Αζεότροπα με βάση τον αριθμό των συστατικών

Ένα αζεότροπο είναι ένα υγρό μείγμα με σταθερό σημείο βρασμού και την ίδια σύνθεση ατμών με το υγρό. Χρησιμοποιώντας την απόσταξη, μπορούμε να διαχωρίσουμε στοιχεία που κανονικά θα αναμειγνύονται σε ένα ιδανικό διάλυμα, καθώς ένα συστατικό είναι συχνά πιο πτητικό. Ωστόσο, οι συγκεντρώσεις ατμού και υγρού είναι οι ίδιες εάν ο συνδυασμός σχηματίζει ένα αζεότροπο, καθιστώντας τον διαχωρισμό δύσκολο. Διαφορετικά υγρά συνδυάζονται για να δημιουργήσουν ένα αζεότροπο. Ο συνδυασμός τους μπορεί να έχει χαμηλότερο σημείο βρασμού από οποιοδήποτε από τα συστατικά. Τα αζεότροπα σχηματίζονται όταν η απόσταξη δεν μπορεί να αλλάξει ένα μέρος του υγρού. Στις περισσότερες περιπτώσεις, κλασματοποίηση ή επαναλαμβανόμενη απόσταξη σε στάδια (άρα ο όρος «κλασματική») μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την εξαγωγή συστατικών από διαλύματα. Η απόσταξη είναι όταν τα πιο πτητικά συστατικά εξατμίζονται και διαχωρίζονται από τα λιγότερο πτητικά συστατικά, με αποτέλεσμα δύο διακριτά διαλύματα.

Εξήγηση αζεοτροπικού μείγματος

Όταν πρόκειται για αζεότροπα, δεν θα μπορείτε να αλλάξετε το μέγεθός τους με απόσταξη. Αυτό συμβαίνει επειδή όταν το μείγμα θερμαίνεται, εκπέμπει αναθυμιάσεις με την ίδια ποσότητα στοιχείων όπως το άψητο μείγμα, κάτι που εξηγεί αυτό. Ως αποτέλεσμα, είναι «στάσιμα οριακά μείγματα». Επομένως, στη συγκεκριμένη περίπτωση, η κλασματική απόσταξη δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον διαχωρισμό των συστατικών ενός συνδυασμού.

Ιδανικές λύσεις έναντι αζεοτροπών

Οι ιδανικές λύσεις αποτελούνται από ένα ομοιογενές σύνολο συστατικών με διακριτές φυσικές ιδιότητες. Επειδή οι αλληλεπιδράσεις μεταξύ μορίων διαλυμένης ουσίας και διαλύτη είναι ίδιες σαν κάθε μόριο να ήταν μόνο του, ο νόμος του Raoult υποστηρίζει αυτές τις λύσεις. Το βενζόλιο και το τολουόλιο, για παράδειγμα, είναι καλές επιλογές.

Από την άλλη πλευρά, το αζεότροπο δεν ταιριάζει με αυτήν την περιγραφή, καθώς η αναλογία συστατικών ενός εξατμισμένου διαλύματος είναι παρόμοια με αυτή του εξατμισμένου διαλύματος όταν βράζει. Ως εκ τούτου, ένα αζεότροπο μπορεί να χαρακτηριστεί ως διάλυμα με την ίδια υγρή σύνθεση στους ατμούς του.

Όπως μπορείτε να περιμένετε, η απόσταξη μιας τέτοιας ουσίας είναι πρόκληση. Ωστόσο, καθώς η καθαρή αιθανόλη είναι σχεδόν ανύπαρκτη, η πιο συμπυκνωμένη μορφή αιθανόλης είναι ένα αζεότροπο, 95,6 τοις εκατό αιθανόλη κατά βάρος.

Το αζεότροπο μπορεί να βρεθεί σε σημείο βρασμού συγκεκριμένο για το εν λόγω συστατικό. Το αζεότροπο βρίσκεται σε ένα καθορισμένο σημείο βρασμού στο σημείο Μ. Για παράδειγμα, φανταστείτε ένα μείγμα 64 τοις εκατό D και 32 τοις εκατό νερού στο σημείο Ζ. Νερό + αζεότροπο θα ήταν το διάλυμα εάν το ίδιο διάλυμα περιείχε λιγότερο από 64%.

