İçeriğe atla

Azeotrop

Bir azeotrop veya eşkaynar, oranları değiştirilemeyen veya basit damıtma ile ayrılamayan iki veya daha fazla sıvı karışımıdır.[1]

Bunun nedeni, bir azeotrop kaynatıldığında, buharın kaynamamış karışımla aynı oranlarda bileşenlere sahip olmasıdır. Bileşimleri damıtmayla değişmediği için azeotroplara (özellikle eski metinlerde) "sabit kaynama noktalı karışımlar" da denir.

Bileşik çiftlerinin bazı azeotropik karışımları bilinmektedir ve üç veya daha fazla bileşiğin birçok azeotropu da bilinmektedir.[2] Böyle bir durumda, bileşenleri fraksiyonel damıtma ile ayırmak mümkün değildir ve bunun yerine genellikle azeotropik damıtma kullanılır. İki tür azeotrop vardır: minimum kaynamalı azeotrop ve maksimum kaynamalı azeotrop. Raoult yasasından daha fazla pozitif sapma gösteren bir çözüm, belirli bir bileşimde minimum kaynamalı azeotropu oluşturur. Örneğin, fraksiyonel damıtmada (şekerlerin fermantasyonu ile elde edilen) bir etanol-su karışımı, en fazla %95 (hacimce) etanol içeren bir çözelti verir. Bu bileşim elde edildikten sonra, sıvı ve buhar aynı bileşime sahip olur ve daha fazla ayrılma olmaz. Raoult yasasından büyük negatif sapma gösteren bir çözüm, belirli bir bileşimde maksimum kaynama azeotropu oluşturur. Nitrik asit ve su, bu azeotrop sınıfının bir örneğidir. Bu azeotrop, 393,5 K (120,4 °C) kaynama noktasına sahip, kütlece %68 nitrik asit ve %32 sudan oluşan yaklaşık bir bileşime sahiptir.

Etimoloji

Azeotrop terimi Yunanca ζέειν (kaynama) ve τρόπος (dönme) kelimelerinden α- (yoksunluk ifadesi) ön ekiyle "kaynamada değişiklik yok" genel anlamını vermek için türetilmiştir. Terim, 1911'de İngiliz kimyager John Wade[3] ve Richard William Merriman[4] tarafından bulundu.

Türleri

Negatif ve pozitif azeotroplar

Pozitif azeotrop, kloroform ve metanol karışımı
Negatif azeotrop - formik asit ve su karışımı

Her azeotropun karakteristik bir kaynama noktası vardır. Bir azeotropun kaynama noktası, bileşenlerinden herhangi birinin kaynama noktası sıcaklığından düşük (pozitif azeotrop) veya bileşenlerinden herhangi birinin kaynama noktasından yüksektir (negatif azeotrop).

Pozitif azeotropun iyi bilinen bir örneği, 78,2 °C'de kaynayan %95,63 etanol ve %4,37 sudur (kütlece).[5] Etanol 78,4 °C'de kaynar, su 100 °C'de kaynar, ancak azeotrop 78,2 °C'de kaynar; bu, bileşenlerinden herhangi birinden daha düşüktür.[6] Gerçekten de 78,2 °C, herhangi bir etanol/su çözeltisinin atmosferik basınçta kaynayabileceği minimum sıcaklıktır. Genel olarak, pozitif bir azeotrop, bileşenlerinin diğer herhangi bir oranından daha düşük bir sıcaklıkta kaynar. Pozitif azeotroplara ayrıca "minimum kaynama karışımları" veya "basınç maksimum azeotropları" da denir.

Genel olarak, negatif bir azeotrop, bileşenlerinin diğer herhangi bir oranından daha yüksek bir sıcaklıkta kaynar. Negatif azeotroplara ayrıca "maksimum kaynama karışımları" veya "basınç minimum azeotropları" da denir. Negatif azeotropa bir örnek, %20.2 ve %79.8 su (kütle olarak) konsantrasyonundaki hidroklorik asittir. Hidrojen klorür -84 °C'de ve su 100 °C'de kaynar, ancak azeotrop 110 °C'de kaynar, bu her bir bileşeninden daha yüksektir. Herhangi bir hidroklorik asit çözeltisinin kaynayabileceği maksimum sıcaklık 110 °C'dir.

