Volatilizarea este procesul de conversie a unui produs chimic lichid sau solid la o stare de vapori sau stare gazoasă. Alți termeni folosiți pentru a descrie același proces sunt vaporizarea, distilarea și sublimarea.
O substanță poate fi adesea separată de alta prin volatizare și apoi poate fi recuperată prin condensarea vaporilor.
Substanța poate fi volatilizată mai rapid fie încălzind-o pentru a-și crește presiunea de vapori, fie îndepărtând vaporii folosind un flux de gaz inert sau o pompă de vid.
Procedurile de încălzire includ volatilizarea apei, mercurului sau triclorurii de arsen pentru a separa aceste substanțe de elementele de interferență.
Reacțiile chimice sunt uneori utilizate pentru producerea de produse volatile ca în eliberarea de dioxid de carbon din carbonați, amoniac în metoda Kjeldahl pentru determinarea azotului și a dioxidului de sulf în determinarea sulfului din oțel.
Metodele de volatilizare sunt, în general, caracterizate printr-o simplitate și o ușurință de operare deosebite, cu excepția cazului în care sunt necesare temperaturi ridicate sau materiale foarte rezistente la coroziune (Louis Gordon, 2014).
Volatizarea presiunii de vapori
Știind că temperatura de fierbere a apei este de 100 ° C, te-ai întrebat vreodată de ce apa de ploaie se evaporă?
Este 100 ° C? Dacă da, de ce nu mă încălzesc? V-ați întrebat vreodată ce dă aroma caracteristică alcoolului, oțetului, lemnului sau plasticului? (Presiunea de vapori, SF)
Responsabilă de toate acestea este o proprietate cunoscută sub numele de presiunea vaporilor, care este presiunea exercitată de un vapor în echilibru cu faza solidă sau lichidă a aceleiași substanțe.
De asemenea, presiunea parțială a substanței din atmosferă pe solid sau lichid (Anne Marie Helmenstine, 2014).
Presiunea de vapori este o măsură a tendinței unui material de a se schimba la starea gazoasă sau a vaporilor, adică o măsură a volatilității substanțelor.
Cu cât presiunea de vapori crește, cu atât este mai mare capacitatea de evaporare a lichidului sau solidului, fiind astfel mai volatilă.
Presiunea de vapori va crește odată cu temperatura. Temperatura la care presiunea de vapori pe suprafața unui lichid este egală cu presiunea exercitată de mediu este denumită punctul de fierbere al lichidului (Encyclopædia Britannica, 2017).
Presiunea de vapori va depinde de solutul dizolvat în soluție (este o proprietate coligativă). Pe suprafața soluției (interfața aer-gaz) moleculele cele mai superficiale tind să se evapore, schimbând între faze și generând o presiune de vapori.
Prezența solutului reduce numărul de molecule de solvent la interfață, reducând presiunea de vapori.
Figura 1: scăderea presiunii de vapori când aveți un solut dizolvat.
Modificarea presiunii de vapori poate fi calculată cu Legea lui Raoult pentru soluțiile nevolatile care este dată de:
În cazul în care X2 este fracția molă a solventului. Dacă înmulțim ambele părți ale ecuației cu P °, atunci rămâne:
Înlocuirea (1) din (3) este:
(4)
Aceasta este variația presiunii de vapori atunci când un solut se dizolvă (Jim Clark, 2017).
Analiză gravimetrică
Analiza gravimetrică este o clasă de tehnici de laborator utilizate pentru a determina masa sau concentrația unei substanțe prin măsurarea unei modificări a masei.
Produsul chimic pe care încercăm să-l cuantificăm este uneori numit analit. Am putea folosi analiza gravimetrică pentru a răspunde la întrebări precum:
- Care este concentrația analitului într-o soluție?
- Cât de pur este eșantionul nostru? Eșantionul de aici ar putea fi un solid sau în soluție.
Există două tipuri comune de analiză gravimetrică. Ambele implică schimbarea fazei analitului pentru a-l separa de restul unui amestec, rezultând o modificare a masei.
Una dintre aceste metode este gravimetria cu precipitații, dar cea care ne interesează cu adevărat este gravimetria de volatizare.
Gravimetria de volatilizare se bazează pe descompunerea eșantionului termic sau chimic și măsurarea schimbării rezultate în masa sa.
În mod alternativ, putem prinde și cântări un produs de descompunere volatil. Deoarece eliberarea unei specii volatile este o parte esențială a acestor metode, le clasificăm colectiv ca metode de analiză gravimetrică de volatizare (Harvey, 2016).
Problemele de analiză gravimetrică sunt pur și simplu probleme de stoechiometrie cu câteva etape suplimentare.
Pentru a efectua orice calcul stoechiometric, avem nevoie de coeficienții ecuației chimice echilibrate.
De exemplu, dacă un eșantion conține clorură de bariu dihidrat (BaCl 2 H 2 O) impurități, cantitatea de impurități poate fi obținută prin încălzirea eșantionului pentru a evapora apa.
Diferența de masă dintre eșantionul inițial și proba încălzită ne va oferi, în grame, cantitatea de apă conținută în clorura de bariu.
Cu un calcul stoechiometric simplu, se va obține cantitatea de impurități din eșantion (Khan, 2009).
Distilație fracțională
Distilarea fracțională este un proces prin care componentele unui amestec lichid sunt separate în diferite părți (numite fracții) în funcție de punctele lor diferite de fierbere.
Diferența de volatilități a compușilor din amestec joacă un rol fundamental în separarea lor.
Distilarea fracțională este utilizată pentru a purifica substanțele chimice și, de asemenea, pentru a separa amestecurile pentru a obține componentele lor. Este utilizat ca tehnică de laborator și în industrie, unde procesul are o importanță comercială deosebită.
Vaporii dintr-o soluție de fierbere sunt trecuți printr-o coloană înaltă, numită coloană de fracționare.
Coloana este ambalată cu margele de plastic sau de sticlă pentru a îmbunătăți separarea, oferind mai multă suprafață pentru condensare și evaporare.
Figura 2: setare pentru distilare fracțională în laborator.
Temperatura coloanei scade treptat de-a lungul lungimii sale. Componentele cu un punct de fierbere mai mare se condensează pe coloană și revin la soluție.
Componentele cu puncte de fierbere inferioare (mai volatile) trec prin coloană și sunt colectate lângă partea superioară.
Teoretic, a avea mai multe margele sau plăci îmbunătățește separarea, dar adăugarea plăcilor crește, de asemenea, timpul și energia necesară pentru a completa o distilare (Helmenstine, 2016).
Referințe
- Anne Marie Helmenstine. (2014, 16 mai). Definiția presiunii de vapori. Recuperat de la thinkco.com.
- Encyclopædia Britannica. (2017, 10 februarie). Presiunea de vapori. Recuperat de pe britannica.com.
- Harvey, D. (2016, 25 martie). Gravimetrie de volatilizare. Recuperat din chem.libretexts.
- Helmenstine, AM (2016, 8 noiembrie). Definiție și exemple de distilare fracțională. Recuperat de la thinkco.com.
- Jim Clark, IL (2017, 3 martie). Legea lui Raoult. Recuperat din chem.libretexts.
- Khan, S. (2009, 27 august). Introducere în analiza gravimetrică: gravimetria de volatilizare. Recuperat din khanacademy.
- Louis Gordon, RW (2014). Recuperat de accessscience.com.
- Presiunea de vapori. (SF). Recuperat din chem.purdue.edu.