Το συστατικό D+Azeotrope θα ήταν η απάντηση εάν το ποσοστό ήταν μεγαλύτερο από 64%. Θερμοκρασίες υψηλότερες ή χαμηλότερες θα οδηγούσαν σε διαφορετική συγκέντρωση C ή D. Ως εκ τούτου, ένα αζεότροπο μπορεί να υπάρχει μόνο σε ένα εύρος θερμοκρασίας.

Επιπλέον, δεδομένου ότι το σημείο βρασμού του αζεότροπου είναι υψηλότερο από το άθροισμα των συστατικών του μερών, αναφέρεται ως αρνητικό αζεότροπο. Από την άλλη πλευρά, το σημείο βρασμού ενός θετικού αζεοτρόπου είναι χαμηλότερο από αυτό οποιουδήποτε από τα συστατικά του, όπως θα υποθέσει κανείς.

Τύποι αζεοτροπικού μείγματος

Αζεότροπα μέγιστου βρασμού

Τα θετικά αζεότροπα είναι τα μείγματα αζεοτρόπων που παρουσιάζουν μεγάλες θετικές αποκλίσεις. Δείτε εδώ τα διάφορα σημεία που σχετίζονται με τα θετικά αζεότροπα:

• Τα σημεία βρασμού για τέτοια αζεότροπα είναι μικρότερα από τα σημεία βρασμού που αποτελούν.

• Οι τύποι μειγμάτων είναι τα μείγματα που εκβάλλουν τη μεγαλύτερη πίεση ατμών με το χαμηλότερο σημείο βρασμού.

• Παράδειγμα:Ας υποθέσουμε ότι το αζεοτροπικό μείγμα είναι 96% και περιέχει 4% νερό, τότε είναι θετικό αζεότροπο. Δείχνει τη σημαντική θετική απόκλιση σύμφωνα με το νόμο του Raoult.

Αζεότροπα ελάχιστου βρασμού 

Ένα μείγμα, δηλαδή ζεοτροπικό, έχει τα ίδια σημεία βρασμού με συνοχή: 

• Η παρουσία της ίδιας συγκέντρωσης θα βοηθήσει στην αποφυγή του διαχωρισμού.
• Τα αζεότροπα σχηματίζονται μόνο όταν υπάρχει εμφάνιση ατμού με τη θέρμανση ενός μείγματος.
• Η απόκλιση ποικιλίας με τον νόμο του Raoult καθορίζει τόσο σημεία δρόσου όσο και φυσαλίδες.
• Και αν το μείγμα σχηματιστεί με το μη αζεοτροπικό, αυτές οι συνθήκες είναι γνωστές ως αζεοτροπικές.

Ομογενή Αζεότροπα

Αυτά είναι αζεότροπα στα οποία όλα τα συστατικά είναι εξαιρετικά διαλυτά.

Υπάρχουν πολλά παραδείγματα ομοιογενών αζεοτρόπων, συμπεριλαμβανομένης της αιθανόλης και του νερού.

Ετερογενή Αζεότροπα

Τα ετερογενή αζεότροπα βρίσκονται σε μικτές δομές και δεν αναμειγνύονται.

Συμπέρασμα

Τα αζεότροπα αναμειγνύουν τουλάχιστον δύο υγρά με την ίδια συγκέντρωση στη φάση υγρού και ατμού. Επομένως, τα αζεότροπα δεν υπακούουν στον νόμο του Raoult. Αν και το όνομα αζεότροπο χρησιμοποιείται επί του παρόντος εκτενώς για να εκφράσει αυτό το περιστατικό, η φράση «μίγμα σταθερού σημείου βρασμού» είναι πιο διαδεδομένη στα προηγούμενα επιστημονικά βιβλία.

