Propiedades de los azeótropos

Question

Consideremos dos líquidos cuyas presiones de vapor en estado puro son ${P^o}_A$ y ${P^o}_B$ . ${P^o}_B >{P^o}_A$ lo que implica que el líquido B es más volátil. Si los líquidos formaran una solución ideal, se obtendría una línea recta (dibujada con rojo en el diagrama) para la presión de vapor de la solución. Sin embargo, si formaran una solución no ideal con desviación positiva, se habría obtenido la curva roja.

Ahora, tenemos un máximo en esa curva. En esa composición, la solución se llamaría punto de ebullición mínimo azeótropo . Entiendo por qué punto de ebullición mínimo . Es por la presión máxima de vapor pero lo que no entiendo en absoluto son estos puntos:

1. El azeótropo hierve a una temperatura constante.

2. La composición del azeótropo permanece fija durante la ebullición.

3. La mezcla azeotrópica no puede ser separada por destilación destilación fraccionada.

Estos puntos no son realmente explícitos en el gráfico. No soy capaz de entender las razones de esos puntos. ¿Puede alguien proporcionar una visión matemática/ intuitiva de los azeótropos en relación con estas 3 propiedades?

Además, "en un azeótropo o mezcla en ebullición a temperatura constante, el vapor tiene la misma composición que el líquido". ¿Cómo podemos afirmar con seguridad que el punto de máxima es el punto donde el vapor tiene la misma composición que el líquido?

Answer 1

En primer lugar, enumeraré los cuatro puntos que hay que abordar.

1. Las fases líquida y de vapor tienen la misma composición en un azeótropo.
2. El azeótropo hierve a una temperatura constante.
3. La composición del azeótropo permanece fija durante la ebullición.
4. La mezcla azeotrópica no puede ser separada por destilación fraccionada.

Asumiré la definición de azeótropo como una solución cuya composición es tal que existe en un extremo local de una parcela Pxy o Txy. En cambio, prefiero tomar 1. como definición, en cuyo caso mi definición original se deduce como propiedad de un azeótropo, pero ambos enfoques son equivalentes.

"Prueba" de 1., por contradicción. Superpón la correspondiente curva de presión de vapor en función de $y_A$ para que su parcela sea una parcela Pxy para las especies $A$ . Esta nueva curva de presión de vapor debe tocar la curva original en la composición azeotrópica $x^*=y^*=z$ ya que, de lo contrario, una línea de unión conectaría dos fases de vapor en algún $P$ lo cual es físicamente irrazonable.

Prueba de 2. Consulte el gráfico Pxy de 1. El punto de rocío y el punto de burbuja coinciden en el azeótropo, por lo que la transición de fase sólo se produce en un valor de $P$ y, por tanto, sólo en un valor de $T$ .

Prueba de 3. Refiérase a la gráfica de Pxy de 1. El punto de rocío y el punto de burbuja coinciden en el azeótropo, y así deben ser las composiciones de cada fase.

Prueba de 4. La destilación fraccionada se basa en que la composición de las fases de vapor y de líquido es diferente. Esto queda excluido por 3. en un azeótropo.