¿Qué es un azeótropo o mezcla azeotrópica?

Se conoce como azeótropo o mezcla azeotrópica a una mezcla de compuestos químicos (dos o más componentes) que se encuentra en estado líquido y que se comporta como si fuese un solo compuesto. Este comportamiento de los azeótropos (mezclas azeotrópicas), permite obtener las ventajas de una mezcla como si esta fuera una sustancia pura o un solo componente (facilidad de manipulación y almacenamiento).

Los azeótropos son importantes en la industria
Los azeótropos son importantes en la industria. Imagen de chemicalengeneeringuy

En este artículo definiremos a los azeótropos, su clasificación, las ventajas de las mezclas azeotrópicas y cómo separar azeótropos, siendo un concepto importante en ingeniería química.

Tabla de contenidos
  1. ¿Qué es un azeótropo o mezcla azeotrópica?
    1. Ejemplos de azeótropos o mezclas azeotrópicas
  2. Clasificación de los azeótropos o mezclas azeotrópicas
  3. Ventajas de los azeótropos o mezclas azeotrópicas
  4. Separación o ruptura de un azeótropo
    1. Destilación por oscilación de presión
    2. Destilación azeotrópica
    3. Pervaporación

¿Qué es un azeótropo o mezcla azeotrópica?

Diagrama de equilibrio líquido-vapor de un azeótropo
Equilibrio líquido-vapor para mezclas líquidas no ideales o azeótropos. Imagen de scholr

Una mezcla azeotrópica o azeótropo es una mezcla líquida multicomponente (conformada por dos o más componentes) que cuenta con una composición definida y con un punto de ebullición constante. Así, podemos definir a un azeótropo de la siguiente manera:

La mezcla líquida de dos o más compuestos químicos que se comporta como si estuviese formada por un solo componente. Al presentar la misma composición en el líquido y en el vapor en equilibrio se le conoce como azeótropo o mezcla azeotrópica.

Tomando en cuenta esta definición, tenemos que destacar que no es posible modificar la composición de dicha mezcla azeotrópica mediante etapas sucesivas de evaporación y condensación (destilación fraccionada), por lo cual, podemos concluir que un azeótropo mantiene su composición y punto de ebullición durante una destilación. Este comportamiento de los azeótropos se produce cuando una mezcla hierve o ebulle para producir vapor, el cual, cuenta con la misma composición del líquido.

El punto de ebullición de un azeótropo puede llegar a una temperatura media, más baja o incluso mayor a la de cada uno de los componentes por separado. De este modo, sigue siendo una mezcla líquida y puede conservar la misma composición que tenía al inicio de la ebullición. Cuando se llega a ebullición a la temperatura máxima, se le conoce como azeótropo de ebullición máxima, para el caso contrario, se denomina azeótropo de ebullición mínima.

Ejemplos de azeótropos o mezclas azeotrópicas

Uno de los ejemplos más comunes de mezcla azeotrópica (azeótropo) es la mezcla etanol-agua con una composición de 96% de etanol, la cual, ebulle a unos 78.2 grados Celsius. Este tipo de mezcla azeotrópica permite separar el alcohol mediante una destilación simple, hasta llegar a la concentración del 96% de alcohol. Superada dicha concentración será imposible la separación, por lo tanto, si se desea una pureza superior del etanol se debe realizar una técnica de rompimiento de azeótropo, como una destilación azeotrópica.

En el siguiente cuadro, podemos visualizar los azeótropos o mezclas azeotrópicas más comunes:

Mezcla azeotrópica binaria (A/B)

Punto de ebullición A (Celsius)

Punto de ebullición B (Celsius)

Composición del azeótropo (A/B)

Punto de ebullición del azeótropo

(Celsius)

Etanol/Agua

78.3

100

95/5

78.15

Cloroformo/Acetona

61.2

56.4

80/20

64.7

Benceno/Etanol

80.6

78

68/32

68.24

CCl4/Metanol

76.8

64.7

79/21

55.7

Ácido fórmico/Agua

100.7

100

77.5/22.5

107.3

Tolueno/Ácido acético

110.6

118.5

72/28

105.4

Anilina/Fenol

184.4

181.5

58/42

186.22

Etanol/Benceno/Agua

78.3 – 80.6

100

18.5/74/7.5

64.9

Acetato de etilo/CCl4

78

77

43/57

75

Acetato de etilo/Etanol

78

78.3

70/30

72

Acetato de etilo/Agua

78

100

91/9

70



Clasificación de los azeótropos o mezclas azeotrópicas

Diagrama líqudo-vapor de azeótropos positivos y azeótropos negativos
Azeótropos positivos y azeótropos negativos. Imagen de slideplayer