Υποδηλώνει ότι αυτά τα μείγματα δεν είναι ιδανικές λύσεις και αποδεικνύουν απόκλιση από το νόμο του Raoult. Στα αζεοτροπικά μείγματα, ένα συστατικό έχει μεγαλύτερο ή χαμηλότερο σημείο βρασμού από ένα άλλο. Σε αυτά τα μείγματα, τα μοριακά κλάσματα των συστατικών στη φάση υγρού και ατμού είναι τα ίδια. Ως αποτέλεσμα, η κλασματική απόσταξη δεν θα λειτουργήσει για τον διαχωρισμό τους.

Τρεις απλοί δεσμοί C-C με μήκος δεσμού 1,54 Α και τρεις διπλοί δεσμοί C=C με μήκος δεσμού 1,34 Α βρίσκονται στις προαναφερθείσες δομές (Ι) και (ΙΙ). Ωστόσο, ανακαλύφθηκε ότι και οι έξι δεσμοί άνθρακα και άνθρακα είναι πανομοιότυποι και ανακαλύφθηκε ένας ενδιάμεσος δεσμός C-C και C+C 1,39 A. Η κακή αντιδραστικότητα του αλογόνου στο βρωμιούχο βινύλιο μπορεί να εξηγηθεί περαιτέρω από τα φαινόμενα συντονισμού.

Η ενέργεια συντονισμού είναι η διαφορά μεταξύ του πραγματικού μορίου και της πιο σταθερής κανονικής μορφής.

Εφαρμογή εφέ συντονισμού 

Η υψηλή χρησιμότητα της θεωρίας συντονισμού και η αξία της προέρχεται από το γεγονός ότι διατηρεί την απλή και απλοϊκή μορφή της δομικής αναπαράστασης.

• Σταθερότητα του καρβοκατιόντος 

Το καρβοκατιόν που συζεύγει ένα θετικό φορτίο με έναν διπλό δεσμό τείνει να είναι πιο σταθερό. Το αλλυλικό καρβοκατιόν είναι πιο σταθερό από το συγκρίσιμο κατιόν αλκυλίου λόγω της δομής συντονισμού. Οι δομές συντονισμού σχηματίζονται όταν τα αρνητικά ηλεκτρόνια των συζευγμένων διπλών δεσμών αποεντοπίζονται, γεγονός που αυξάνει τη σταθερότητά τους. Η σταθερότητα θα είναι μεγάλη εάν η δομή συντονισμού είναι μεγάλη.

• Carbanion της σταθερότητας 

Η διαθεσιμότητα διπλών δεσμών ή ενός αρωματικού δακτυλίου θα ενισχύσει τη σταθερότητα του ανιόντος γύρω από το αρνητικά φορτισμένο άτομο λόγω του συντονισμού.

Ένα σημείο που πρέπει να σημειωθεί:όσο μεγαλύτερη είναι η δομή συντονισμού, τόσο πιο σταθερή θα είναι.

Λόγω του συντονισμού, το αρνητικό φορτίο στο βενζυλοκαρβανιόν διασκορπίζεται σε επιπλέον άτομα άνθρακα, καθιστώντας το πιο σταθερό από το ανθρακικό αιθυλεστέρα.

• Σταθερότητα ελεύθερων ριζών 

Λόγω της αποπόλωσης των μη ζευγαρωμένων ηλεκτρονίων σε όλο το σύστημα, οι απλές ρίζες αλκυλίου είναι λιγότερο σταθερές αλλυλικές και βενζυλικές μορφές ελεύθερων ριζών.

