Випаровування являє собою процес перетворення хімічної речовини , рідини або твердої речовини в газоподібному стані або пароподібному стані. Інші терміни, що використовуються для опису того ж процесу, - це випаровування, перегонка та сублімація.
Одну речовину часто можна відокремити від іншої шляхом випаровування, а потім їх можна відновити конденсацією пари.
Речовину можна швидше випаровувати, нагріваючи її для підвищення тиску пари, або видаляючи пари за допомогою інертного потоку газу або вакуумного насоса.
Процедури нагрівання включають випаровування води, ртуті або трихлориду миш'яку для відділення цих речовин від заважаючих елементів.
Хімічні реакції іноді використовуються для отримання летких продуктів, як при вивільненні вуглекислого газу з карбонатів, аміаку за методом Кельдаля для визначення азоту та діоксиду сірки при визначенні сірки в сталі.
Способи випаровування зазвичай характеризуються великою простотою та простотою експлуатації, за винятком випадків, коли потрібні високі температури або висококорозійні матеріали (Louis Gordon, 2014).
Летливість тиску пари
Знаючи, що температура кипіння води - 100 ° C, ви коли-небудь замислювалися, чому випаровується дощова вода?
Це 100 ° С? Якщо так, то чому б мені не зігрітися? Ви ніколи не замислювалися про те, що надає характерний аромат алкоголю, оцту, деревини чи пластику? (Тиск пари, SF)
Відповідальною за все це є властивість, відома як тиск пари, що є тиском, яке чинить пара, рівноважно з твердою або рідкою фазою тієї ж речовини.
Також парціальний тиск речовини в атмосфері на тверду речовину або рідину (Anne Marie Helmenstine, 2014).
Тиск пари - це міра схильності матеріалу до зміни газоподібного або парового стану, тобто міра летючості речовин.
Із збільшенням тиску пари тим більша здатність рідини або твердої речовини випаровуватися, тим самим стає більш летючою.
Тиск пари збільшуватиметься із температурою. Температуру, при якій тиск пари на поверхні рідини дорівнює тиску, який чинить навколишнє середовище, називають точкою кипіння рідини (Encyclopædia Britannica, 2017).
Тиск пари буде залежати від розчиненого в розчині розчину (це колізійне властивість). На поверхні розчину (повітряно-газовий інтерфейс) найбільш поверхневі молекули, як правило, випаровуються, обмінюючись між фазами і створюючи тиск пари.
Наявність розчиненого речовини зменшує кількість молекул розчинника на межі розділу, зменшуючи тиск пари.
Малюнок 1: зниження тиску пари при розчиненні розчиненого речовини.
Зміна тиску пари може бути обчислена Законом Рауля про нелетких розчинних речовин, який задається:
Де X2 - мольна частка розчинника. Якщо помножити обидві сторони рівняння на P °, то це залишиться:
Підстановка (1) у (3):
(4)
Це коливання тиску пари при розчиненні розчиненого речовини (Jim Clark, 2017).
Гравіметричний аналіз
Гравіметричний аналіз - це клас лабораторних методик, що застосовуються для визначення маси або концентрації речовини шляхом вимірювання зміни маси.
Хімічна речовина, яку ми намагаємося кількісно оцінити, іноді називають аналітом. Ми можемо використовувати гравіметричний аналіз, щоб відповісти на такі питання, як:
- Яка концентрація аналіту в розчині?
- Наскільки чистий наш зразок? Зразок тут може бути твердим або розчином.
Існує два поширених типи гравіметричного аналізу. Обидва передбачають зміну фази аналіту для відокремлення його від решти суміші, що призводить до зміни маси.
Одним із таких методів є атмосферна гравіметрія, але той, що нас справді цікавить, - це летюча гравіметрія.
Волатилізаційна гравіметрія заснована на термічному або хімічному розкладанні зразка та вимірюванні отриманої зміни його маси.
Як варіант, ми можемо виловлювати і зважувати летючий продукт розкладання. Оскільки вивільнення летючого виду є невід'ємною частиною цих методів, ми їх спільно класифікуємо як методи летучого гравіметричного аналізу (Harvey, 2016).
Проблеми гравіметричного аналізу - це просто проблеми стехіометрії з кількома додатковими кроками.
Для виконання будь-якого стехіометричного обчислення нам потрібні коефіцієнти збалансованого хімічного рівняння.
Наприклад, якщо проба містить домішки дигідрату хлориду барію (BaCl 2 H 2 O), кількість домішок можна отримати, нагріваючи зразок для випаровування води.
Різниця в масі між вихідним зразком і нагрітим зразком дасть нам, в грамах, кількість води, що міститься в хлориді барію.
За допомогою простого стехіометричного розрахунку буде отримано кількість домішок у зразку (Khan, 2009).
Фракційна дистиляція
Фракційна дистиляція - це процес, при якому компоненти рідкої суміші поділяються на різні частини (звані фракціями) відповідно до їх різних температур кипіння.
Різниця летких речовин сполук у суміші відіграє принципову роль у їх розділенні.
Фракційна дистиляція використовується для очищення хімічних речовин, а також для розділення сумішей для отримання їх компонентів. Застосовується як лабораторна техніка і в промисловості, де процес має велике комерційне значення.
Пари з киплячого розчину пропускають через високий стовп, який називають фракціонуючою колоною.
Стовп упакований пластиковими або скляними намистинами для поліпшення поділу, забезпечуючи більшу площу поверхні для конденсації та випаровування.
Малюнок 2: Установка для фракційної дистиляції в лабораторії.
Температура колони поступово знижується по її довжині. Компоненти з більш високою температурою кипіння конденсуються на колонці і повертаються до розчину.
Компоненти з нижчими температурами кипіння (більш летючі) проходять через колонку і збираються біля верху.
Теоретично наявність більшої кількості намистин або пластин покращує відділення, але додавання пластин також збільшує час і енергію, необхідну для завершення перегонки (Helmenstine, 2016).
Список літератури
- Енн Марі Гельменстін. (2014 р., 16 травня). Визначення тиску пари. Відновлено з thinkco.com.
- Encyclopædia Britannica. (2017 р., 10 лютого). Тиск пари. Відновлено з britannica.com.
- Харві, Д. (2016, 25 березня). Летучість гравіметрії. Відновлено з хімії.лібретекстів.
- Гельменстін, А.М. (2016, 8 листопада). Визначення та приклади дробової перегонки. Відновлено з thinkco.com.
- Джим Кларк, штат Іллінойс (2017, 3 березня). Закон Рауля. Відновлено з хімії.лібретекстів.
- Хан, С. (2009, 27 серпня). Вступ до гравіметричного аналізу: Волатилізаційна гравіметрія. Відновлено з ханакадемії.
- Луї Гордон, RW (2014). Відновлено з accessscience.com.
- Тиск пари. (СФ). Відновлено з chem.purdue.edu.