Composition molaire d'un azéotrope

[invite2e6b0368]

Bonjour,

J'ai un TP de chimie à préparer et je bloque sur certains points, j'espère que vous pourrez me donner des pistes pour avancer.

Je dois faire 2 distillations simplifiées de 2 mélanges binaires cyclohexane-éthanol contenant chacun des fractions molaires différentes des 2 constituants mais j'ignore ces compositions.
J'ai compris que je vais pouvoir récupérer un produit pur suivi d'un azéotrope.

- Est ce toujours le produit le plus volatil qui va sortir pur? (je veux dire, indépendamment de la composition initiale du mélange?)

- Un peu plus loin, je dois donner la composition molaire et massique de l'azéotrope et des mélanges initiaux. Alors là je ne vois pas du tout comment faire. Pour la composition massique, je pourrai la déduire de la composition molaire si je réussis à la trouver. On nous demande de calculer les indices de réfraction et les points d'ébullition donc je pense qu'il faut que je parte de ces données...
En faisant quelques recherches, j'ai pu lire qu'on pouvait trouver à partir d'un diagramme binaire mais encore faut-il avoir la composition initiale du mélange, non ? (et il n'y a aucune question nous demandant d'en tracer un...)

Comme vous avez pu le voir, je suis un peu perdue.
J'espère que vous pourrez m'éclairer!

Merci d'avance
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[mach3]

Il y a plusieurs types d'azéotropes.

Les azéotropes à maximum dont la température est supérieure aux température d'ébullition des constituants purs

Les azéotropes à minimum dont la température est inférieure aux température d'ébullition des constituants purs

Enfin, il y a de rares systèmes complexes qui présentent plusieurs points azéotropes (des minima et des maxima qui s'enchainent).

Pour les premiers, le distillat sera le mélange azéotrope et le résidu sera un constituant pur, celui de gauche si le mélange est à gauche du point azéotrope, celui de droite si le mélange est à droite.

Pour les deuxièmes, le résidu sera le mélange azéotrope et le distillat sera un constituant pur, celui de gauche si le mélange est à gauche du point azéotrope, celui de droite si le mélange est à droite.

En espérant que cela répondent à une partie de tes questions

m@ch3

[invite2313209787891133]

J'ai compris que je vais pouvoir récupérer un produit pur suivi d'un azéotrope.

Bonjour

C'est plutot l'inverse qui vas se produire; pour ce binaire tu vas avoir cette evolution:

- L'azeotrope cyclo/ethanol vas sortir en 1er, la temperature en tête de colonne est celle de l'azeotrope.
- La composition du distillat vas rester la même jusqu'à épuisement total d'un des constituants, pendant tout ce temps la temperature ne bouge pas.
-La temperature en tête monte soudainement jusqu'à la temperature d'ebullition du constituant restant, la composition du distillat passe de celle de l'azeotrope au constituant pure en quelques gouttes.

Pour determiner la proportion de chaque constituant tu peux effectivement utiliser l'indice de refraction, mais il y a beaucoup plus simple, et surtout beaucoup plus preçis.

Il suffit de faire une pesée, puis une décantation de ce que tu veux "analyser" avec un large excès d'eau (1 part de la fraction et 4 ou 5 parts d'eau).
La phase sup est alors constituée de cyclohexane presque pur tandis que la phase inf n'en contient que quelques traces.

Il suffit alors de peser la phase sup et de calculer le rapport massique, puis molaire. La precision (si on ne manipule pas comme un goret) est de l'ordre de 1%, ce qui est bien meilleur que ce que tu obtiendra avec une mesure de l'indice, ou même avec une CPG.

[invite2e6b0368]

Merci de vos deux réponses.

J'aimerais savoir comment vous savez que l'azéotrope va sortir en premier? Parce que c'est un azéotrope à minimum ? Si c'est pour ça, comment l'avez-vous su? Existe t'il des tableaux qui référencent toutes les températures d'ébullition des azéotropes?

Pour la décantation, en effet c'est une bonne idée, je n'y avais pas pensé.
Au risque d'incister, pouvez vous m'expliquer le lien entre l'indice de réfraction et la composition molaire ? Faut-il faire une courbe d'étalonnage?

Par contre, on me demande également la composition des mélanges initiaux ( et cette question intervient après la manipulation). Y a t'il donc un moyen de déduire la composition initiale du mélange par rapport à celle de l'azéotrope obtenu ?

Merci d'avance.

[A voir en vidéo sur Futura]

[mach3]

J'aimerais savoir comment vous savez que l'azéotrope va sortir en premier? Parce que c'est un azéotrope à minimum ? Si c'est pour ça, comment l'avez-vous su? Existe t'il des tableaux qui référencent toutes les températures d'ébullition des azéotropes?

Oui il existe des tables des azéotropes binaires et même certains ternaires je crois. On en trouve dans le handbook et surement ailleurs (merck index?).

Pour la décantation, en effet c'est une bonne idée, je n'y avais pas pensé.

