共沸
編輯共沸物 (/??zi???tro?p/) 或恒定加熱點混合物是兩種或多種液體的混合物,其比例不能通過簡單蒸餾改變或改變。 當共沸物沸騰時會發生這種情況,蒸汽與未煮沸的混合物具有相同比例的成分。 因為它們的組成不會因蒸餾而改變,所以共沸物也被稱為(特別是在較舊的教科書中)恒沸點混合物。
一些化合物對的共沸混合物是已知的,并且三種或更多種化合物的許多共沸物也是已知的。 在這種情況下,不可能通過分餾來分離組分,而通常使用共沸蒸餾來代替。 共沸物有兩種類型:最小沸點共沸物和xxx沸點共沸物。 與拉烏爾定律有較大正偏差的溶液會在特定組成下形成最低沸點共沸物。 例如,乙醇-水混合物(通過糖類發酵獲得)在分餾時產生的溶液最多含有 95%(體積)的乙醇。 一旦達到該組成,液體和蒸汽就具有相同的組成,不會發生進一步的分離。與拉烏爾定律有較大負偏差的溶液會在特定組成下形成xxx沸點共沸物。 硝酸和水是這類共沸物的一個例子。 這種共沸混合物的組成大約為 68% 的硝酸和 32% 的水,沸點為 393.5 K (120.4 °C)。
詞源
編輯共沸物一詞源自希臘語 ζ?ειν(煮沸)和 τρ?πο?(轉動),前綴為 α-(否)以給出整體含義,沸騰時沒有變化。 該術語由英國化學家約翰·韋德和理查德·威廉·梅里曼于 1911 年創造。
類型
編輯正負共沸物
每種共沸物都有一個特征沸點。 共沸物的沸點要么低于其任何成分的沸點溫度(正共沸物),要么高于其任何成分的沸點(負共沸物)。
顯示共沸行為的 p-v-x 圖的構造如附圖所示
正共沸物的一個眾所周知的例子是 95.63% 的乙醇和 4.37% 的水(按質量計),沸點為 78.2 °C。乙醇的沸點為 78.4 °C,水的沸點為 100 °C,但共沸物的沸點為 78.2 °C C,低于其任何一個成分。 事實上,78.2 °C 是任何乙醇/水溶液在大氣壓下可以沸騰的最低溫度。 通常,正共沸物的沸騰溫度低于其成分的任何其他比例。 正共沸物也稱為最小沸點混合物或壓力xxx共沸物。
通常,負共沸物的沸騰溫度高于其成分的任何其他比例。 負共沸物也稱為xxx沸點混合物或壓力最小共沸物。 負共沸物的一個例子是濃度為 20.2% 的鹽酸和 79.8% 的水(按質量計)。 氯化氫在 -84 °C 沸騰,水在 100 °C 沸騰,但共沸物在 110 °C 沸騰,高于其任何一種成分。 任何鹽酸溶液可以沸騰的最高溫度為 110 °C。 其他例子:
- 氫氟酸 (35.6%) / 水,沸點 111.35 °C
- 硝酸 (68%) / 水,在 1 atm 下在 120.2 °C 下沸騰
- 高氯酸 (71.6%) / 水,沸點 203°C
- 硫酸 (98.3%) / 水,沸點 338°C
均相和非均相共沸物
如果混合物的成分以任何比例彼此完全混溶,則共沸物的類型稱為均相共沸物。 例如,可以將任意量的乙醇與任意量的水混合以形成均勻溶液。
如果成分不完全混溶,則可以在混溶間隙內發現共沸物。 這種類型的共沸物稱為多相共沸物或異質共沸物。 異質共沸蒸餾將有兩個液相。 例如,丙酮/甲醇/氯仿形成中等沸點(鞍形)共沸物。
例如,如果等體積的氯仿(20°C 時水溶解度為 0.8 g/100 ml)和水一起搖動,然后靜置,液體將分成兩層。 分層分析,上層主要是水,溶解有少量氯仿,下層主要是氯仿,溶解有少量水。 如果將兩層一起加熱,層系統將在 53.3 °C 沸騰,這低于氯仿的沸點 (61.2 °C) 或水的沸點 (100 °C)。 蒸汽將由 97.0% 的氯仿和 3.0% 的水組成,無論每個液體層存在多少,前提是這兩層確實存在。
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