Ulatnianie jest proces konwersji chemicznej cieczy lub ciała stałego w stan gazowy lub w stanie pary. Inne terminy używane do opisania tego samego procesu to parowanie, destylacja i sublimacja.
Często jedną substancję można oddzielić od drugiej poprzez odparowanie, a następnie można ją odzyskać przez kondensację pary.
Substancja może ulec szybszemu odparowaniu przez podgrzanie jej w celu zwiększenia jej prężności par lub usunięcie pary za pomocą strumienia gazu obojętnego lub pompy próżniowej.
Procedury ogrzewania obejmują odparowywanie wody, rtęci lub trójchlorku arsenu w celu oddzielenia tych substancji od elementów zakłócających.
Czasami do wytworzenia produktów lotnych stosuje się reakcje chemiczne, na przykład uwalnianie dwutlenku węgla z węglanów, amoniaku w metodzie Kjeldahla do oznaczania azotu i dwutlenku siarki w oznaczaniu siarki w stali.
Metody ulatniania charakteryzują się generalnie dużą prostotą i łatwością obsługi, z wyjątkiem sytuacji, gdy potrzebne są wysokie temperatury lub materiały wysoce odporne na korozję (Louis Gordon, 2014).
Ulatnianie się przez ciśnienie pary
Wiedząc, że temperatura wrzenia wody wynosi 100 ° C, czy zastanawiałeś się kiedyś, dlaczego woda deszczowa wyparowuje?
Czy to 100 ° C? Jeśli tak, dlaczego się nie ogrzeję Czy zastanawiałeś się kiedyś, co nadaje charakterystyczny aromat alkoholowi, occie, drewnu lub plastikowi? (Prężność par, SF)
Za to wszystko odpowiada właściwość zwana prężnością pary, która jest ciśnieniem wywieranym przez parę w równowadze z fazą stałą lub ciekłą tej samej substancji.
Również ciśnienie cząstkowe substancji w atmosferze na ciało stałe lub ciecz (Anne Marie Helmenstine, 2014).
Prężność par jest miarą tendencji materiału do przechodzenia w stan gazowy lub par, to znaczy miarą lotności substancji.
Wraz ze wzrostem ciśnienia pary, tym większa jest zdolność odparowywania cieczy lub ciała stałego, a zatem jest bardziej lotny.
Prężność par będzie rosła wraz z temperaturą. Temperatura, w której ciśnienie pary na powierzchni cieczy jest równe ciśnieniu wywieranemu przez środowisko, nazywana jest temperaturą wrzenia cieczy (Encyclopædia Britannica, 2017).
Prężność pary zależy od substancji rozpuszczonej w roztworze (jest to właściwość koligatywna). Na powierzchni roztworu (granica faz powietrze-gaz) najbardziej powierzchowne cząsteczki mają tendencję do parowania, wymiany między fazami i generowania ciśnienia pary.
Obecność substancji rozpuszczonej zmniejsza liczbę cząsteczek rozpuszczalnika na granicy faz, zmniejszając prężność pary.
Rysunek 1: spadek prężności pary w przypadku rozpuszczonej substancji rozpuszczonej.
Zmianę prężności pary można obliczyć za pomocą prawa Raoulta dla nielotnych substancji rozpuszczonych, które jest określone wzorem:
Gdzie X2 to ułamek molowy rozpuszczalnika. Jeśli pomnożymy obie strony równania przez P °, to pozostanie:
Podstawienie (1) w (3) to:
(4)
Jest to zmiana prężności pary, gdy rozpuszcza się substancja rozpuszczona (Jim Clark, 2017).
Analiza grawimetryczna
Analiza grawimetryczna to klasa technik laboratoryjnych wykorzystywanych do określenia masy lub stężenia substancji poprzez pomiar zmiany masy.
Substancja chemiczna, którą próbujemy określić ilościowo, jest czasami nazywana analitem. Moglibyśmy użyć analizy grawimetrycznej, aby odpowiedzieć na pytania takie jak:
- Jakie jest stężenie analitu w roztworze?
