Azeotrop

Azeotrop adalah campuran dari dua atau lebih cairan dalam sedemikian rupa sehingga komponen yang tidak dapat diubah dengan distilasi sederhana. Hal ini terjadi karena ketika azeotrop direbus, uap memiliki proporsi yang sama dari konstituen sebagai campuran direbus.^[1]

Karena komposisi mereka tidak berubah dengan distilasi, azeotropes juga disebut (terutama dalam teks-teks yang lebih tua) campuran didih konstan. Kata azeotrop berasal dari kata Yunani ζέειν (mendidih) dan τρόπος (memutar) dikombinasikan dengan awalan α - (tidak) untuk memberikan makna secara keseluruhan, " tidak ada perubahan pada mendidih ".

Campuran azeotrop pasang senyawa telah didokumentasikan. Banyak azeotropes dari tiga atau lebih senyawa yang juga dikenal. mereka adalah campuran biner memiliki komposisi yang sama dalam fase cair dan uap dan mendidih pada suhu konstan. Dalam kasus seperti itu tidak mungkin untuk memisahkan komponen dengan distilasi fraksional. Ada dua jenis azeotropes disebut azeotrop didih minimum dan azeotrop didih maksimum. Solusi yang menunjukkan deviasi positif yang lebih besar dari Raoult bentuk hukum minimum azeotrop didih pada komposisi tertentu. Misalnya campuran etanol - air (diperoleh dengan fermentasi gula) pada distilasi fraksional memberikan larutan yang mengandung sekitar 95 % volume etanol. Setelah komposisi ini telah dicapai, cairan dan uap memiliki komposisi yang sama dan tidak ada pemisahan lebih lanjut terjadi . Solusi yang menunjukkan penyimpangan negatif yang besar dari Raoult bentuk hukum maksimum azeotrop didih pada komposisi tertentu . Asam nitrat dan air adalah contoh dari kelas ini azeotrop . Azeotrop ini memiliki komposisi kira-kira, asam nitrat 68 % dan 32 % air dengan massa, dengan titik didih 393,5 K.

Azeotrop Positif dan Negatif

Setiap azeotrop memiliki titik didih yang khas. Titik didih suatu azeotrop adalah baik kurang dari suhu titik didih setiap konstituennya (azeotrop positif), atau lebih besar dari titik didih setiap konstituennya (azeotrop negatif).

Sebuah contoh yang terkenal dari azeotrop positif adalah 95,63 % etanol dan 4,37 % air (berat).^[2] Etanol mendidih pada 78,4 °C, air mendidih pada 100 °C, tetapi azeotrop mendidih pada 78,2 °C, yang merupakan lebih rendah daripada salah satu dari konstituennya . Memang 78,2 °C adalah suhu minimum di mana setiap larutan etanol / air dapat mendidih pada tekanan atmosfer. Secara umum, sebuah azeotrop positif mendidih pada suhu yang lebih rendah daripada rasio lain dari konstituennya. Azeotrop positif juga disebut campuran didih minimum atau azeotrop tekanan maksimum.

Contoh dari azeotrop negatif adalah asam klorida pada konsentrasi 20,2 % dan 79,8 % air (berat). Hidrogen klorida mendidih pada -84 °C dan air pada 100 °C, tetapi azeotrop mendidih pada suhu 110 °C, yang lebih tinggi daripada salah satu dari konstituennya . Suhu maksimum di mana setiap larutan asam klorida dapat mendidih adalah 110 °C. Secara umum, sebuah azeotrop negatif mendidih pada suhu yang lebih tinggi daripada rasio lain dari konstituennya . Azeotrop negatif juga disebut campuran didih maksimum atau tekanan azeotrop minimum .

Destilasi Campuran

Jika dua pelarut dapat membentuk azeotrop positif, maka distilasi dari setiap campuran tersebut konstituen akan menghasilkan distilat yang lebih dekat dalam komposisi untuk azeotrop daripada campuran awal. Sebagai contoh, jika 50/50 campuran etanol dan air suling sekali, distilat akan 80 % etanol dan 20 % air, yang lebih dekat ke campuran azeotropik dari aslinya . Penyulingan campuran 80/20 % menghasilkan distilat yang 87 % etanol dan 13 % air. Selanjutnya distilasi berulang akan menghasilkan campuran yang semakin dekat dengan rasio azeotrop dari 95.5/4.5 %. Tidak ada jumlah distilasi, bagaimanapun pernah akan menghasilkan distilat yang melebihi rasio azeotrop . Demikian juga ketika menyuling campuran etanol dan air yang lebih kaya daripada etanol azeotrop tersebut, distilat ( bertentangan dengan intuisi ) akan lebih miskin dalam etanol daripada yang asli tapi sedikit lebih kaya dari azeotrop tersebut. Ini berarti solusi tertinggal akan lebih kaya dalam etanol.

Jika dua pelarut dapat membentuk azeotrop negatif, maka distilasi dari setiap campuran tersebut konstituen akan menghasilkan residu yang lebih dekat dalam komposisi untuk azeotrop daripada campuran asli. Sebagai contoh, jika larutan asam klorida mengandung kurang dari 20,2 % hidrogen klorida, mendidih campuran akan meninggalkan solusi yang lebih kaya hidrogen klorida daripada yang asli. Jika solusi awalnya berisi lebih dari 20,2 % hidrogen klorida, kemudian mendidih akan meninggalkan solusi yang lebih buruk pada hidrogen klorida daripada yang asli. Perebusan dari setiap larutan asam klorida cukup lama akan menyebabkan solusi ditinggalkan untuk mendekati rasio azeotrop.^[3]

Contoh

asam nitrat (68%) / air, mendidih pada 120,5 °C pada 1 atm (azeotrop negatif)
asam perklorat (28,4%) / air, mendidih pada 203 °C (azeotrop negatif)
asam fluorida (35,6%) / air, mendidih pada 111,35 °C (azeotrop negatif)
etanol (96%) / air, mendidih pada 78,1 °C
asam sulfat (98,3%) / air, mendidih pada 338 °C
aseton / metanol / kloroform membentuk didih menengah (pelana) azeotrop
dietil eter (33%) / halotan (66%) campuran pernah umum digunakan dalam anestesi.
benzena / hexafluorobenzene membentuk azeotrop biner ganda.

Referensi

^ Moore, Walter J. Physical Chemistry, Edisi 3., Prentice-Hall 1962, hal. 140–142
^ National Institute of Standards and Technology. "Standard Reference Material 1828: Ethanol-Water Solutions" (PDF). Diarsipkan dari versi asli (PDF) tanggal 2011-06-08. Diakses tanggal 2014-01-06.
^ Merck Index of Chemicals and Drugs, Edisi 9., monograph 4667

[moore-1] Moore, Walter J. Physical Chemistry, Edisi 3., Prentice-Hall 1962, hal. 140–142

[2] National Institute of Standards and Technology. "Standard Reference Material 1828: Ethanol-Water Solutions" (PDF). Diarsipkan dari versi asli (PDF) tanggal 2011-06-08. Diakses tanggal 2014-01-06.

[3] Merck Index of Chemicals and Drugs, Edisi 9., monograph 4667

[1]

[2]

[3]