Azeotropo
Azeotropoa bi likidoren edo gehiagoren nahasketa da, zeinen proportzioak ezin diren distilazio sinpleaz aldatu.[1] Hau gertatzen da azeotropo batek irakiten duenean, lurrunaren eta irakin gabeko nahastearen osagaien proportzioa berdinak direlako. Azeotropo baten portaera ezagutzea garrantzitsua da destilazioak egiteko.
Azeotropo bakoitzak irakite-puntu berezi bat du. Azeotropo baten irakite-puntua bere osagaietako edozeinen irakite-puntua baino txikiagoa denean azeotropoa positiboa izango da; handiagoa denean, aldiz, azeotropoa negatiboa izango da. Bi azeotropo mota hauen kasuan, ezin dira osagaiak destilazio zatikatuaren bidez bereizi; horren ordez destilazio azeotropikoa erabili ohi da. Aplikazio teknikoetarako, nahaste baten konposizioaren, tenperaturaren eta presioaren arteko erlazioen portaera da garrantzitsuena. Hala ere, beste propietate termofisiko batzuek ere azeotropiaren eragina jasaten dute, hala nola gainazal-tentsioak[2][3][4] eta garraio-propietateek.[5][6]
Etimologia
[aldatu | aldatu iturburu kodea]Azeotropo terminoa bi hitzen elkarketa da. ζέειν (irakite) eta τρόπος (aldaketa) grekoko hitzetan dute jatorria. Gainera, α (ez) aurrizkia dauka atxikita, eta orotara duen esanahia “irakitean ez dago aldaketarik” da. John Wade[7] kimikari ingelesak eta Richard William Merriman-ek[8] sortu zuten terminoa 1911n. Batez ere testu zaharretan azeotropoei irakite-puntu konstanteen nahasketak ere deitzen zaie, beren konposizioa destilazioarekin aldatzen ez delako.
Azeotropo motak
[aldatu | aldatu iturburu kodea]Azeotropo positiboak
[aldatu | aldatu iturburu kodea]
Raoult-en legetik desbideratze positibo handia erakusten duen disoluzioak irakite minimoko azeotropoa eratzen du konposizio espezifiko batean. Oro har, azeotropo positibo batek, bere osagaiekin alderatuta, tenperatura baxuagoan irakiten du. Azeotropo positiboei ere irakite minimoko nahasteak edo presio maximoko azeotropoak deritze. Azeotropo positiboaren adibide ezagun bat etanol-ur nahasketa da (azukreen hartziduran lortua). Nahaste hau %95,63 etanol eta %4,37 urez osatua dago (masan), eta 78,2 °C-an irakiten du[9]. Etanolak 78,4 °C-an irakiten du, eta urak 100 °C-an, baina azeotropoak 78,2 °C-an irakiten du. Beraz, bere osagaiek baino irakite-puntu txikiagoa du[10]. Izan ere, edozein etanol/ur disoluziok presio atmosferikoan irakin dezakeen tenperatura minimoa 78,2 ºC-koa da. Behin konposizio hori lortuta (azeotropikoa), fase likidoan eta lurrun fasean konposizio bera dago, eta ez da banaketarik gertatzen.
Bi disolbatzaileen nahasteen irakitea eta birkondentsazioa egoera kimikoaren aldaketak dira; beraz, fase-diagrama batean hobeto ikus daitezke. Presioa konstante mantentzen bada, tenperatura eta konposizio parametroak aldakorrak izango dira.
Alboko diagramak X eta Y osagai hipotetikoen azeotropo positibo bat erakusten du. Beheko lerroak zenbait konposizioren irakite-tenperatura adierazten du. Beheko lerroaren azpitik, fase likidoa bakarrik dago orekan. Goiko lerroak, aldiz, zenbait konposizioren irakite tenperatura adierazten du, eta hortik gora, lurruna bakarrik dago orekan. Bi marren artean, fase likidoa eta lurrun-fasea orekan daude: adibidez,% 25eko X :% 75-eko Y nahastea AB tenperaturan berotuz gero, B konposizioko lurruna sortuko litzateke A konposizioko likidoarena baino handiagoa. Diagraman bi kurbek elkar ukitzen duten puntua azeotropoa da. A-tik E-ra dauden lerro horizontalek eta bertikalek destilazioen kopurua erakusten dute. A puntua nahaste ez-azeotropiko baten irakite-puntua da, eta tenperatura horretan bereizten den lurrunak B konposizioa du. Kurbaren forma horrela izateko, B lurruna A puntuko likidoa baino aberatsagoa izan behar da X osagaian. Lurruna fisikoki bereizten da LBO (likido-bapore oreka) sistematik, eta C punturaino hozten da, non kondentsatu egiten den. Ateratzen den likidoa (C puntua) A puntuan baino aberatsagoa da X osagaian. Bildutako likidoa berriro irakiten bada, D puntura iristen da, eta abar. Progresio mailakatuak erakusten du distilazio errepikatuak ezin duela inoiz X osagaian azeotropoan baino destilatu aberatsagorik sortu.
Azeotropo negatiboak
[aldatu | aldatu iturburu kodea]Raoul-ten legetik desbideratze negatibo handia erakusten duen disoluzioak azeotropo maximo eratzen du konposizio espezifiko batean. Azeotropo negatibo batek, oro har, bere osagaien beste edozein proportziok baino tenperatura altuagoan irakiten du. Azeotropo hauei irakite maximoko nahasteak edo azeotropiko minimoko presio-nahasteak esaten zaie.
Azeotropo negatiboaren adibide bat azido klorhidrikoa da; %20,2 eta %79,8ko ur-kontzentrazioa du (masan). HCl-ak -85 °C-an irakiten du eta urak 100 °C-an, baina azeotropoak 110 °C-an, eta tenperatura hori edozein osagaiena baino handiagoa da.
