أزيوتروب (لا تقطيري) Azeotrope
الأزيوتـروب هو خليط من سائلين أو أكثر مع درجة غليان ثابتة. فالتركيب البخاري و التركيب السائلي يكونا متطابقين ، لذلك لا يمكن فصل مكونات الخليط عن طريق التقطير البسيط. فنسب الخليط التي تكون الأزيوتـروب تعرف باسم التركيب الأزيوتـروبي، أما درجة الحرارة التي يغلي عندها الخليط الأزيوتـروبي (عند ضغط معين) فتعرف باسم درجة الحرارة الأزيوتـروبية. و يمكن أن تكون درجة الحرارة الأزيوتـروبية أعلى أو أقل من درجة غليان مكونات الخليط.
صاغ الكيميائيان جون ويد وريتشارد ويليام ميريمان كلمة “أزيوتـروب” في ورقة بحثية صدرت عام 1911 تصف سلوك مخاليط الإيثانول و الماء. في المقابل ، فإن الزيوتروب zeotrope هو خليط من السوائل التي لها درجات غليان مختلفة ويمكن فصلها عن طريق التقطير. (لاحظ الفرق كتابة بين الأزيوتـروب و الزيوتروب).
أنواع الأزيوتروب
تُصنف الأزيوتـروبات Azeotropes وفقًا لعدد المكونات التي تكون الخليط الأزيوتـروبي ، سواء كانت متجانسة أو غير متجانسة ، وما إذا كانت درجة غليانها أعلى أو أقل من درجة غليان المكونات.
- الأزيوتروب الثنائي والثلاثي: الأزيوتـروب الثنائي هو أزيوتـروب يتكون من عنصرين. و يتكون الأزيوتـروب الثلاثي من ثلاثة مكونات. و هناك أيضًا مواد أزيوتـروبية مصنوعة من أكثر من ثلاثة مكونات.
- الأزيوتـروب المتجانسة وغير المتجانسة : الأزيوتـروب المتجانس يتكون من سوائل قابلة للامتزاج. ويشكل الإيثانول والماء مادة أزيوتـروبية متجانسة. يتكون الأزيوتـروب غير المتجانس من سوائل غير قابلة للامتزاج تنقسم إلى طورين. فمثلا يشكل الكلوروفورم والماء مزيجًا أزيوتـروبي غير متجانس ، فالطبقة العليا يكون أغلبها ماء و الطبقة السفلى يكون أغلبها كلوروفورم، و عندما يتم غلي الطبقتين معًا ، يتكون البخار الناتج من 97٪ كلوروفورم و 3٪ ماء ، بغض النظر عن نسبة السائل.
- الأزيوتـروب الإيجابي و السلبي: للأزيوتـروب الإيجابي أو الأزيوتـروب ذو درجة غليان منخفضة يكون لديه درجات غليان أقل من تلك للمكونات التي تشكل الأزيوتـروب ، فمثلا يغلي الخليط الأزيوتـروبي المكون من الإيثانول والماء (حوالي 96٪ إيثانول و 4٪ ماء) عند 78.174 درجة مئوية ، بينما يغلي الإيثانول النقي عند 78.3 درجة سيليزية ويغلي الماء النقي عند 100 درجة سيليزية. بينما الأزيوتـروب السلبي أو الأزيوتـروب ذو درجة غليان الأعلى يكون لديه درجات غليان أعلى من تلك للمكونات التي تشكل الأزيوتـروب ، فمثلا كلوريد الهيدروجين والماء يشكلان أزيوتـروب سلبي. حيث يغلي الخليط الأزيوتـروبي عند 110 درجة سيليزية، بينما يغلي الماء عند 100 درجة سيليزية ويغلي غاز كلوريد الهيدروجين عند -85 درجة سيليزية.
لماذا لا يمكن تقطير الإيثانول بنسبة 100 %
لا يمكن تقطير خليط من الإيثانول (كحول الحبوب) والماء للحصول على كحول نقي لأن المركبين يشكلان خليطًا أزيوتـروبيا. فأفضل ما يمكن الحصول عليه هو إيثانول بنسبة 95.6 %.