Attention cependant, ici ça fonctionne pas mal mais à condition de respecter les conditions données par dudulle. Les équilibres biphasés entre 3 solvants sont très complexes et il n'est pas évident une seule seconde qu'ajouter de l'eau provoquera une démixtion, étant donné que l'éthanol est miscible avec l'eau et le cyclohexane, il fait le lien entre les deux qui eux sont immiscibles, et de plus comment etre sur qu'une des 2 phases soit du cyclohexane pur. Bref ici cela fonctionne parce qu'on a testé et on sait que cela marche...

pouvez vous m'expliquer le lien entre l'indice de réfraction et la composition molaire ? Faut-il faire une courbe d'étalonnage?

On peut poser en approximation que l'indice de refraction d'un mélange est la combinaison linéaire des indices de réfraction des constituants, ce qui est inexact mais suffisant dans bien des cas.
Le mieux étant évidemment de mesuré l'indice de refraction d'une dizaine de mélange connus et sortir une courbe d'étalonnage n = f(composition).

Par contre, on me demande également la composition des mélanges initiaux ( et cette question intervient après la manipulation). Y a t'il donc un moyen de déduire la composition initiale du mélange par rapport à celle de l'azéotrope obtenu ?

Connaissant la composition de l'azeotrope, la quantité d'azeotrope récupéré, et la quantité de solvant pur récupéré, tu devrais réussir à remonter à la composition du mélange (à moins que tu es perdu qqch pendant ta distillation...)

m@ch3

[invite2313209787891133]

J'aimerais savoir comment vous savez que l'azéotrope va sortir en premier? Parce que c'est un azéotrope à minimum ? Si c'est pour ça, comment l'avez-vous su? Existe t'il des tableaux qui référencent toutes les températures d'ébullition des azéotropes?

Il existe en effet des tables des azeotropes, mais celles ci sont malheureusement difficiles à trouver. Pour un azeotrope courant comme cyclo/ethanol tu peux trouver les infos sur le net; ici par exemple: http://en.wikipedia.org/wiki/Azeotrope_(data)

Pour la décantation, en effet c'est une bonne idée, je n'y avais pas pensé.
Au risque d'incister, pouvez vous m'expliquer le lien entre l'indice de réfraction et la composition molaire ? Faut-il faire une courbe d'étalonnage?

Oui, il faut partir d'un constituant pur, puis mesurer l'indice par pas de 10 ou 20%.

Par contre, on me demande également la composition des mélanges initiaux ( et cette question intervient après la manipulation). Y a t'il donc un moyen de déduire la composition initiale du mélange par rapport à celle de l'azéotrope obtenu ?

Il faut suivre l'evolution de la temperature en fonction de la masse distillée.
La temperature vas subitement passer de celle de l'azeotrope à celle du constituant en excès.

A ce moment il faut peser le distillat et déterminer sa composition. Le reste est composé d'un des solvants pur, solvant que tu identifie grace à la nouvelle temperature de pallier (70 si c'est de l'ethanol ou 80 si c'est du cyclo).
Avec ces données il ne devrait pas être très dur de trouver la composition initiale .

[invite2313209787891133]

Zut, grillé par mach3 (pas étonnant avec un pseudo pareil...).

[invite2313209787891133]

Petite erreur dans ma reponse precedente, il faut lire 78.3°C si c'est de l'ethanol ou 80.8°C si c'est du cyclo.

[invite2e6b0368]

Je vous remercie pour toutes vos réponses qui me sont bien utiles!

J'ai une dernière petite question:
Sur le lien donné par dudulle: http://en.wikipedia.org/wiki/Azeotrope_(data)
J'ai pu lire que le % de poids dans l'azéotrope de cyclohexane était de 69.5% (enfin si j'ai bien compris). Mais est-ce que cette valeur est toujours vraie? Car dans ce cas, je n'ai pas besoin de calculer l'indice de réfraction pour avoir ma composition molaire, il me suffit de peser l'azéotrope?

Désolé de vous re-déranger.
Merci encore

[mach3]

J'ai pu lire que le % de poids dans l'azéotrope de cyclohexane était de 69.5% (enfin si j'ai bien compris). Mais est-ce que cette valeur est toujours vraie? Car dans ce cas, je n'ai pas besoin de calculer l'indice de réfraction pour avoir ma composition molaire

Oui, à pression atmosphérique un point azéotrope (couple composition,température) est invariant. L'un des buts de ton TP étant de retrouver cette valeur expérimentalement, tu devras la calculer à partir de l'indice de réfraction, sinon quel est l'intérêt de manipuler?

m@ch3

PS: pas assez rapide mon cher dudulle

[invite2313209787891133]

Oui, cette composition est toujours vraie à pression normale, mais rien ne t'empeche de comparer cette valeur avec une mesure experimentale.

[invite9c307283]

bonsoir
il y a evidement l'azeotropic data mais il est cher

tu peux regarder sur ces liens à tout hazard

http://www.metalfinishing.com/editor...rope_Table.pdf

http://eweb.chemeng.ed.ac.uk/chem_en...rope_bank.html