¿Qué es un azeótropo? – Definición y ejemplos

Un azeótropo es una mezcla de dos o más líquidos con un punto de ebullición constante. La composición del vapor y la composición del líquido son idénticas, por lo que los componentes de la mezcla no se pueden separar por simple destilación. Las proporciones de la mezcla que forman un azeotrópico se denominan composición azeotrópica . La temperatura a la que hierve el líquido (a una presión determinada) es la temperatura azeotrópica . La temperatura azeotrópica puede ser más alta o más baja que los puntos de ebullición de los componentes de la mezcla.

Los químicos John Wade y Richard William Merriman acuñaron la palabra «azeótropo» en un artículo de 1911 que describía el comportamiento de las mezclas de etanol y agua. El término proviene de las obras griegas para «hervir» y «dar vuelta», con el prefijo a- (no), que significa «sin cambio de hervir». Por el contrario, un zeótropo es una mezcla de líquidos que tienen diferentes puntos de ebullición y pueden separarse por destilación.

Un azeótropo es una mezcla que hierve a temperatura constante y tiene la misma composición en sus fases líquida y vapor.

Tipos de azeótropos

Los azeótropos se clasifican según el número de componentes, si son homogéneos o heterogéneos, y si su punto de ebullición es superior o inferior al de los componentes.

• Azeótropos binarios y ternarios : Un azeótropo binario es un azeótropo que consta de dos componentes. Un azeótropo ternario consta de tres componentes. También hay azeótropos compuestos por más de tres componentes.
• Azeótropos homogéneos y heterogéneos : Un azeótropo homogéneo consiste en líquidos miscibles . El etanol y el agua forman un azeótropo homogéneo. Un azeótropo heterogéneo consta de líquidos inmiscibles que se separan en dos fases. El cloroformo y el agua forman una mezcla azeotrópica heterogénea. La capa superior es principalmente agua con una pequeña cantidad de cloroformo disuelto, mientras que la capa inferior es principalmente cloroformo con una pequeña cantidad de agua disuelta. Cuando las dos capas se hierven juntas, el vapor resultante consiste en 97% de cloroformo y 3% de agua, independientemente de la proporción de líquido.
• Azeótropos positivos y negativos : Un azeótropo positivo o azeótropo de punto de ebullición mínimo tiene puntos de ebullición más bajos que sus constituyentes. Por ejemplo, una mezcla zeotrópica de etanol y agua (aproximadamente 96% de etanol y 4% de agua) hierve a 78,174 ° C, mientras que el etanol puro hierve a 78,3 ° C y el agua pura hierve a 100 ° C. Un azeótropo negativo o azeótropo de punto de ebullición máximo tiene un punto de ebullición más alto que sus componentes. El cloruro de hidrógeno y el agua forman un azeótropo negativo. La mezcla azeotrópica hierve a 110 ° C, mientras que el agua hierve a 100 ° C y el HCl hierve a -85 ° C.

Por qué no se puede destilar etanol al 100%

Por ejemplo, no puede destilar una mezcla de etanol (alcohol de grano) y agua para obtener alcohol puro porque los dos compuestos forman una mezcla azeotrópica. Lo mejor que puede obtener es aproximadamente un 95,6% de etanol.

Digamos que comienza con una mezcla que contiene algo de alcohol en agua. Si lo destila, recolecta el vapor y lo condensa como líquido, tendrá una mezcla enriquecida en alcohol. Puedes repetir el proceso hasta que obtengas una mezcla que sea 95,6% de etanol y 0,4% de agua. Luego, chocas contra una pared porque el vapor del azeótropo es idéntico a su composición líquida. Esencialmente, una mezcla azeotrópica hierve como si fuera un líquido puro.

Usos azeótropos

Un uso de los azeótropos es separar mezclas zeotrópicas más fácilmente. Por ejemplo, el ácido acético y el agua forman una mezcla zeotrópica. Pero el ácido acético tiene un punto de ebullición (118,1 ° C) demasiado cercano al del agua para una destilación eficaz. La adición de acetato de etilo forma un azeótropo con agua con un punto de ebullición azeotrópico de 70,4 ° C. El acetato de etilo actúa como agente de arrastre, por lo que el agua y el acetato de etilo se evaporan, dejando ácido acético casi puro.

Los azeótropos también se utilizan como patrones para probar detectores y cromatógrafos de gases.

Cómo separar azeótropos

Aunque la destilación simple no puede separar los componentes de una mezcla azeotrópica, existen otros métodos utilizados para aislar los componentes.

• La destilación por cambio de presión utiliza cambios de presión para cambiar la composición de una mezcla, enriqueciendo el destilado con el componente deseado.
• Un agente de arrastre altera la volatilidad de uno de los componentes azeótropos. A veces, el agente de arrastre reacciona con un componente para formar un compuesto no volátil. La destilación que utiliza un entrante se denomina destilación azeotrópica.
• La pervaporación separa los componentes mediante una membrana que es más permeable a un componente que al otro. La permeación de vapor es una técnica relacionada, que utiliza una membrana más permeable a la fase de vapor de un componente que de otro.

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