Vyparovanie je proces premeny chemickej kvapaliny alebo pevné látky do plynného stavu alebo pary stavu. Ďalšie výrazy používané na opis toho istého procesu sú odparovanie, destilácia a sublimácia.
Jedna látka môže byť často oddelená od druhej pomocou prchavosti a potom môže byť získaná kondenzáciou pár.
Látku možno rýchlejšie odpariť buď zahrievaním na zvýšenie tlaku pary alebo odstránením pary pomocou prúdu inertného plynu alebo vákuového čerpadla.
Zahrievacie postupy zahŕňajú prchanie vody, ortuti alebo chloridu arzénu na oddelenie týchto látok od interferujúcich prvkov.
Chemické reakcie sa niekedy používajú na výrobu prchavých produktov, napríklad pri uvoľňovaní oxidu uhličitého z uhličitanov, amoniaku v Kjeldahlovej metóde na stanovenie dusíka a oxidu siričitého pri stanovení síry v oceli.
Metódy prchavosti sa všeobecne vyznačujú veľkou jednoduchosťou a ľahkou prevádzkou, s výnimkou prípadov, keď sú potrebné vysoké teploty alebo materiály odolné voči vysokej korózii (Louis Gordon, 2014).
Vyparovanie tlaku pár
Vedeli ste, že teplota varu vody je 100 ° C, zaujímalo vás niekedy, prečo sa dažďová voda vyparuje?
Je to 100 ° C? Ak áno, prečo sa nezohrievam? Premýšľali ste niekedy nad tým, čo dáva charakteristickú arómu alkoholu, octu, dreva alebo plastu? (Tlak pár, SF)
Za to všetko je zodpovedná vlastnosť známa ako tlak pár, čo je tlak vyvíjaný parou v rovnováhe s pevnou alebo kvapalnou fázou tej istej látky.
Parciálny tlak látky v atmosfére na pevnú látku alebo tekutinu (Anne Marie Helmenstine, 2014).
Tlak pár je mierou tendencie materiálu meniť sa na plynný alebo parný stav, to znamená mierou prchavosti látok.
Keď tlak pary stúpa, tým väčšia je kapacita kvapaliny alebo tuhej látky na odparovanie, čím je viac prchavá.
Tlak pár sa bude zvyšovať s teplotou. Teplota, pri ktorej sa tlak pary na povrchu kvapaliny rovná tlaku vyvíjanému prostredím, sa nazýva bod varu kvapaliny (Encyclopædia Britannica, 2017).
Tlak pary bude závisieť od rozpustenej látky rozpustenej v roztoku (je to koligatívna vlastnosť). Na povrchu roztoku (rozhranie vzduch-plyn) majú naj povrchnejšie molekuly tendenciu sa odparovať, vymieňať sa medzi fázami a vytvárať tlak pary.
Prítomnosť rozpustenej látky znižuje počet molekúl rozpúšťadla na rozhraní a znižuje tlak pary.
Obrázok 1: zníženie tlaku pary pri rozpustenej rozpustenej látke.
Zmena tlaku pary sa môže vypočítať podľa Raoultovho zákona pre neprchavé rozpustené látky, ktorý je daný:
Kde X2 je molárna frakcia rozpúšťadla. Ak vynásobíme obe strany rovnice P °, zostane:
Nahradenie (1) v (3) je:
(4)
Toto je zmena tlaku pary pri rozpustení rozpustenej látky (Jim Clark, 2017).
Gravimetrická analýza
Gravimetrická analýza je trieda laboratórnych techník používaných na stanovenie hmotnosti alebo koncentrácie látky meraním zmeny hmotnosti.
Chemikália, ktorú sa snažíme kvantifikovať, sa niekedy nazýva analyt. Na zodpovedanie otázok, ako sú napríklad:
- Aká je koncentrácia analytu v roztoku?
- Aká čistá je naša vzorka? Vzorka tu môže byť pevná látka alebo v roztoku.