Bileşen sayısı

İki bileşenden oluşan azeotroplara, bir zamanlar anestezide yaygın olarak kullanılan bir karışım olan dietil eter (%33) / halotan (%66) gibi ikili azeotroplar denir. Örneğin, benzen ve hekzaflorobenzen bir çift ikili azeotrop oluşturur.

Üç bileşenden oluşan azeotroplara üçlü azeotroplar denir, örn. aseton / metanol / kloroform. Üçten fazla bileşenin azeotropları da bilinmektedir.

Homojen ve heterojen azeotroplar

Bir karışımın bileşenleri birbirleriyle her oranda tamamen karışabiliyorsa, azeotrop tipine "homojen azeotrop" denir. Örneğin, homojen bir çözelti oluşturmak için herhangi bir miktarda etanol herhangi bir miktarda su ile karıştırılabilir.

Bileşenler tamamen karışabilir değilse, karışabilirlik boşluğu içinde bir azeotrop bulunabilir. Bu tür azeotropa "heterojen azeotrop" veya "heteroazeotrop" denir. Bir heteroazeotropik damıtma iki sıvı faza sahip olacaktır. Örneğin, aseton / metanol / kloroform, bir ara kaynama azeotropu oluşturur.

Örneğin, eşit hacimlerde kloroform (20 °C'de suda çözünürlüğü 0,8 g/100 ml) ve su birlikte çalkalanır ve ardından beklemeye bırakılırsa, sıvı iki katmana ayrılacaktır. Katmanların analizi, üst katmanın çoğunlukla içinde az miktarda kloroform çözülmüş su olduğunu ve alt katmanın çoğunlukla içinde az miktarda su çözülmüş kloroform olduğunu göstermektedir. İki katman birlikte ısıtılırsa katman sistemi, kloroformun (61,2 °C) veya suyun kaynama noktasından (100 °C) daha düşük olan 53,3 °C'de kaynar. Her iki katmanın da gerçekten mevcut olması koşuluyla, her bir sıvı katmanın ne kadarının mevcut olduğuna bakılmaksızın, buhar %97,0 kloroform ve %3,0 sudan oluşacaktır. Buhar yeniden yoğuşturulursa, katmanlar yoğuşma sıvısında yeniden şekillenecek ve bunu sabit bir oranda yapacaktır; bu durumda bu, üst katmandaki hacmin %4,4'ü ve alt katmandaki hacmin %95,6'sıdır.[7]

Zeotropi

Herhangi bir oranda karıştırıldığında azeotrop oluşturmayan solvent kombinasyonlarına "zeotropik" denir. Azeotroplar, zeotropik karışımları ayırmada faydalıdır. Bir örnek, bir azeotrop oluşturmayan asetik asit ve sudur. Buna rağmen, saf asetik asidi (kaynama noktası: 118,1 °C) bir asetik asit ve su çözeltisinden tek başına damıtma yoluyla ayırmak çok zordur. İleri damıtmalar gittikçe daha az su ile çözeltiler ürettikçe, her bir sonraki damıtma kalan suyu uzaklaştırmada daha az etkili hâle gelir. Çözeltiyi kuru asetik aside damıtmak bu nedenle ekonomik olarak pratik değildir. Ancak etil asetat, suyla 70,4 °C'de kaynayan bir azeotrop oluşturur. Çekici olarak etil asetat ekleyerek azeotropu damıtmak ve kalıntı olarak neredeyse saf asetik asit bırakmak mümkündür.

