Izhlapevanje je proces pretvorbe kemične tekočine ali trdne snovi v plinastem stanju ali pare stanju. Drugi opisi, ki se uporabljajo za opis istega procesa, so vaporizacija, destilacija in sublimacija.
Eno snov lahko pogosto ločimo od druge z izhlapevanjem in jo nato lahko dobimo s kondenzacijo hlapov.
Snov lahko hitreje izhlapimo tako, da jo segrejemo za povečanje njenega parnega tlaka ali pa z odstranjevanjem hlapov z uporabo inertnega plina ali vakuumske črpalke.
Postopki ogrevanja vključujejo izhlapevanje vode, živega srebra ali arzenovega triklorida, da se te snovi ločijo od motečih elementov.
Kemične reakcije se včasih uporabljajo za proizvodnjo hlapnih produktov, kot pri sproščanju ogljikovega dioksida iz karbonatov, amonijak po metodi Kjeldahl za določanje dušika in žveplovega dioksida pri določanju žvepla v jeklu.
Za metode hlapnosti je na splošno značilna velika preprostost in enostavnost upravljanja, razen kadar so potrebne visoke temperature ali visoko korozijsko odporni materiali (Louis Gordon, 2014).
Hlapnost parnega tlaka
Se zavedate, da temperatura vrelišča vode 100 ° C, ste se kdaj vprašali, zakaj deževnica izhlapi?
Ali je 100 ° C? Če je tako, zakaj se ne ogrejem? Ste se že kdaj vprašali, kaj daje značilno aromo alkoholu, kisu, lesu ali plastiki? (Parni tlak, SF)
Za vse to je odgovorna lastnost, znana kot parni tlak, ki je tlak, ki ga par povzroči ravnovesje s trdno ali tekočo fazo iste snovi.
Tudi delni tlak snovi v atmosferi na trdno ali tekočino (Anne Marie Helmenstine, 2014).
Parni tlak je merilo težnje snovi, da se spremeni v plinasto ali parno stanje, to je merilo hlapnosti snovi.
Ko se parni tlak povečuje, večja je zmožnost tekočine ali trdne snovi, da izhlapi in tako postane bolj hlapna.
Parni tlak se bo povečal s temperaturo. Temperatura, pri kateri je parni tlak na površini tekočine enak tlaku, ki ga ima okolje, se imenuje vrelišče tekočine (Encyclopædia Britannica, 2017).
Parni tlak je odvisen od raztopljenega v raztopini (gre za kolizijsko lastnost). Na površini raztopine (vmesnik zrak-plin) ponavadi izparijo najbolj površinske molekule, ki se izmenjujejo med fazami in ustvarjajo parni tlak.
Prisotnost topljenca zmanjšuje število molekul topila na vmesniku in zmanjšuje parni tlak.
Slika 1: znižanje parnega tlaka pri raztopljeni topljeni snovi.
Spremembo parnega tlaka je mogoče izračunati z Raoultovim zakonom za nehlapne topljene snovi, ki ga poda:
Kjer je X2 molni delež topila. Če pomnožimo obe strani enačbe s P °, potem ostane:
Nadomestitev (1) v (3) je:
(4)
To je sprememba parnega tlaka, ko se topilo raztopi (Jim Clark, 2017).
Gravimetrična analiza
Gravimetrična analiza je razred laboratorijskih tehnik, ki se uporabljajo za določanje mase ali koncentracije snovi z merjenjem spremembe mase.
Kemikalijo, ki jo skušamo količinsko opredeliti, včasih imenujemo analit. Z gravimetrično analizo bi lahko odgovorili na vprašanja, kot so:
- Kakšna je koncentracija analita v raztopini?
- Kako čist je naš vzorec? Vzorec je lahko trden ali v raztopini.
Obstajata dve pogosti vrsti gravimetrične analize. Oboje vključuje spremembo faze analita, da se loči od preostale zmesi, kar ima za posledico spremembo mase.
Ena izmed teh metod je padavinska gravimetrija, toda tista, ki nas resnično zanima, je hlapna gravimetrija.
Hlapna gravimetrija temelji na termičnem ali kemičnem razkroju vzorca in merjenju nastale spremembe njegove mase.
Lahko pa ujamemo in odtehtamo hlapljiv produkt razkroja. Ker je sproščanje hlapnih vrst bistven del teh metod, jih skupaj razvrščamo med metode hlapne gravimetrične analize (Harvey, 2016).
Težave z gravimetrično analizo so preprosto težave s stehiometrijo z nekaj dodatnimi koraki.
Za izvedbo katerega koli stehiometričnega izračuna potrebujemo koeficiente uravnotežene kemijske enačbe.
Če na primer vzorec vsebuje nečistoče barijevega klorida dihidrata (BaCl 2 H 2 O), lahko količino nečistoč dobimo s segrevanjem vzorca za izhlapevanje vode.
Razlika v masi med prvotnim vzorcem in segretim vzorcem nam bo v gramih dala količino vode, ki jo vsebuje barijev klorid.
S preprostim stehiometričnim izračunom bomo dobili količino nečistoč v vzorcu (Khan, 2009).
Frakcijska destilacija
Frakcijska destilacija je postopek, s katerim sestavine tekoče mešanice ločimo na različne dele (imenovane frakcije) glede na različna vrelišča.
Razlika v hlapnosti spojin v zmesi igra temeljno vlogo pri njihovem ločevanju.
Frakcijska destilacija se uporablja za čiščenje kemikalij in tudi za ločevanje zmesi za pridobivanje njihovih komponent. Uporablja se kot laboratorijska tehnika in v industriji, kjer je postopek velikega komercialnega pomena.
Hlapi iz vrele raztopine se prenašajo skozi visok stolpec, imenovan frakcionirni stolpec.
Stolpec je napolnjen s plastičnimi ali steklenimi kroglicami za izboljšanje ločevanja z zagotavljanjem večje površine za kondenzacijo in izparevanje.
Slika 2: namestitev za frakcijsko destilacijo v laboratoriju.
Temperatura kolone se postopoma znižuje vzdolž njegove dolžine. Komponente z višjim vreliščem se kondenzirajo na koloni in vrnejo v raztopino.
Komponente z nižjimi vrelišči (bolj hlapne) prehajajo skozi stolpec in se zbirajo blizu vrha.
Teoretično je, da več kroglic ali krožnikov izboljša ločitev, vendar dodajanje plošč povečuje tudi čas in energijo, potrebno za dokončanje destilacije (Helmenstine, 2016).
Reference
- Anne Marie Helmenstine. (2014, 16. maja). Opredelitev parnega tlaka. Pridobljeno iz misli.com.
- Encyclopædia Britannica. (2017, 10. februarja). Parni tlak. Pridobljeno od britannica.com.
- Harvey, D. (2016, 25. marec). Hlapnostna gravimetrija. Pridobljeno iz chem.libretexts.
- Helmenstine, AM (2016, 8. november). Opredelitev in primeri delne destilacije. Pridobljeno iz misli.com.
- Jim Clark, IL (2017, 3. marec). Raoultov zakon. Pridobljeno iz chem.libretexts.
- Khan, S. (2009, 27. avgusta). Uvod v gravimetrično analizo: Hlapna gravimetrija. Pridobljeno iz khanacademy.
- Louis Gordon, RW (2014). Pridobljeno iz accessscience.com.
- Parni tlak. (SF). Pridobljeno iz chem.purdue.edu.