پیش از پرداختن به بحث آزئوتروپ ها ابتدا باید به سراغ نقطه جوش برویم. همانطور که می دانید برای هر مایعی یک نقطه جوش معین وجود دارد. این نقطه به عوامل مختلفی بستگی دارد که مهم ترین آن ها فشار محیط است. هر چقدر که فشار محیط بالاتر باشد، نقطه جوش بالاتر و هر چه فشار کمتر باشد نقطه جوش کمتر خواهد بود.
البته عوامل دیگری نیز بر نقطه جوش موثر هستند که شما می توانید آن ها را در مقاله ای جداگانه تحت عنوان “نقطه جوش و عوامل موثر بر آن” مطالعه فرمایید. با دانستن اطلاعات مربوط به نقطه جوش و عوامل موثر بر آن، حالا زمان آن است تا درباره آزئوتروپ صحبت کنیم. در ادامه مطلب، پیش فرض ما بر این است که شما درباره نقطه جوش اطلاعاتی دارید.
آزئوتروپ چیست؟
همانطور که در بالاتر اشاره شد؛ هر ماده ای بسته به شرایطی که خودش و محیط اطرافش دارد در دمای خاص و منحصر به فردی می جوشد. این نقطه تحت تاثیر عوامل مختلفی قرار می گیرد که یکی از آن ها وجود ناخالصی است. ناخالصی اگر به صورت ناخالصی نامحلول باشد؛ مثل وجود یک ماده که نانوذره شده و در آن حلال حل نشود؛ اثر خود را در قالب خواص کولیگاتیو نشان می دهد.
وجود چنین ناخالصی باعث افزایش نقطه جوش می شود. اما اگر ناخالصی از موارد محلول باشد. یعنی مثلا فرض کنید مخلوطی از آب و اتانول داشته باشم؛ در این صورت دیگر خواص کولیگاتیوی وجود ندارد. آنچه ممکن است به وجود بیاید، نقطه ای آزئوتروپ است. شکل گیری نقطه آزئوتروپ به نوع ماده و نوع ناخالصی نیز مربوط است. این آزئوتروپ حتی ممکن است ایجاد نشود.
اما اگر نقطه آزئوتروپ ایجاد شود از دو حالت خارج نیست؛ یا نقطه آزئوتروپ بیشینه است یا کمینه. در نقطه آزئوتروپ، هر یک از مواد در نقطه ای غیر از نقطه جوش خودشان، به طور همزمان به جوش می آید. یعنی محلول ایجاد شده در نقطه جوشی می جوشد که نه مربوط به ماده اول است و نه دوم. مثلا نقطه جوش آب 100 درجه و نقطه جوش اتانول 78.37 درجه سانتی گراد است.
اتانول 96 درصد وزنی یعنی محلولی که 96 درصد آن اتانول و 4 درصد آن آب باشد در 78.2 درجه سانتی گراد می جوشد. این دما دمایی است که نه اتانول خالص در آن می جوشد و نه آب. اما مخلوط 96 درصد اتانول و آب در این دما می جوشد. همانطور که می دانید ما می توانیم با استفاده از تقطیر جزء به جزء اتانول را تا 96 درصد خالص سازی کنیم. اما پس از آن، به علت ایجاد همین مخلوط آزئوتروپ، جداسازی به روش تقطیر ممکن نخواهد بود چون مخلوط 96 درصد اتانول و 4 درصد آب با هم می جوشد.
بنابراین هر چقدر هم که تقطیر را تکرار کنیم و آن را بهینه سازی کنیم؛ باز هم نمی توانیم این آزئوتروپ را بشکنیم. در این حالت از مواد دیگر برای جداسازی کمک گرفته می شود.
آزئوتروپ با دمای جوش بیشینه و کمینه
در این نوع آزئوتروپ، مخلوط ایجاد شده در دمایی بالاتر از دمای جوش هر دو ماده می جوشد. نوع دیگر آزئوتروپ، آزئوتروپ با نقطه جوش کمینه است. در این نوع، محلول حاصل از اختلاط دو ماده در دمایی پایین تر از نقطه جوش مواد تشکیل دهنده اش می جوشد. به عنوان مثال، آزئوتروپ اتانول/آب از این نوع است.
در تصویر بالا، نمودار سمت چپ مربوط به آزئوتروپ نقطه کمینه و سمت راست آزئوتروپ نقطه بیشینه است.