لنفترض أنك بدأت بمزيج يحتوي على بعض الكحول في الماء. إذا قمت بتقطيره ، وجمع البخار ، وتكثيفه كسائل ، سيكون لديك خليط غني بالكحول. يمكنك تكرار العملية حتى تصل إلى خليط مكون من 95.6٪ إيثانول و 0.4٪ ماء. ثم تصطدم بالواقع لأن البخار الأزيوتـروبي مطابق لتركيبته السائلة. في الأساس ، يغلي خليط الأزيوتروبي كما لو كان سائلًا نقيًا.
استخدامات الأزيوتروب
أحد استخدامات الأزيوتروب هو فصل المخاليط الزيوتروبية zeotrope بسهولة أكبر. على سبيل المثال ، يشكل حمض الخليك والماء خليطًا زيوتروبيا. لكن ، حمض الخليك له درجة غليان (118.1 درجة مئوية) قريبة جدًا من الماء للتقطير الفعال. فتؤدي إضافة خلات الإيثيل إلى تكوين مادة أزيوتروبية مع الماء له درجة غليان 70.4 درجة سيليزية. لذلك يغلي الماء وخلات الإيثيل ، تاركًا حمض الخليك النقي تقريبًا.
كما تستخدم الأزيوتروبات أيضًا كمادة معايرة لاختبار أجهزة الكشف وكروماتوغرافيا الغاز.
و يستخدم التقطير الأزيوتروبي كما هو الحال في عملية التقطير الخاصة المبكرة والمهمة بشكل شائع في المختبر والصناعة. و يتم التقطير الأزيوتروبي عن طريق إضافة مكون ثالث متطاير إلى الطور السائل والذي يغير معدل تبخر أحد المكونين أكثر من الآخر بحيث يتم فصل المكونات عن طريق التقطير.
- عادة ما يتم إجراء التقطير الأيزوتروبي الذي يتم إجراؤه في المختبر على دفعات في عمود التقطير التجزيئي التقليدي.
- ثم يتم تقطير الخليط بنفس طريقة التقطير التجزيئي التقليدي. إذا كان خليط ثنائي التكوين و من النوع الأزيوتروب الإيجابي ، فيجب أن يحتوي منتج ناتج التقطير على مكون واحد فقط من المكونات الأصلية والعامل الأزيوتروبي.
كيفية فصل المخاليط الأزيوتروبية
على الرغم من أن التقطير البسيط لا يمكن فصل مكونات خليط الأزيوتروبي ، إلا أن هناك طرقًا أخرى مستخدمة لعزل المكونات.
- يستخدم التقطير المتأرجح بالضغط فكرة التغيرات بالضغط لتغيير تركيبة الخليط ، وإثراء ناتج التقطير بالمكون المطلوب.
- إضافة مادة تحتجز أحد مكونات الخليط الأزيوتروبي حيث تتفاعل مادة الاحتجاز مع أحد المكونات لتكوين مركب غير متطاير. يسمى التقطير باستخدام مادة احتجاز بالتقطير الأزيوتروبي.
- الفصل بالتغلغل البخاري، حيث تعمل هذه الطريقة على فصل المكونات باستخدام غشاء يكون أكثر نفاذية لمكون واحد من الآخر.
المصدر :
- الموسوعة العلمية الكيميائية للأستاذ أكرم العلي
- www.sciencenotes.org
- https://byjus.com
بوسترات (لوحات) كيميائية بدقة عالية (أكثر من 25 لوحة) من تصميم الأستاذ أكرم أمير العلي
تجارب كيميائية سهلة و شيقة و ممتعة (10) Amazing Chemistry Experiments
تطبيقات كيميائية من تصميم الأستاذ أكرم امير العلي متوفر للجوالات التي تعمل بنظام أندرويد android على سوق جوجل بلاي google play و من بينها تطبيق ملصقات الجـدول الدوري باللغة العربية : بطاقات تحتوي على معلومات شاملة و مختصرة في نفس الوقت كل عنصـر على حدة (اللغة العربية).
https://play.google.com/store/apps/details?id=com.akramir2