Bileşenlerin ayrıştırılması

İki solvent negatif bir azeotrop oluşturabilirse, bu bileşenlerin herhangi bir karışımının damıtılması, sonucunun orijinal karışımdan azeotroptaki bileşime daha yakın olmasına neden olacaktır. Örneğin, bir hidroklorik asit çözeltisi %20,2'den daha az hidrojen klorür içeriyorsa, karışımın kaynatılması, geride orijinalinden daha hidrojen klorür açısından daha zengin bir çözelti bırakacaktır. Çözelti başlangıçta %20,2'den fazla hidrojen klorür içeriyorsa, kaynama arkasında orijinalinden daha hidrojen klorür açısından daha fakir bir çözelti bırakacaktır. Herhangi bir hidroklorik asit çözeltisinin yeterince uzun süre kaynatılması, geride kalan çözeltinin azeotropik orana yaklaşmasına neden olur.[8]

Öte yandan, iki solvent pozitif bir azeotrop oluşturabilirse, bu bileşenlerin herhangi bir karışımının damıtılması, tortunun orijinal karışımdan azeotropta bileşimden uzaklaşmasına neden olacaktır. Örneğin, 50/50 etanol ve su karışımı bir kez damıtılırsa, damıtma ürünü (destilat, damıtık) %80 etanol ve %20 su olacaktır, bu da azeotropik karışıma orijinalinden daha yakındır, bu da geride kalan çözeltinin daha zayıf olacağı anlamına gelir.[9] %80/20 karışımın damıtılması, %87 etanol ve %13 su olan bir damıtık üretir. Daha fazla tekrarlanan damıtmalar, %95,5/4,5'lik azeotropik orana aşamalı olarak yaklaşan karışımlar üretecektir. Hiçbir sayıda damıtma, azeotropik oranı aşan bir damıtma ürünüyle sonuçlanmaz.

Kaynakça

  1. ^ Moore, Walter J. Physical Chemistry, 3rd e Prentice-Hall 1962, pp. 140–142
  2. ^ Department of Chemical Engineering University of Alicante. "Numerical Determination of Distillation Boundaries for Multicomponent Homogeneous and Heterogeneous Azeotropic Systems" (PDF). 1 Ekim 2011 tarihinde kaynağından (PDF) arşivlendi. 
  3. ^ F. Gowland Hopkins (1913) "Obituary Notices: John Wade," Journal of the Chemical Society Transactions, 103 : 767-774.
  4. ^ Wade, John; Merriman, Richard William (1911). "Influence of water on the boiling point of ethyl alcohol at pressures above and below the atmospheric pressure". Journal of the Chemical Society, Transactions. 99: 997-1011. doi:10.1039/CT9119900997. 17 Mart 2023 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 15 Mart 2023.  From p. 1004: 17 Mart 2023 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi. " … it is proposed, in order to avoid the cumbrous periphrase "mixtures having a minimum (or maximum) boiling point," to designate them as azeotropic mixtures (α, privative; ζέω, to boil)."
  5. ^ National Institute of Standards and Technology. "Standard Reference Material 1828: Ethanol-Water Solutions" (PDF). 8 Haziran 2011 tarihinde kaynağından (PDF) arşivlendi. 
  6. ^ Rousseau, Ronald W.; James R. Fair (1987). Handbook of separation process technology. Wiley-IEEE. ss. 261-262. ISBN 978-0-471-89558-9. 
  7. ^ CRC Handbook of Chemistry and Physics, 44th ed., p. 2156.
  8. ^ Merck Index of Chemicals and Drugs, 9th ed., monograph 4667
  9. ^ Clark, Jim (February 2014). "Non-Ideal Mixtures of Liquids". chemguide.co.uk. 20 Şubat 2008 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 15 Mart 2023. 

İlgili Araştırma Makaleleri

<span class="mw-page-title-main">Alkol</span> karbon atomuna doğrudan bir -OH grubunun bağlı olduğu organik bileşiklere verilen genel ad

Alkol, karbon atomuna doğrudan bir -OH (hidroksil) grubunun bağlı olduğu organik bileşiklere verilen genel ad. Genel formülü CnH2n+1OH olan mono alkoller, alkollerin önemli bir sınıfıdır. Bunlardan etanol (C2H5OH), alkollü içeceklerde bulunan türüdür. Genellikle alkol kelimesi ile etanol kastedilir ki yeni fermente olmuş birada etanol oranı %3-5 arasında iken şarapta %12-15 arasındadır.

