مثال اگر اجزاء سازنده مخلوط X و Y باشند، مولکول X  تقریبا با همان میزان انرژی که به یک مولکول X دیگر وصل میشود به مولکول های Y وصل میشود. انحراف مثبت از قانون رائولت زمانی روی میدهد که اجزاء سازنده مخلوط یک کشش ضعیف نسبت به هم داشته باشند که به این معنا است که مولکول های X به یکدیگر و مولکول های  Y به یکدیگر بهتر از مولکول های X به مولکول های Y وصل میشوند. به این دلیل که مولکول های  مخلوط وابستگی کمتری نسبت به هم دارند نسبت به مولکول های اجزاء خالص، مولکول ها بسیار آسانتر از حالت متصل به هم خارج میشوند که به همان معنای خارج شدن از فاز مایع و ورود به فاز بخار میباشد. زمانی که مولکول X با انرژی بیشتری به مولکول Y متصل میشود که مولکول های X به هم و مولکول های Y به هم وصل میشوند، نتیجه انحراف منفی از قانون رائولت میشود. در این حالت چون مولکول های مخلوط اتصال بهتری نسبت به مولکول های اجزاء در حالت خالص دارند، تمایل خیلی کمتر به خارج شدن از فاز مایع دارند.

زمانی که انحراف به میزانی باشد که سبب ایجاد مینیمم یا ماکسیمم در فشار بخار نسبت به تابع ترکیب درصد شود، یک نتیجه ی منطقی ریاضی در آن نقطه ایجاد میشود که ترکیب درصد بخار در آن نقطه دقیقا برابر با ترکیب درصد مایع در آن نقطه میباشد و در نتیجه یک آزئوتروپ تشکل میشود. 

سیستم های آزئوتروپ پیچیده:

 

قوانین موجود برای آزئوتروپ های مثبت و منفی برای تمامی مثال هایی که تاکنون از آن ها استفاده کرده ایم کاربرد دارند. اما مثال هایی وجود دارند که با این قوانین همخوانی ندارند. شناخته شده ترین مثال از این ازئوتروپ ها، آزئوتروپ سه تایی تشکیل شده از 30% استون، 47% کلروفرم و 23% متانول میباشد که در دمای 57.5 درجه سانتی گراد به جوش می آید. هر جفت از اجزاء سازنده این آزئوتروپ یک آزئوتروپ دو تایی تشکیل میدهند ولی کلروفرم/متانول و استون/متاول هر دو تشکیل آزئوتروپ مثبت میدهند در صورتیکه کلروفرم/استون تشکیل آزئوتروپ منفی میدهد. آزئوتروپ سه تایی موجود نه مثبت میباشد و نه منفی. نقطه ی جوش این آزئوتروپ بین نقطه ی جوش استون و کلروفرم سقوط میکند بنابراین نه حداکثر نقطه جوش وجود دارد و نه حداقل نقطه ی جوش. این نوع سیستم، آزئوتروپ ستیغ (یا زین شکل) نامیده میشود. تنهای سیستم های دارای سه جزء تشکیل دهنده یا بیشتر میتوانند آزئوتروپ ستیغ تشکیل دهند.

یک نوع نایاب از آزئوتروپ دوتایی پیچیده نوعی است که منحنی های نقطه ی جوش و معیان درون نمودار فازی در دو نقطه با هم تماس پیدا میکنند. چنین سیستمی آزئوتروپ دوبل نامیده میشود و دو ترکیب درصد آزئوتروپیک و نقطه جوش دارد. یک مثال از این نمونه آب و متیل اتیلن دیامین نرمال میباشد.

مبحث آزئوتروپ یک مبحث بسیار تخصصی در زمینه ی شیمی فیزیک میباشد که شاید بحث درباره ی آن به یک کتاب یا دو کتاب ختم نشود لذا مطالبی که در اینجا درباره ی آزئوتروپ ها خواندید تنها مقدمه ای بر این مبحث گسترده جهت آشنایی شما عزیزان با این مبحث بوده است.

 

 

 

1389/9/15لينک مستقيم

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:  3948
 كاربران عضو آنلاين:  0
  کل كاربران آنلاين:  3948