- Jak czysta jest nasza próbka? Próbka może być w tym przypadku stała lub w roztworze.
Istnieją dwa popularne typy analizy grawimetrycznej. Obie obejmują zmianę fazy analitu w celu oddzielenia go od reszty mieszaniny, co powoduje zmianę masy.
Jedną z tych metod jest grawimetria opadów, ale tą, która naprawdę nas interesuje, jest grawimetria ulatniania.
Grawimetria lotności polega na termicznym lub chemicznym rozkładzie próbki i pomiarze wynikającej z tego zmiany jej masy.
Alternatywnie możemy złapać i zważyć lotny produkt rozkładu. Ponieważ uwalnianie lotnych gatunków jest istotną częścią tych metod, wspólnie klasyfikujemy je jako metody analizy grawimetrycznej ulatniania się (Harvey, 2016).
Problemy analizy grawimetrycznej są po prostu problemami stechiometrycznymi z kilkoma dodatkowymi krokami.
Aby wykonać jakiekolwiek obliczenia stechiometryczne, potrzebujemy współczynników zbilansowanego równania chemicznego.
Na przykład, jeśli próbka zawiera zanieczyszczenia dwuwodzianem chlorku baru (BaCl 2 H 2 O), ilość zanieczyszczeń można uzyskać przez podgrzanie próbki w celu odparowania wody.
Różnica masy między próbką pierwotną a próbką podgrzaną da nam w gramach ilość wody zawartej w chlorku baru.
Dzięki prostemu obliczeniu stechiometrycznemu zostanie uzyskana ilość zanieczyszczeń w próbce (Khan, 2009).
Destylacja frakcyjna
Destylacja frakcyjna to proces, w którym składniki ciekłej mieszaniny są rozdzielane na różne części (zwane frakcjami) zgodnie z ich różnymi temperaturami wrzenia.
Różnica lotności związków w mieszaninie odgrywa fundamentalną rolę w ich rozdzielaniu.
Destylacja frakcyjna służy do oczyszczania chemikaliów, a także do oddzielania mieszanin w celu uzyskania ich składników. Jest stosowana jako technika laboratoryjna oraz w przemyśle, gdzie proces ma duże znaczenie handlowe.
Opary z wrzącego roztworu przechodzą przez wysoką kolumnę, zwaną kolumną frakcjonującą.
Kolumna jest wypełniona plastikowymi lub szklanymi kulkami, aby poprawić separację, zapewniając większą powierzchnię do kondensacji i parowania.
Rysunek 2: konfiguracja do destylacji frakcyjnej w laboratorium.
Temperatura kolumny stopniowo spada na całej jej długości. Składniki o wyższej temperaturze wrzenia kondensują się na kolumnie i wracają do roztworu.
Składniki o niższych temperaturach wrzenia (bardziej lotne) przechodzą przez kolumnę i są zbierane u góry.
Teoretycznie, posiadanie większej liczby kulek lub płytek poprawia separację, ale dodanie płytek zwiększa również czas i energię wymaganą do zakończenia destylacji (Helmenstine, 2016).
Bibliografia
- Anne Marie Helmenstine. (16 maja 2014). Definicja prężności par. Odzyskany z thinkco.com.
- Encyclopædia Britannica. (2017, 10 lutego). Ciśnienie pary. Odzyskany z britannica.com.
- Harvey, D. (25 marca 2016). Grawimetria ulatniania. Odzyskany z chem.libretexts.
- Helmenstine, AM (8 listopada 2016). Definicja i przykłady destylacji frakcyjnej. Odzyskany z thinkco.com.
- Jim Clark, IL (3 marca 2017). Prawo Raoulta. Odzyskany z chem.libretexts.
- Khan, S. (27 sierpnia 2009). Wprowadzenie do analizy grawimetrycznej: grawimetria ulatniania. Odzyskany z khanacademy.
- Louis Gordon, RW (2014). Odzyskany z accessscience.com.
- Ciśnienie pary. (SF). Odzyskany z chem.purdue.edu.