Co to jest ulatnianie?
Parowanie jest procesem przekształcania substancji chemicznej ze stanu ciekłego lub stałego w stan gazowy lub parowy. Inne terminy używane do opisania tego samego procesu to odparowanie, destylacja i sublimacja.
Substancja często może być oddzielona od innej przez ulatnianie się, a następnie może być odzyskana przez kondensację pary.
Substancja może być szybciej ulatniana albo przez jej podgrzanie w celu zwiększenia ciśnienia pary, albo przez usunięcie pary przy użyciu strumienia gazu obojętnego lub pompy próżniowej.
Procedury ogrzewania obejmują ulatnianie się wody, rtęci lub trichlorku arsenu w celu oddzielenia tych substancji od elementów zakłócających.
Reakcje chemiczne są czasami stosowane do wytwarzania lotnych produktów, takich jak uwalnianie dwutlenku węgla z węglanów, amoniaku w metodzie Kjeldahla do oznaczania azotu i dwutlenku siarki w oznaczaniu siarki w stali.
Metody ulatniania się ogólnie charakteryzują się dużą prostotą i łatwością obsługi, z wyjątkiem sytuacji, gdy potrzebne są wysokie temperatury lub materiały wysoce odporne na korozję (Louis Gordon, 2014).
Parowanie pary wodnej
Wiedząc, że temperatura wrzącej wody wynosi 100 ° C, czy zastanawiałeś się kiedyś, dlaczego woda deszczowa wyparowuje?
Czy jest w 100 ° C? Jeśli tak, dlaczego nie robię się gorąca? Czy zastanawiałeś się kiedyś, co nadaje charakterystyczny zapach alkoholu, octu, drewna lub plastiku? (Ciśnienie pary, SF)
Odpowiedzialny za to wszystko jest właściwość znana jako ciśnienie pary, czyli ciśnienie wywierane przez parę w równowadze z fazą stałą lub ciekłą tej samej substancji.
Również ciśnienie cząstkowe substancji w atmosferze na ciele stałym lub cieczy (Anne Marie Helmenstine, 2014).
Ciśnienie pary jest miarą tendencji materiału do zmiany stanu gazowego lub parowego, czyli miarą lotności substancji.
Wraz ze wzrostem ciśnienia pary, zdolność cieczy lub ciała stałego do odparowania staje się bardziej lotna.
Ciśnienie pary wzrośnie wraz z temperaturą. Temperatura, w której ciśnienie pary na powierzchni cieczy jest równe ciśnieniu wywieranemu przez środowisko, nazywane jest temperaturą wrzenia cieczy (Encyclopædia Britannica, 2017).
Ciśnienie pary zależy od rozpuszczonej substancji rozpuszczonej w roztworze (jest to właściwość koligatywna). Na powierzchni roztworu (interfejs powietrze-gaz) najbardziej powierzchowne cząsteczki mają tendencję do parowania, wymiany między fazami i generowania ciśnienia pary.
Obecność substancji rozpuszczonej zmniejsza liczbę cząsteczek rozpuszczalnika w interfejsie, zmniejszając ciśnienie pary.
Zmianę ciśnienia pary można obliczyć za pomocą prawa Raoulta dla nielotnych substancji rozpuszczonych, co daje:
Gdzie X2 jest ułamkiem molowym rozpuszczalnika. Jeśli pomnożymy obie strony równania o P °, to pozostaje:
Zastępowanie (1) w (3) to:
(4)
Jest to zmiana ciśnienia pary podczas rozpuszczania substancji rozpuszczonej (Jim Clark, 2017).
Analiza grawimetryczna
Analiza grawimetryczna to klasa technik laboratoryjnych stosowanych do określania masy lub stężenia substancji poprzez pomiar zmiany masy.
Substancja chemiczna, którą próbujemy określić, jest czasami nazywana analitem. Możemy użyć analizy grawimetrycznej, aby odpowiedzieć na pytania takie jak:
- Jakie jest stężenie analitu w roztworze?
- Jak czysta jest nasza próbka? Próbka tutaj może być stała lub w roztworze.
Istnieją dwa powszechne typy analizy grawimetrycznej. Oba wymagają zmiany fazy analitu w celu oddzielenia go od reszty mieszaniny, co powoduje zmianę masy.
Jedną z tych metod jest grawimetria opadowa, ale ta, która nas naprawdę interesuje, to grawimetria ulatniania się.
Grawimetria ulatniania polega na termicznym lub chemicznym rozkładzie próbki i mierzeniu wynikającej z niej zmiany jej masy.
Alternatywnie możemy zatrzymać i zważyć lotny produkt rozkładu. Ponieważ uwalnianie lotnych gatunków jest istotną częścią tych metod, klasyfikujemy je zbiorowo jako metody analizy grawimetrycznej ulatniania (Harvey, 2016).
Problemy analizy grawimetrycznej to po prostu problemy stechiometryczne z kilkoma dodatkowymi krokami.
Aby wykonać jakiekolwiek obliczenia stechiometryczne, potrzebujemy współczynników zrównoważonego równania chemicznego.
Na przykład, jeśli próbka zawiera zanieczyszczenia dihydratu chlorku baru (BaCl 2 ● H 2 O), ilość zanieczyszczeń można uzyskać ogrzewając próbkę w celu odparowania wody.
Różnica w masie między oryginalną próbką a podgrzaną próbką da nam, w gramach, ilość wody zawartej w chlorku baru.
Przy prostym obliczeniu stechiometrycznym uzyskuje się 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 punktami wrzenia.
Różnica lotności związków mieszaniny odgrywa zasadniczą rolę w ich separacji.
Destylacja frakcyjna służy do oczyszczania produktów chemicznych, a także do oddzielania mieszanin w celu uzyskania ich składników. Jest stosowany jako technika laboratoryjna i przemysłowa, gdzie proces ma duże znaczenie handlowe.
Opary wrzącego roztworu są przekazywane wzdłuż wysokiej kolumny, zwanej kolumną frakcjonującą.
Kolumna jest wypełniona plastikowymi lub szklanymi kulkami, aby poprawić separację, zapewniając większą powierzchnię skraplania i parowania.
Temperatura kolumny zmniejsza się stopniowo wzdłuż jej długości. Komponenty o wyższej temperaturze wrzenia skraplają się w kolumnie i wracają do roztworu.
Składniki o niższych (bardziej lotnych) punktach wrzenia przechodzą przez kolumnę i są zbierane w pobliżu szczytu.
Teoretycznie, posiadanie większej liczby kulek lub płytek poprawia separację, ale dodanie płytek zwiększa również czas i energię wymagane do zakończenia destylacji (Helmenstine, 2016).
