Улетучивания представляет собой процесс преобразования химического вещества , жидкости или твердого вещества в газообразном состоянии или парообразном состоянии. Другие термины, используемые для описания того же процесса, - испарение, дистилляция и сублимация.
Одно вещество часто можно отделить от другого в результате улетучивания, а затем восстановить путем конденсации пара.
Вещество может улетучиваться быстрее, если его нагреть для увеличения давления пара или удалить пар с помощью потока инертного газа или вакуумного насоса.
Процедуры нагрева включают улетучивание воды, ртути или трихлорида мышьяка для отделения этих веществ от мешающих элементов.
Иногда для получения летучих продуктов используются химические реакции, такие как выделение диоксида углерода из карбонатов, аммиака в методе Кьельдаля для определения азота и диоксида серы при определении серы в стали.
Методы улетучивания обычно характеризуются большой простотой и легкостью в эксплуатации, за исключением случаев, когда требуются высокие температуры или материалы с высокой коррозионной стойкостью (Louis Gordon, 2014).
Испарение под давлением паров
Зная, что температура кипения воды составляет 100 ° C, задумывались ли вы, почему дождевая вода испаряется?
Это 100 ° C? Если да, то почему мне не согреться? Вы когда-нибудь задумывались, что придает характерный аромат спирту, уксусу, дереву или пластику? (Давление пара, SF)
За все это отвечает свойство, известное как давление пара, то есть давление, оказываемое паром в равновесии с твердой или жидкой фазой того же вещества.
Кроме того, парциальное давление вещества в атмосфере на твердое или жидкое (Anne Marie Helmenstine, 2014).
Давление пара - это мера тенденции материала переходить в газообразное или парообразное состояние, то есть мера летучести веществ.
Чем выше давление пара, тем выше способность жидкости или твердого вещества испаряться, и поэтому они становятся более летучими.
Давление пара повышается с повышением температуры. Температура, при которой давление пара на поверхности жидкости равно давлению, оказываемому окружающей средой, называется точкой кипения жидкости (Encyclopædia Britannica, 2017).
Давление пара будет зависеть от растворенного вещества, растворенного в растворе (это коллигативное свойство). На поверхности раствора (граница раздела воздух-газ) наиболее поверхностные молекулы имеют тенденцию к испарению, обмениваясь между фазами и создавая давление пара.
Присутствие растворенного вещества уменьшает количество молекул растворителя на границе раздела, снижая давление пара.
Рисунок 1: уменьшение давления пара при наличии растворенного вещества.
Изменение давления пара можно рассчитать с помощью закона Рауля для нелетучих растворенных веществ, который определяется по формуле:
Где X2 - мольная доля растворителя. Если мы умножим обе части уравнения на P °, то останется:
Подстановка (1) в (3):
(4)
Это изменение давления пара при растворении растворенного вещества (Джим Кларк, 2017).
Гравиметрический анализ
Гравиметрический анализ - это класс лабораторных методов, используемых для определения массы или концентрации вещества путем измерения изменения массы.
Химическое вещество, которое мы пытаемся определить количественно, иногда называют аналитом. Мы могли бы использовать гравиметрический анализ, чтобы ответить на такие вопросы, как:
- Какая концентрация аналита в растворе?
- Насколько чист наш образец? Образец здесь может быть твердым или в растворе.
Есть два распространенных типа гравиметрического анализа. Оба включают изменение фазы аналита, чтобы отделить его от остальной смеси, что приводит к изменению массы.
Одним из таких методов является гравиметрия атмосферных осадков, но больше всего нас интересует гравиметрия улетучивания.
Гравиметрия улетучивания основана на термическом или химическом разложении образца и измерении результирующего изменения его массы.
В качестве альтернативы мы можем поймать и взвесить летучий продукт разложения. Поскольку выброс летучих веществ является важной частью этих методов, мы все вместе классифицируем их как методы гравиметрического анализа улетучивания (Harvey, 2016).
Задачи гравиметрического анализа - это просто задачи стехиометрии с несколькими дополнительными шагами.
Для выполнения любого стехиометрического расчета нам нужны коэффициенты сбалансированного химического уравнения.
Например, если образец содержит примеси дигидрата хлорида бария (BaCl 2 H 2 O), количество примесей может быть получено путем нагревания образца для испарения воды.
Разница в массе между исходным образцом и нагретым образцом даст нам в граммах количество воды, содержащейся в хлориде бария.
С помощью простого стехиометрического расчета можно определить количество примесей в образце (Хан, 2009).
Фракционная перегонка
Фракционная перегонка - это процесс, при котором компоненты жидкой смеси разделяются на разные части (называемые фракциями) в соответствии с их разными температурами кипения.
Разница в летучести соединений в смеси играет фундаментальную роль в их разделении.
Фракционная перегонка используется для очистки химикатов, а также для разделения смесей с целью получения их компонентов. Он используется в качестве лабораторного метода и в промышленности, где процесс имеет большое коммерческое значение.
Пары кипящего раствора проходят через высокую колонну, называемую ректификационной колонной.
Колонка набита пластиковыми или стеклянными шариками для улучшения разделения за счет увеличения площади поверхности для конденсации и испарения.
Рисунок 2: установка для фракционной перегонки в лаборатории.
Температура колонки постепенно снижается по длине. Компоненты с более высокой точкой кипения конденсируются на колонке и возвращаются в раствор.
Компоненты с более низкими температурами кипения (более летучие) проходят через колонку и собираются в верхней части.
Теоретически наличие большего количества гранул или пластин улучшает разделение, но добавление пластин также увеличивает время и энергию, необходимые для завершения дистилляции (Helmenstine, 2016).
Ссылки
- Энн Мари Хельменстин. (2014, 16 мая). Определение давления пара. Получено с сайта thinkco.com.
- Encyclopdia Britannica. (2017, 10 февраля). Давление газа. Получено с britannica.com.
- Харви, Д. (2016, 25 марта). Гравиметрия улетучивания. Восстановлено из хим.либретекстов.
- Helmenstine, AM (8 ноября 2016 г.). Определение и примеры фракционной перегонки. Получено с сайта thinkco.com.
- Джим Кларк, штат Иллинойс (3 марта 2017 г.). Закон Рауля. Восстановлено из хим.либретекстов.
- Хан, С. (27 августа 2009 г.). Введение в гравиметрический анализ: гравиметрия улетучивания. Восстановлено из ханакадемии.
- Луи Гордон, RW (2014). Получено с accessscience.com.
- Давление газа. (СФ). Восстановлено с сайта chem.purdue.edu.