[科普中國]-共沸

概念

共沸(Azeotrope)是指處于平衡狀態(tài)下，氣相和液相組成完全相同時的混合溶液，對應(yīng)的溫度稱為共沸溫度或共沸點。共沸物，是指兩組分或多組分的液體混合物，在恒定壓力下沸騰時，其組分與沸點均保持不變。

并非所有的二元液體混合物都可形成共沸物。這類混合物的溫度--組分相圖有著顯著的特征，即其氣相線(氣液混合物和氣態(tài)的交界)與液相線(液態(tài)和氣液混合物的交界)有著共同的最高點或最低點。如此點為最高點，則稱為正共沸物；如此點為最低點，則稱為負共沸物。大多數(shù)共沸物都是負共沸物，即有最低沸點。

有些混合物的共沸溫度低，因為總蒸氣壓最大，沸騰最易。例如乙醇的沸點是78.3℃，水的沸點是100℃，它們的混合物在78.13℃就沸騰。有些混合物的共沸溫度高，因為總蒸氣壓最小，沸騰最難。例如純硝酸的沸點是86℃，水的沸點是100℃，它們的混合物在120.5℃才沸騰。1

任一共沸物都是針對某一特定外壓而言。對于不同壓力，其共沸組分和沸點都將有所不同。

實踐證明，沸點相差大于30K的兩個組分很難形成共沸物（如水與丙酮就不會形成共沸物）。

在共沸物達到其共沸點時，由于其沸騰所產(chǎn)生的氣體部分之成分比例與液體部分完全相同，因此無法以蒸餾方法將溶液成份進行分離。也就是說，共沸物的兩個組成物，無法用單純的蒸餾或分餾的方式分離。

精餾在被分離的物系中加入共沸劑（或者稱共沸組分），該共沸劑必須能和物系中一個或幾個組分形成具有最低沸點的恒沸物，以至于使需要分離的集中物質(zhì)間的沸點差（或相對揮發(fā)度）增大。在精餾時，共沸組分能以共沸物的形式從精餾塔頂蒸出，工業(yè)上把這種操作稱為共沸精餾。2下面以制取無水酒精為例，說明共沸精餾的過程，水和酒精能形成具有恒沸點的混合物，所以用普通的精餾方法不能獲得純度超過96%（體積）的乙醇，若在酒精和水的溶液中加入共沸組分--苯，則可構(gòu)成各種恒沸混合物，但以酒精、苯和水所組成的三組分共沸混合物的沸點為最低（64.84℃）。當精餾溫度在64.85℃時，酒精、苯和水的三元混合物首先被蒸出；溫度升至68.25℃時，蒸出的是酒精與苯的二元共沸混合物；隨著溫度繼續(xù)上升，苯與水的二元共沸混合物和酒精與水的二元共沸混合物也先后蒸出，這些共沸物把水從塔頂帶出，在塔釜可以獲得無水酒精。工業(yè)上廣泛地用于生產(chǎn)無水酒精的方法，就是根據(jù)此原理。

共沸精餾的過程中，所加入的共沸組分必須從塔頂蒸出，而后冷凝分離，循環(huán)使用。因而共沸精餾消耗的能量（包括汽化共沸劑的熱量和輸送物料的電能）較多。3

分類正共沸物當該溶液共沸點的沸點溫度低于其所有組成成分的沸點則稱該溶液為正共沸物。較為有名的正共沸物是重量百分濃度為95.63%的乙醇與4.73%的水混合溶液。其中，乙醇的沸點為78.4°C，而水的沸點則為100°C，但共沸點的沸點溫度則為78.2°C，同時低于其組成成分乙醇與水的沸點。事實上，在所有組成比例的酒精--水混合液中，沸點78.2°C是最低的。任何正共沸物的沸點都低于該混合溶液其他組成比例的沸點。

負共沸物當該溶液共沸點的沸點溫度高于其所有組成成分的沸點則稱該溶液為負共沸物。

較為有名的負共沸物是重量百分濃度為20.2%的鹽酸(氯化氫--水混合溶液)。其中，氯化氫的沸點為-84°C，而水的沸點則為100°C，但共沸點的沸點溫度則為110°C，同時高于其組成成分氯化氫與水的沸點。事實上，在所有組成比例的鹽酸中，沸點110°C是最高的。任何負共沸物的沸點都高于該混合溶液其他組成比例的沸點。

非勻相共沸物當兩種物質(zhì)不完全互溶(即該溶液存在兩個以上的液體相)時，可以發(fā)現(xiàn)共沸現(xiàn)象發(fā)生于溶液的互溶間隙之間，則稱該溶液為非勻相共沸物。

用途有些有機化合物能與水形成共沸混合物，可以利用該特性，在待干燥的有機物中加入共沸組成中某一有機物，因共沸混合物的沸點通常低于待干燥的有機物的沸點，所以蒸餾時可將水帶出來，從而達到干燥的目的。4

與水形成的二元共沸物（水沸點100℃）

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常見有機溶劑間的共沸混合物

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