<span class="mw-page-title-main">Çözelti</span>

Çözelti ya da solüsyon, iki ya da daha fazla maddenin herhangi bir oranda bir araya gelerek oluşturdukları homojen karışımdır.

Kloroform veya triklorometan, CHCl
3
formülüne sahip bir organik bileşiktir. Oda sıcaklığında kolay buharlaşan, hoş kokulu, renksiz, yanıcı olmayan ağır bir sıvıdır. Çözücü olarak sıkça kullanılır. PTFE (Teflon) ve bazı soğutucuların üretiminde kullanılmak için bol miktarlarda üretilir.

İnorganik kimya veya anorganik kimya; organik olmayan, yani karbon-hidrojen bağı içermeyen bileşiklerin özelliklerini ve kimyasal davranışlarını inceleyen kimya dalı. Anorganik ve organik kimyayı birleştiren organometalik bileşikler, organometalik kimya adında başka bir dalı oluşturur.

<span class="mw-page-title-main">Potasyum nitrat</span>

Potasyum nitrat, formülü KNO3 olan bir potasyum bileşiğidir. Güherçile olarak da bilinen bileşik doğal hâlde kayaçlarda ve mağaralarda oluşan beyaz renkli kabuksu yapıda bulunur.

<span class="mw-page-title-main">Bileşik</span> Kimyasal olarak bağlanmış birden fazla elementten oluşan madde

Kimyasal bileşik, kimyasal bağlarla bir arada tutulan birden fazla kimyasal elementin atomlarını içeren birçok özdeş molekülden oluşan kimyasal maddedir. Dolayısıyla tek bir elementin atomlarından oluşan bir molekül bileşik değildir. Bir bileşik, diğer maddelerle etkileşimi içerebilen kimyasal reaksiyonla farklı bir maddeye dönüştürülebilir. Bu süreçte atomlar arasındaki bağlar kırılabilir ve/veya yeni bağlar oluşabilir.

<span class="mw-page-title-main">Damıtma</span> Karışımları ayırma yöntemi

Damıtma ya da destilasyon, iki veya daha fazla bileşen içeren bir karışımın ısıtılıp, buhar ve sıvı faz oluşturmak suretiyle daha uçucu bileşence zengin karışımların elde edilmesini sağlayan ayırma işlemidir. Ayırma işlemi sırasında, buhar faz daha uçucu olan A bileşeni tarafından zenginleşirken, sıvı faz ise kaynama sıcaklığı daha yüksek olan B bileşenince zenginleşir. Fakat yüzde 100 A içeren bir buhar faz elde edilemez.

Kolloid, gerçek çözelti ile heterojen karışımlar arasında yer alan ara karışımların adıdır. Burada dağılan fazın tanecik boyutu, yaklaşık 1-1000 nm dolayındadır. 1861'de İskoçyalı bilim insanı Thomas Graham, değişik maddelerin parşömen zarından geçişlerini incelemiş ve bunlardan bazılarının hızlı, bazılarının yavaş hareket ettiklerini gözlemlemiştir. Örneğin albümin, jelatin, arap zamkı gibi maddeler yavaş hareket ederken, şeker, potasyum hidroksit, sodyum klorür gibi maddelerin zardan çok hızlı geçtiklerini tespit etmiştir. Buna göre Graham, çözünmüş maddeleri zardan geçişlerine göre kristaloidler ve kolloidler olarak ikiye ayırmıştır. Kolloidler, büyük moleküllü oldukları için zardan geçememiştir. Sonunda nişasta, jelatin gibi maddeler zamk ile aynı özellikleri gösterdiği için Yunancada zamk anlamına gelen kola kelimesinden türeyen kolloid sözcüğü ile adlandırılmıştır. Ancak bilimsel gelişmeler sonucunda Graham'ın kolloid olarak nitelendirdiği protein gibi maddeleri kristallendirmek ve kristaloid olarak nitelendirdiği kükürdün kolloidal çözeltisini hazırlamak mümkün olmuştur ve bu nedenle Graham'ın bu sınıflandırması önemini yitirmiştir.