Alboko diagraman, X eta Y osagai idealen azeotropo negatiboa ikus daiteke. Beheko lerroak zenbait konposizioren irakite-tenperatura adierazten du. Beheko lerroaren azpitik, fase likidoa bakarrik dago orekan. Goiko lerroak, aldiz, zenbait konposizioren irakite-tenperatura adierazten du, eta hortik gora, lurruna bakarrik dago orekan. Bi marren artean, fase likidoa eta lurrun-fasea orekan daude. Irudian erakusten den A puntua azeotropotik gertu dagoen konposozioa irakiten hasten den tenperatura izango da eta B puntuak, aldiz, tenperatura berdinean jasotzen den lurrunaren konposizioa adierazten du. Lurrun hori hoztu, kondentsatu eta C puntuan jasotzen da. Kasu honetan azeotropoa negatiboa denez, destilatua azeotropotik urrunago dago A puntua baino. Beraz, destilatua urriagoa da X osagaian eta aberatsagoa Y osagaian jatorrizko nahastea baino.
Destilazio azeotropikoa
[aldatu | aldatu iturburu kodea]
Azeotropoak osatzen dituzten bi konposatuak banantzeko metodo batzuek entrainer izeneko agente gehigarri bat gehitzea dakarte. Horrek eragin handiagoa izango du osagai azeotropikoetako baten lurrunkortasunean beste batenean baino. Azeotropo bitar bati azeotropo hirutar bat eratzeko entrainer-a gehitzen zaionean, eta sortzen den nahastea destilatzen denean, metodo horri destilazio azeotropikoa deitzen zaio. Adibiderik ohikoena ur/etanol azeotropoari bentzenoa edo ziklohexanoa gehitzea da. Sartzen den ziklohexanoarekin, azeotropo hirutarra %7 ura, %17 etanola eta %76 ziklohexanoa da, eta 62,1 °C-an irakiten du[11]. Ur/etanol Azeotropoari ziklohexano nahikoa gehitzen zaio, ur guztia azeotropo hirutarrarekin destilatzeko. Nahastea irakiten hasten denean, azeotropoa lurrundu egiten da, eta ia guztiz etanolez osatuta dagoen soberakina geratzen da hondar moduan.
Adibideak
[aldatu | aldatu iturburu kodea]- Azido nitrikoa (% 68,4) / ura, 122 °C-an irakiten du.
- Azido perklorikoa (% 28,4) / ura, 203 °C-an irakiten du (azeotropo negatiboa).
- Azido fluorhidrikoa (% 35,6) / ura, 111,35 °C-an irakiten du (azeotropo negatiboa).
- Etanola (% 95) / ura, 78,2 °C-an irakiten du.
- Azido sulfurikoa (% 98,3) / ura, 336 °C-an irakiten du.
Erreferentziak
[aldatu | aldatu iturburu kodea]- ↑ WESTRUM, E. F.. (1951-01-05). «Physical Chemistry. Walter J. Moore. New York: Prentice-Hall, 1950. 592 pp. $5.00» Science 113 (2923): 16–16. doi:. ISSN 0036-8075. (Noiz kontsultatua: 2024-11-04).
- ↑ KOYAMA, Junichiro. (2007). «ISSN (International Standard Serial Number), ISSN Network and Japanese National Centre for ISSN» Journal of Information Processing and Management 50 (3): 144–154. doi:. ISSN 0021-7298. (Noiz kontsultatua: 2024-11-04).
- ↑ Nature Physical Science. Springer Science and Business Media LLC (Noiz kontsultatua: 2024-11-04).
- ↑ Schäfer, Elisabeth; Sadowski, Gabriele; Enders, Sabine. (2014-01). «Interfacial tension of binary mixtures exhibiting azeotropic behavior: Measurement and modeling with PCP-SAFT combined with Density Gradient Theory» Fluid Phase Equilibria 362: 151–162. doi:. ISSN 0378-3812. (Noiz kontsultatua: 2024-11-04).
- ↑ «Diary of the Week» The Lancet 259 (6701): 270. 1952-02 doi:. ISSN 0140-6736. (Noiz kontsultatua: 2024-11-04).
- ↑ Coyle, F. (1996-07). «Dynamics of Water Molecules in Polymers» Journal of Molecular Liquids 69 (1): 95–116. doi:. ISSN 0167-7322. (Noiz kontsultatua: 2024-11-04).
- ↑ «Obituary notices: Edmund Atkinson; Sir John Conroy, Bart.; Sir John Bennet Lawes, Bart.; Stevenson Macadam» Journal of the Chemical Society, Transactions 79: 888. 1901 doi:. ISSN 0368-1645. (Noiz kontsultatua: 2024-11-04).
- ↑ Wade, John; Merriman, Richard William. (1911). «CIV.—Influence of water on the boiling point of ethyl alcohol at pressures above and below the atmospheric pressure» J. Chem. Soc., Trans. 99 (0): 997–1011. doi:. ISSN 0368-1645. (Noiz kontsultatua: 2024-11-04).
- ↑ Recertification of the Standard Reference Material 1475A, a linear polyethylene resin. 1993 (Noiz kontsultatua: 2024-11-04).
- ↑ Rousseau, Ronald W., ed. (1987). Handbook of separation process technology. Wiley ISBN 978-0-471-89558-9. (Noiz kontsultatua: 2024-11-04).
- ↑ «Environmental Engineering» The CRC Handbook of Mechanical Engineering (CRC Press): 2181–2238. 2004-09-29 ISBN 978-0-429-11791-6. (Noiz kontsultatua: 2024-11-04).
