Benutzer:WilfriedC/Spielwiese/Zeotropes Gemisch

Nahezu ideales Dampf-Flüssigkeit-Gleichgewicht, zeotropes Gemisch aus Aceton und Butanon

Ein Gemisch von chemischen Stoffen wird als zeotrop bezeichnet, wenn die Zusammensetzung von Flüssigkeit und Dampf im Dampf-Flüssigkeit-Gleichgewicht immer unterschiedlich ist. Damit berühren sich Taukurve und Siedekurve in keinem Punkt. Gemische, deren Tau- und Siedekurven sich in mindestens einem Punkt berühren und somit die Zusammensetzung in Dampf und Flüssigkeit gleich ist, heißen azeotrope Gemische.

Dampfdruck und Siedetemperatur eines zeotropen Gemischs zeichnen sich dadurch aus, dass sie stets zwischen den Reinstoffdampfdrücken und -siedetemperaturen liegen, während bei azeotropen Gemischen ein Druckmaximum/Temperaturminimum oder Druckminimum/Temperaturmaximum auftritt, das außerhalb des durch die Reinstoffwerte begrenzten Bereich liegt.

Bedeutung

Zeotrope Gemische lassen sich durch Destillation bzw. Rektifikation, also wiederholte Verdampfung und Kondensation, in Trennkolonnen trennen. Ihre Trennfaktoren werden niemals 1, können jedoch so gering sein, dass eine Trennung durch Rektifikation technisch unmöglich wird.

Technisch von größerer Bedeutung sind Zeotropie und Azeotropie auch bei Kältemittelgemischen, bei denen schon bei der Namensgebung mit Kurzzeichen zwischen zeotropen (R4xx) und azeotropen Gemischen (R5xx) unterschieden wird.

Vorkommen

Zeotropie tritt auf, wenn die beteiligten Komponenten eines Gemischs chemisch ähnlich sind oder deren Siedepunktsdifferenz sehr groß ist. Chemisch ähnlich sind bspw. Gemische, die nur aus Alkanen oder monofunktionalen Ketonen bstehen. Hingegen tritt Azeotropie auf bei kleineren Siedepunktsdifferenzen und bei Stoffen mit verschiedenen funktionellen Gruppen, etwa beim Gemisch aus Methanol und Chloroform.

Ein Gemisch kann sowohl zeotrop als auch azeotrop sein, da die azeotrope Zusammensetzung temperatur- und druckabhängig ist, mal stärker und mal schwächer. Bspw. verhält sich das Gemisch aus Ethanol und Wasser unter etwa T=305 K und P=12 kPa zeotrop, während bei höheren Temperaturen und Drücken Azeotropie auftritt. Bei Normaldruck ist die Zusammensetzung etwa 90 mol% Ethanol und 10 mol% Wasser. Bei der Grenze sind jedoch die Unterschiede zwischen den Zusammensetzungen der Dampf- und der Flüssigphase noch sehr klein, so dass eine technische Nutzung des Effekts kaum möglich ist.

Beschreibung

Zeotropie ist die qualitative Aussage über ein Gemisch bei gegebenem Druck und gegebener Temperatur, dass die Flüssigkeit und der Dampf stets unterschiedliche Zusammensetzungen haben. Eine Angabe zu einer speziellen Zusammensetzung ist daher nicht sinnvoll.