<span class="mw-page-title-main">Amin (kimya)</span>

Aminler, amonyaktaki bir veya daha fazla hidrojen atomunun organik radikaller ile değiştirilmesi yöntemiyle türetilmiş organik bileşikler ve fonksiyonel gruplardır. Yapısal olarak aminler amonyağa benzerler, ama bir veya daha fazla hidrojen atomu, alkil veya aril gibi organik sübstitüentlerle yer değiştirmiştir. Bu kuralın önemli bir istisnası RC(O)NR2 tipi bileşiklerdir (C(O) karbonil grubuna karşılık gelir), bunlara amin yerine amid denir. Amidler ve aminlerin yapıları ve özellikleri farklı olduğu için bu ayrım kimyasal olarak önemlidir. Adlandırma açısında biraz akıl karıştırıcı olan bir nokta, bir aminin N-H grubunun N-M (M= metal) ile değişmesi hâlinde buna da amid denmesidir. Örneğin (CH3)2NLi, lityum dimetilamid'dir.

<span class="mw-page-title-main">Asetik asit</span> kimyasal bileşik

Asetik asit veya etanoik asit CH3COOH formüllü bir organik asittir, sirkeye ekşi tadını ve keskin kokusunu vermesiyle bilinir. Bu yüzden halk arasında sirke ruhu veya sirke asidi şeklinde de adlandırılır. Karboksilik asitlerin en küçüklerindendir (en küçük olan formik asittir). Doğada karbonhidratların yükseltgenmesiyle oluşur. Sanayide asetik asit hem biyolojik yolla hem de sentetik yolla imal edilir. Tuz ve esterine asetat denir. Suda tamamen çözünür.

Nitrik asit, HNO3 kimyasal formülüne sahip oldukça aşındırıcı bir inorganik asittir. Kezzap olarak da bilinir. Saf hâldeki bileşik renksizdir. Ancak uzun süre bekleyen eski asitler azot oksitleri ve suya ayrışması nedeniyle sarı renge dönebilme özelliğindedirler. Piyasada bulunan nitrik asitlerin çoğu % 68'lik bir konsantrasyona sahiptir. Çözelti, %86'dan fazla HNO3 içerdiğinde, dumanlı nitrik asit olarak adlandırılır. Mevcut azot dioksit miktarına bağlı olarak, dumanlı nitrik asit ayrıca %86’nın üzerindeki konsantrasyonlarda kırmızı dumanlı nitrik asit veya %95’in üzerindeki konsantrasyonlarda beyaz dumanlı nitrik asit olarak tanımlanır.

Çözücü veya solvent bir katıyı, sıvıyı ya da gaz çözünen maddeyi çözerek çözelti oluşturan sıvı ya da gaz maddedir. Günlük hayatta en yaygın çözücü sudur.

<span class="mw-page-title-main">Sodyum bisülfat</span> kimyasal madde

Sodyum bisülfat, diğer bir adı sodyum hidrojen sülfat (NaHSO4) olan bu kimyasal madde asit tuz karakterlidir. Kuru halde iken güvenli bir şekilde nakledilebilir ve depolanabilir. Susuz formu higroskopiktir. Sodyum bisülfat suda hidroliz olarak asidik çözelti verir. 1 Molarlık çözeltisinin pH değeri 1 den küçüktür. Sodyum bisülfat yavaşça ısıtılırsa suyunu kaybederek sodyum pirosülfata dönüşür.