Podemos clasificar a los azeótropos según el punto de ebullición que poseen, de este modo, podemos separarlos en dos tipos:

  • Azeótropos positivos (azeótropos de ebullición mínima): Son aquellos que presentan desviaciones positivas de la Ley de Raoult.
  • Azeótropos negativos (Azeótropos de ebullición positiva): Son aquellos que presentan desviaciones negativas de la Ley de Raoult.

Otra clasificación que podemos darle a una mezcla azeotrópica (azeótropo) es según la miscibilidad entre los componentes que la conforman, de esta manera, podemos tener dos tipos:

  • Homogéneos: Son aquellos azeótropos cuyos componentes son miscibles entre sí, presentándose una mezcla líquida homogénea.
  • Heterogéneos: Son aquellos azeótropos cuyos componentes son inmiscibles entre sí, presentándose (según sea el caso) dos o más fases líquidas separadas.

Los azeótropos también pueden ser clasificados según la cantidad de componentes que los conforman. Si la mezcla es de dos componentes, se les denomina mezcla azeotrópica binaria, si son tres componentes, mezclas azeotrópicas ternarias, y así sucesivamente, según la cantidad de componentes de la mezcla.




Ventajas de los azeótropos o mezclas azeotrópicas

Una de las principales ventajas de los azeótropos es que permiten realizar mezclas de componentes inflamables con componentes no inflamables, para poder obtener una mezcla estable no inflamable que sea mucho más fácil de transportar y almacenar. De este modo, se pueden manipular componentes inflamables peligrosos, como un producto no inflamable, mejorando la seguridad y evitando la evaporación de componentes inflamables peligrosos, ya que en los azeótropos los componentes no se separan nunca de manera natural, por lo que son muy seguros si se presenta un derrame.

Los azeótropos son fáciles de separar y recuperar. Pueden hervirse y reciclar uno de los componentes mediante destilación (azeótropo), mientras que los contaminantes o componentes no azeotrópicos quedan atrapados en el fondo de la torre de destilación, siendo este el método más común de recuperar disolventes azeotrópicos.

Otra ventaja importante de los azeótropos, es que permiten modificar una mezcla para obtener propiedades físicas únicas, por lo cual, son de gran utilidad para una amplia gama de aplicaciones.

Separación o ruptura de un azeótropo

Como comentamos anteriormente, la destilación fraccionada no es de utilidad a la hora de separar los componentes de un azeótropo o romper la mezcla azeotrópica. Para ello, se requiere el uso de técnicas de separación o métodos más elaborados, entre los cuales tenemos los siguientes:

Destilación por oscilación de presión

Este es un método físico bastante común para romper una mezcla azeotrópica. Para ello, se varía la presión de destilación con la finalidad de cambiar la composición de la mezcla y poder finalmente enriquecer el destilado con el componente deseado (saltarse el azeótropo).

Destilación azeotrópica

Se trata de un método químico bastante eficiente que consiste en adicionar un componente de arrastre, que tenga la particularidad de alterar la interacción de las moléculas (volatilidad) de los componentes del azeótropo.

En algunos casos, el componente de arrastre puede reaccionar con uno de los componentes, generando un compuesto no volátil y haciendo mucho más fácil la separación. La desventaja de este método es que se tiene que retirar el componente de arrastre de la mezcla.

Pervaporación

Este método de separación para mezclas líquidas miscibles utiliza membranas y se basa en obtener dos corrientes líquidas, concentradas cada una de ellas en los componentes de la mezcla inicial, a partir de una corriente de alimentación de la mezcla a separar.

Para lograr este tipo de separación, se utiliza una membrana más permeable a un componente de la mezcla que al otro, de esta manera, se logra la separación con una especie de filtrado.


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