Azeotropne smeše

Azeotropne smeše su smeše koje ne menjaju svoj sastav pri prelasku iz tečnog u gasovito agregatno stanje. Naziv su dobile od grčkih reči koje u doslovnom prevodu znače "ključa nepromenjeno", to jest ako se izvodi frakciona destilacija, kao krajnji rezultat dobijaju se odvojena čista komponenta A i azeotropni rastvor. Prvo se mislilo da su oni nezavisna hemijska jedinjenja, dok se nije dokazalo da se promenom pritiska menja i sastav smeše. Poznati primer je rastvor HCl u H2O, koji ima maksimalnu tačku ključanja od 108,58 °C za koncentraciju od 20,222% HCl.

Idealni rastvori

Idealni rastvori su smeše kod kojih su kohezione sile jednake između molekula u čistom stanju i u smeši. Ako se rastvor sastoji iz komponenata A i B, sile između A i A biće jednake sa onima između A i B, kao i B i B.

Napon pare

Napon pare je važna karakteristika u teoriji rastvora. Njenim proučavanjem u zavisnosti od temperature, pritiska i koncentracije dobijaju se podaci o osobinama istih. Napon pare komponente A može se definisati kao tendencija isparavanja komponente iz rastvora. Za rastvor se kaže da je idealan ako je tendencija isparavanja svake komponente proporcionalna molskom udelu komponente u rastvoru. Iz definicije idealnog rastvora sledi da je ponašanje molekula nezavisno od toga kakva im je okolina.

Raulov zakon

Termodinamički zakon za idealne smeše prvi je postavio Fransoa Mari Raul 1886. godine. Zakon se definiše formulom p=p0*x, gde je p parcijalni napon pare komponente A iznad rastvora, p0 je napon pare čiste tečnosti A, dok je x molska frakcija komponente A na istoj temperaturi. Napon pare tečnosti se smanjuje ako se komponenta B doda čistoj tečnosti A.

Zavisnost napona pare rastvora

Odstupanje od Raulovog zakona

Raulov zakon podrazumeva jednoobraznost međumolekulskih sila, koju postiže mali broj rastvora. Jednakost zahteva poštovanje dva termodinamička uslova: ne sme doći do promene zapremine rastvora prilikom mešanja i ne sme postojati toplota rastvaranja. Postoje dve vrste odstupanja od zakona idealnog rastvora.

Vrste odstupanja od Raulovog zakona

• Pozitivno odstupanje od zakona je prisutno kod smeše ugljen-dioksida i acetona. Dok bi idealan rastvor sledio isprekidane linije na dijagramu, pozitivno odstupanje karakterišu više vrednosti napona pare. Ako je F(A-A)>F(A-B)<F(B-B), kao posledica slabih kohezionih sila između komponenata javlja se veća težnja za isparavanjem komponente iz rastvora. Kao rezultat javlja se udanjavalje od potpune mešljivosti komponenti rastvora. Ona se odražava povećavanjem zapremine pri mešanju, kao i apsorbovanjem toplote prilikom istog. Često je za vodene rastvore.
• Negativno odstupanje je prisutno u smeši hloroforma i acetona. Ako je F(A-A)<F(A-B)>F(B-B), zbog veće privlačne sile između različitih molekula u rastvoru od privlačnih sila između istih molekula u čistim tečnostima, čežnja komponenata za odlaženjem iz rastvora manja je od one u čistim komponentama. Posledica jakih sila je oslobađanje toplote pri mešanju i smanjenje zapremine rastvora.

Negativno odstupanje daje maksimum tačke ključanja na dijagramu stanja, dok pozitivno daje minimum na istom. Tada para u ravnoteži sa tečnošću sadrži manju količinu komponente koja povećava napon pare kada se dodaje sistemu. U maksimumu ili minimumu krive napona pare, para i tečnost imaju isti sastav.

Razdvajanje komponenti azeotropnog rastvora

Destilacija je jedan od primarnih postupaka za razdvajanje rastvora na komponente. Pošto destilacijom nije moguće razdvojiti komponente azeotropne smeše, postavljaju se različite teorije o azeotropnim smešama kao samostalnim jedinjenjima. Ipak, posebnim vrstama destilacija, promenom pritiska ili dodavanjem određenih supstanci moguće je doći do traženih komponenti.

Literatura

• W.J.Moore (1967). Fizička hemija. Beograd: Naučna knjiga. 
• P.W.Atkins, M.J.Clugston (1996). Načela fizikalne hemije. Zagreb: Školska knjiga.