2NaHSO4 → Na2S2O7 + H2O
<span class="mw-page-title-main">Kimyasal madde</span> sabit bir kimyasal bileşimi ve karakteristik özelliklere sahip bir madde türü

Kimyasal madde, kimyevî madde veya kısaca kimyasal, sabit bir kimyasal bileşimi ve karakteristik özelliklere sahip bir madde türüdür. Bu kimyasal bağlar bozulmadan, fiziksel ayırma yöntemleri ile bileşenlerine ayrılmaz. Bu kimyasallar katı, sıvı veya gaz hâlinde olurlar.

<span class="mw-page-title-main">İzopropil alkol</span>

İzopropil alkol (IUPAC ismi: propan-2-ol), CH3CH(OH)CH3 (bazen i-PrOH şeklinde de temsil edilir) kimyasal formülüne sahip organik bileşik. Renksiz ve yanıcıdır. Güçlü bir kokusu vardır. Alkol karbon atomunun diğer iki karbon atomuna ve propil grubunun hidroksil grubuna bağlı olduğu bu bileşik -bazen (CH3)2CHOH şeklinde de gösterilir- ikincil alkolün en basit örneğidir. 1-propanol'ün yapısal izomeridir. Evsel ve endüstriyel alanda çeşitli kullanımları vardır.

<span class="mw-page-title-main">İyodik asit</span>

İyodik asit, HIO3, beyaz veya kirli beyaz bir katı madde olarak elde edilebilir. Suda çok iyi çözünür, ancak klorik asit veya bromik asidin aksine saf halde bulunur. İyodik asit +5 oksidasyon durumunda iyot içerir ve halojenlerin saf halde en stabil okso-asitlerinden biridir. İyot asidi dikkatle ısıtıldığında pentoksit iyice dehidre olur. Daha sonraki ısıtmada, iyot pentoksit ayrıca iyot, oksijen ve düşük iyot oksitleri karışımı vererek ayrışır.

<span class="mw-page-title-main">Hidrojen iyodür</span> kimyasal birleşik

Hidrojen iyodür (HI) iki atomlu bir molekül ve hidrojen halojenürdür. Sulu çözeltisi, güçlü bir asit olan hidroiyodik asit veya hidriyodik asit olarak bilinir. Bununla birlikte, hidrojen iyodür ve hidroiodik asit, birincisinin standart koşullar altında bir gaz olması, diğerinin ise söz konusu gazın sulu bir çözeltisi olması bakımından farklıdır. Birbirine dönüştürülebilir. HI, organik ve inorganik sentezlerde birincil iyot kaynaklarından biri ve bir indirgeyici madde olarak kullanılır.

<span class="mw-page-title-main">Ayırma işlemi</span> kimyasal madde karışımını iki veya daha fazla ürüne dönüştürmek için kullanılan yöntem

Ayırma işlemi, bir kimyasal madde karışımını en az iki veya daha fazla ürüne dönüştürmek için kullanılan yönteme verilen addır. Ayırma işlemi sonucunda oluşan ürünlerden en az biri, kaynaktaki bileşenlerden en az biri ya da birden fazlası bakımından zenginleşir. Bazı durumlarda karışımlar bir ayırma işlemiyle neredeyse tamamen saf iki bileşene ayırabilir. Karışımın bileşenleri arasındaki fiziksel veya kimyasal farklarından yararlanılarak ayırma gerçekleştirilir.

<span class="mw-page-title-main">Hidrojen bromür</span>

Hidrojen bromür, HBr formülüne sahip iki atomlu moleküldür. Renksiz bir bileşik ve bir hidrojen halojenürdür. Hidrobromik asit, su içinde bir HBr çözeltisidir. Hem HBr'nin susuz hem de sulu çözeltileri, bromür bileşiklerinin hazırlanmasında ortak reaktiflerdir.

Benzil klorür, C
6
H
5
CH
2
Cl
formüllü organik bileşik. Kimyasal tepkimelerde çokça kullanılan renksiz sıvı. Kaynama noktası 179 °C'dir. Suda çözünmez. Etanol, dietil eter, kloroform ve karbon tetraklorürde çözünür.