Existujú dva bežné typy gravimetrickej analýzy. Obidve zahŕňajú zmenu fázy analytu, aby sa oddelila od zvyšku zmesi, čo vedie k zmene hmotnosti.
Jednou z týchto metód je zrážacia gravimetria, ale tá, ktorá nás skutočne zaujíma, je volatilizačná gravimetria.
Volatilizačná gravimetria je založená na tepelnom alebo chemickom rozklade vzorky a meraní výslednej zmeny v jej hmotnosti.
Alternatívne môžeme zachytiť a zvážiť prchavý produkt rozkladu. Pretože uvoľňovanie prchavých druhov je podstatnou súčasťou týchto metód, spoločne ich klasifikujeme ako metódy gravimetrickej analýzy prchavosti (Harvey, 2016).
Gravimetrické analytické problémy sú jednoducho stechiometrické problémy s niekoľkými ďalšími krokmi.
Na vykonanie akéhokoľvek stechiometrického výpočtu potrebujeme koeficienty vyváženej chemickej rovnice.
Napríklad, v prípade, že vzorka obsahuje bárnatého dihydrátu chloridu (BaCl 2 H 2 O) nečistoty, množstvo nečistôt je možné získať zahrievaním vzorky k odparení vody.
Rozdiel hmotnosti medzi pôvodnou vzorkou a zahrialou vzorkou nám poskytne v gramoch množstvo vody obsiahnuté v chloridu bárnatom.
Jednoduchým stechiometrickým výpočtom sa získa množstvo nečistôt vo vzorke (Khan, 2009).
Frakčná destilácia
Frakčná destilácia je proces, pri ktorom sa zložky kvapalnej zmesi delia na rôzne časti (nazývané frakcie) podľa ich rôznych teplôt varu.
Rozdiel v prchavosti zlúčenín v zmesi hrá pri ich separácii zásadnú úlohu.
Frakčná destilácia sa používa na čistenie chemikálií a tiež na oddelenie zmesí na získanie ich zložiek. Používa sa ako laboratórna technika av priemysle, kde má tento proces veľký komerčný význam.
Výpary z vriaceho roztoku prechádzajú cez vysoký stĺpec, ktorý sa nazýva frakcionačný stĺpec.
Kolóna je naplnená plastovými alebo sklenenými guľôčkami na zlepšenie separácie poskytnutím väčšieho povrchu na kondenzáciu a odparenie.
Obrázok 2: zariadenie na frakčnú destiláciu v laboratóriu.
Teplota kolóny sa po svojej dĺžke postupne znižuje. Zložky s vyššou teplotou varu kondenzujú na kolóne a vracajú sa do roztoku.
Zložky s nižšími bodmi varu (viac prchavé) prechádzajú cez kolónu a zhromažďujú sa blízko vrchu.
Teoreticky má viac guľôčok alebo doštičiek zlepšenie separácie, ale pridanie doštičiek tiež zvyšuje čas a energiu potrebnú na dokončenie destilácie (Helmenstine, 2016).
Referencie
- Anne Marie Helmenstine. (2014, 16. mája). Definícia tlaku pár. Získané z webu thinkco.com.
- Encyclopædia Britannica. (2017, 10. februára). Tlak vodnej pary. Obnovené zo stránky britannica.com.
- Harvey, D. (2016, 25. marca). Gravimetria prchavých látok. Získané z chem.libretextov.
- Helmenstine, AM (2016, 8. novembra). Definícia a príklady frakčnej destilácie. Získané z webu thinkco.com.
- Jim Clark, IL (2017, 3. marca). Raoultov zákon. Získané z chem.libretextov.
- Khan, S. (2009, 27. augusta). Úvod do gravimetrickej analýzy: Volatilizačná gravimetria. Obnovené z khanacademy.
- Louis Gordon, RW (2014). Obnovené z accessscience.com.
- Tlak vodnej pary. (SF). Získané z chem.purdue.edu.