تقطیر کدام یک از مخلوط های دو تایی زیردر شرایط یکسان مشکل تر است ؟

الف )اب و استن.             ب) اب و استیک اسید

ج) اب و متانول              د) بنزن و تولوئن

برای بررسی این سوال باید روشهای جداسازی محلول ها را به کمک تقطیر بدانیم و آگاه باشیم که برخی از مواد در حالت محلول تشکیل آزئوتروپ یا هم جوش هایی میکنند که درصد دو جزءدرمخلوط در حال جوش به گونه ای است که هر دو جزء در یک دما به جوش مدهو بخار خارج شده از بالن تقطیر هر دو جزء را دارد و جداسازی کامل امکان پذیر نیست. در سوال فوق جداسازی استیک اسید و آب از همه گزینه های دیگر سخت تر است.

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  پتاسیم استات 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.

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 4/70 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.