Définition et exemples d'azéotrope

Un azéotrope est un mélange de liquides qui maintient sa composition et son point d'ébullition pendant la distillation. Il est également connu comme un mélange azéotropique ou un mélange à point d'ébullition constant. L'azéotropie se produit lorsqu'un mélange est bouilli pour produire une vapeur qui a la même composition que le liquide. Le terme est dérivé en combinant le préfixe «a», signifiant «non», et les mots grecs pour bouillir et tourner. Le mot a été utilisé pour la première fois dans une publication des chimistes anglais John Wade (1864-1912) et Richard William Merriman en 1911.

En revanche, les mélanges de liquides qui ne forment en aucun cas un azéotrope sont appelés zéotropes.

Types d'azéotropes

Les azéotropes peuvent être classés en fonction de leur nombre de constituants, de leur miscibilité ou de leurs points d'ébullition:

• Nombre de mandants: Si un azéotrope est constitué de deux liquides, il est appelé azéotrope binaire. Un azéotrope composé de trois liquides est un azéotrope ternaire. Il existe également des azéotropes constitués de plus de trois constituants.
• Hétérogène ou homogène: Les azéotropes homogènes sont constitués de liquides miscibles. Ils forment une solution. Les azéotropes hétérogènes sont incomplètement miscibles et forment deux phases liquides.
• Positif ou négatif: Un azéotrope positif ou un azéotrope à ébullition minimale se forme lorsque le point d'ébullition du mélange est inférieur à celui de l'un de ses constituants. Un azéotrope négatif ou un azéotrope à ébullition maximale se forme lorsque le point d'ébullition du mélange est supérieur à celui de l'un de ses constituants.

Exemples

Faire bouillir une solution d'éthanol à 95% dans l'eau produira une vapeur qui est de l'éthanol à 95%. La distillation ne peut pas être utilisée pour obtenir des pourcentages plus élevés d'éthanol. L'alcool et l'eau étant miscibles, toute quantité d'éthanol peut être mélangée à n'importe quelle quantité pour préparer une solution homogène qui se comporte comme un azéotrope.

Le chloroforme et l'eau, d'autre part, forment un hétéroazéotrope. Un mélange de ces deux liquides se séparera, formant une couche supérieure composée principalement d'eau avec une petite quantité de chloroforme dissous et une couche inférieure composée principalement de chloroforme avec une petite quantité d'eau dissoute. Si les deux couches sont bouillies ensemble, le liquide bouillira à une température inférieure au point d'ébullition de l'eau ou du chloroforme. La vapeur résultante sera constituée de 97% de chloroforme et de 3% d'eau, quel que soit le rapport dans les liquides. La condensation de cette vapeur se traduira par des couches qui présentent une composition fixe. La couche supérieure du condensat représentera 4,4% du volume, tandis que la couche inférieure représentera 95,6% du mélange.

Séparation azéotrope

Étant donné que la distillation fractionnée ne peut pas être utilisée pour séparer les composants d'un azéotrope, d'autres méthodes doivent être utilisées:

• La distillation à variation de pression applique des changements de pression pour modifier la composition d'un mélange afin d'enrichir le distillat avec le composant souhaité.
• Une autre technique implique l'ajout d'un entraîneur, une substance qui modifie la volatilité de l'un des composants de l'azéotrope. Dans certains cas, l'entraîneur réagit avec un composant pour former un composé non volatil. La distillation à l'aide d'un entraîneur est appelée distillation azéotropique.
• La pervaporation consiste à séparer les composants à l'aide d'une membrane plus perméable à l'un des composants qu'à l'autre. La perméation à la vapeur est une technique connexe, utilisant une membrane plus perméable à la phase vapeur d'un composant qu'un autre.

La source

• Wade, John et Richard William Merriman. "CIV.-Influence de l'eau sur le point d'ébullition de l'alcool éthylique à des pressions supérieures et inférieures à la pression atmosphérique." Journal de la Chemical Society, Transactions 99,0 (1911): 997-1011. Impression.