AZEOTROPIA

Azeotropia é o nome dado à mistura binária que, em determinada região, as fases líquida e vapor possuem a mesma fração molar, apresentando ponto de ebulição constante e fixo, as misturas que apresentam essa particularidade em determinada composição apresentam um ponto azeotrópico. Não é possível separar por destilação uma mistura com a composição azeotrópica, disso vem o nome, azeótropo, do grego: ferver sem alteração.

Esse fenômeno acontece quando ocorrem desvios da lei de Raoult (que resulta do critério para o equilíbrio como um gás ideal, solução ideal, estado de referência de Lewis/Randall), esses azeótropos podem ser do tipo: máximo em pressão, mínimo em pressão, máximo em temperatura, mínimo em temperatura.

Em um azeótropo em máximo de pressão podemos ver que a pressão do sistema é “empurrada” acima da pressão de saturação do componente mais leve, devido às interações entre moléculas diferentes são mais fracas que as interações entre moléculas iguais.

Azeótropo de máximo de pressão. Fonte: KORETSKY, 2014

Já se ás interações entre moléculas diferentes forem mais fortes que as interações entre moléculas iguais, pode ocorrer um comportamento exatamente o oposto resultando assim em desvios negativos da lei de Raoult, ocorrendo assim um azeótropo de mínimo de pressão, onde a pressão total fica abaixo da pressão de saturação do componente mais pesado.

Azeótropo de mínimo em pressão. Fonte: KORETSKY, 2014

Esse fenômeno é menos comum em misturas binárias com grandes diferenças na pressão de saturação, pois quando elas têm valores próximos é mais provável a existência de um azeótropo.

Também podemos observar o comportamento azeotrópico nos diagramas de fases Txy a pressão constante, no mínimo de temperatura temos as interações entre moléculas diferentes mais fracas que as interações entre moléculas iguais entrando assim em ebulição mais facilmente.

Azeótropo de mínimo em temperatura. Fonte: KORETSKY, 2014

Da mesma forma uma mistura binária que tem interações mais fortes entre moléculas diferentes apresentam um azeótropo de máximo em temperatura.

Azeótropo de máximo em temperatura. Fonte: KORETSKY, 2014

Com isso podemos notar que, uma característica dos azeótropos, que aqueles que apresentam um máximo em pressão serão mínimos em temperatura e vice-versa.

Outra característica interessante dos sistemas binários que apresentam azeótropos é que para alguns casos, T e P não especificam mais de forma única as composições do vapor e do líquido de um sistema com fases em equilíbrio, como pode ser visto no diagrama acima do sistema clorofórmio-n-hexano.

A separação de misturas azeotrópicas é um grande empecilho na indústria química. Dentre os processos de separação de misturas, a destilação azeotrópica é a técnica mais utilizada e consiste na adição de um terceiro componente (solvente) como agente de separação à mistura, viabilizando assim, o processo de separação. Este solvente deve possuir características semelhantes à de outros componentes da solução, formando um novo azeótropo com um ou mais componentes que altera as volatilidades relativas favorecendo a separação.

REFERÊNCIAS

Otimização de Colunas de Destilação Complexas.

KORETSKY, Milo D. Termodinâmica para Engenharia Química.  Rio de Janeiro: LTC, 2014.

SMITH, J. M. Introdução à termodinâmica da engenharia química. Rio de Janeiro: LTC, 2007.