Μεσομερές αποτέλεσμα έναντι εφέ συντονισμού 

• Το φαινόμενο συντονισμού μπορεί να οριστεί ως η διαδικασία κατά την οποία δύο ή περισσότερες δομές μπορούν να γραφτούν για την πραγματική δομή ενός μορίου, αλλά καμία από αυτές δεν εξηγεί πλήρως όλα τα χαρακτηριστικά των μορίων. Οι υποκαταστάτες ή οι λειτουργικές ομάδες σε ένα χημικό μόριο προκαλούν το μεσομερικό φαινόμενο, που συμβολίζεται με το γράμμα M.  
• Η μετεγκατάσταση ηλεκτρονίων σε ένα σύστημα είναι γνωστή ως συντονισμός, ενώ το μεσομερικό φαινόμενο είναι γνωστό ως φαινόμενο συντονισμού. Είναι μια μακροπρόθεσμη επίδραση που είναι αξιόπιστη στους υποκαταστάτες ή στις λειτουργικές ομάδες μιας χημικής ένωσης.
• Η ομάδα +R (απελευθέρωση ηλεκτρονίων) είναι ίση με το φαινόμενο +M, ενώ η ομάδα –R (έλξη ηλεκτρονίων) είναι ίση με το φαινόμενο –M.

Αρχή του συντονισμού 

• Ο πιο θεμελιώδης συντονισμός είναι αυτός που δημιουργείται με τη μικρότερη φόρτιση.
• Ο συντονισμός μιας πλήρους οκτάδας είναι πιο ουσιαστικός από εκείνον μιας μερικής οκτάδας. Οι πιο βασικές μορφές είναι εκείνες στις οποίες τα θετικά φορτία λειτουργούν στο λιγότερο ηλεκτραρνητικό άτομο.
• Η δομή συντονισμού με τον μεγαλύτερο ομοιοπολικό δεσμό είναι η πιο σημαντική.

Εφέ συντονισμού έναντι επαγωγικού εφέ 

• Ένα επαγωγικό φαινόμενο εμφανίζεται όταν η πόλωση ενός συνδέσμου προκαλείται από έναν άλλο σύνδεσμο. Από την άλλη πλευρά, το φαινόμενο συντονισμού εμφανίζεται όταν δύο ή περισσότερες δομές μπορούν να περιγραφούν για μόρια, αλλά καμία δεν μπορεί να περιγράψει όλα τα χαρακτηριστικά ενός μορίου από μόνη της.
• Η διαφορά στην ηλεκτραρνητικότητα μεταξύ δύο ατόμων σε έναν δεσμό επηρεάζει άμεσα το επαγωγικό αποτέλεσμα, ενώ ο αριθμός των συντονιστικών δομών επηρεάζει τη σταθερότητα.

Εμφάνιση συντονισμού 

• Ένας δεσμός pi συζευγμένος με τον άλλο δεσμό pi
• Ένας δεσμός pi συζευγμένος με αρνητικό φορτίο
• Ένας δεσμός pi με θετικό φορτίο συζευγμένο με αυτόν 
• Ένα αρνητικό φορτίο συζευγμένο με το μοναχικό ζεύγος ή ένα θετικό φορτίο συζευγμένο με ένα μοναχικό ζεύγος 
• Ένας δεσμός pi συζευγμένος με ένα μοναχικό ζεύγος ή μια ελεύθερη ρίζα

Συμπέρασμα 

Στη χημεία, ο συντονισμός είναι ένα ενδομοριακό ηλεκτρικό φαινόμενο στο οποίο αλλάζει η θέση ενός δεσμού (των) pi ή ενός μη δεσμευτικού ηλεκτρονίου (ονομάζεται επίσης δεσμός σίγμα). Σε αυτήν τη διαδικασία, ωστόσο, η θέση ενός ατόμου αλλάζει τροποποιώντας τη θέση των ηλεκτρονίων pi ή τη θέση των μη δεσμευτικών ηλεκτρονίων.

Ο συντονισμός είναι μια ιδιότητα των οργανικών ενώσεων. Στην οργανική χημεία, τα μετατοπισμένα ηλεκτρόνια μέσα σε μια συγκεκριμένη ένωση όταν μια μεμονωμένη δομή Lewis δεν εκφράζει τον δεσμό αναφέρονται ως συντονισμός. Για την απεικόνιση μετατοπισμένων ηλεκτρονίων σε ένα ιόν ή μόριο, μπορούν να χρησιμοποιηθούν διάφορες δομές γνωστές ως συντονισμός.