8.1.3 Azeotropen

Figuur 8.6 Voorbeeld van een T,x-diagram van een minimum (a) en maximum (b) azeotroop.

In de voorgaande beschouwingen werd steeds uitgegaan van een ideaal mengsel. Ideale mengsels van twee stoffen A en B ontstaan als de adhesiekrachten tussen de moleculen van A en B niet (veel) verschillen met de krachten tussen de moleculen A-A en B-B. Veel mengsels gedragen zich als bijna ideale mengsels.

Er zijn echter ook vele mengsels die zich niet aan het ideale gedrag houden. Als de cohesiekrachten tussen de A-A en de B-B moleculen onderling veel groter zijn dan de A-B interacties dan zullen de moleculen relatief makkelijker vanuit de vloeistoffase naar de gasfase gaan (waar de moleculen door de grote onderlinge afstand minder ‘last’ hebben van elkaar). Hierdoor zal een dergelijk mengsel bij een lagere temperatuur koken dan in het ideale geval. Een zodanig mengsel zal een minimum azeotroop (zie figuur 8.6a) vertonen. In figuur 8.6a is te zien dat het mengsel bij alle temperaturen eerder kookt dan in het ideale geval.

Minder voorkomend is de maximum azeotroop (figuur 8.6b). Dit komt voor als bij een mengsel van de stoffen A en B een grotere interactie tussen A-B moleculen plaatsvindt dan tussen A-A en B-B moleculen onderling. Bij de maximum azeotroop ligt bij alle temperaturen de kooktemperatuur hoger dan in het ideale geval.

Een ethanol-water mengsel is een voorbeeld van een mengsel dat niet voldoet aan ideaal gedrag (zie figuur 8.7). Door de moleculaire interactie kookt een mengsel van 95.5 m% ethanol en 4.5 m% water beneden het kookpunt van zuiver ethanol (78.3 °C). Hierdoor is het onmogelijk om uit bijvoorbeeld een mengsel van 75 m% water en 25 m% ethanol door middel van destillatie zuiver ethanol in handen te krijgen. Ook al is de kolom nog zo goed, het destillaat zal nooit zuiverder worden dan 95.5 m%.

Dit is gemakkelijk na te gaan door in figuur 8.7 in te tekenen wat er gebeurt bij elke theoretische schotel: Na een paar theoretische schotels heb je al 95 m% ethanol bereikt. Echter, hoeveel schotels je er ook bij doet, je zult nooit voorbij het minimum in de curve komen: het maximum haalbare is 95.5 m% ethanol. Het laatste water zul je op een andere manier moeten verwijderen.

Figuur 8.7 Voorbeeld van een T,x-diagram met een minimum azeotroop: het ethanol/water mengsel (2).

Als de temperatuur van een oorspronkelijk 50 m% ethanol/50 m% water mengsel in een enkelvoudige destillatie opstelling wordt gemeten terwijl langzaam wat vloeistof wordt gedestilleerd, dan zal de temperatuur vanzelf naar dit minimum lopen en niet meer veranderen. Men noemt vloeistofmengsels waarvan de damp steeds dezelfde samenstelling heeft als de vloeistof azeotrope mengsels (azeotroop = gelijkblijvend koken). Laat men dergelijke mengsel koken, dan verandert de samenstelling van de vloeistof niet omdat de beide componenten in dezelfde verhouding verdampen zoals ze in de vloeistof aanwezig zijn.

Tabel 8.2 Voorbeelden van enkele azeotropische samenstelling

vorige pagina volgende pagina