La volatilització és el procés de convertir una substància química d'un estat líquid o sòlid a un estat gasós o de vapor. Altres termes usats per descriure el mateix procés són vaporització, destil·lació i sublimació.
Una substància es pot separar sovint d'una altra per la volatilització i pot llavors ser recuperada per la condensació de vapor.
La substància es pot volatilitzar més ràpidament ja sigui escalfant per augmentar la seva pressió de vapor o mitjançant l'eliminació de el vapor usant un corrent de gas inert o una bomba de buit.
Els procediments d'escalfament inclouen la volatilització de l'aigua, de l'mercuri o de l'triclorur d'arsènic per separar aquestes substàncies dels elements interferents.
A vegades s'utilitzen reaccions químiques per produir productes volàtils com en l'alliberament de diòxid de carboni a partir de carbonats, amoníac en el mètode Kjeldahl per a la determinació de nitrogen i diòxid de sofre en la determinació de sofre en acer.
Els mètodes de volatilització es caracteritzen generalment per una gran simplicitat i facilitat d'operació, excepte quan es necessiten temperatures altes o materials altament resistents a la corrosió (Louis Gordon, 2014).
Volatilització per pressió de vapor
Sabent que la temperatura d'ebullició de l'aigua són 100 ° C, alguna vegada t'has preguntat per què l'aigua de pluja s'evapora?
Està a 100 ° C? de ser així, per què no em dóna calor? Alguna vegada t'has preguntat què li dóna l'aroma característica a l'alcohol, a el vinagre, a la fusta o al el plàstic? (Vapor Pressure, SF)
El responsable de tot això és una propietat coneguda com a pressió de vapor, la qual és la pressió exercida per un vapor en equilibri amb la fase sòlida o líquida de la mateixa substància.
També, la pressió parcial de la substància a l'atmosfera sobre el sòlid o el líquid (Anne Marie Helmenstine, 2014).
La pressió de vapor és una mesura de la tendència d'un material a canviar a l'estat gasós o de vapor, és a dir, una mesura de la volatilitat de les substàncies.
A mesura que augmenta la pressió de vapor, major serà la capacitat de el líquid o de l'sòlid de evaporar sent així més volàtil.
La pressió de vapor augmentarà amb la temperatura. La temperatura a la qual la pressió de vapor en la superfície d'un líquid és igual a la pressió exercida per l'entorn es diu el punt d'ebullició de el líquid (Encyclopædia Britannica, 2017).
La pressió de vapor dependrà de l'solut dissolt en solució (és una propietat col·ligativa). A la superfície de la solució (interfase aire-gas) les molècules més superficials tendeixen a evaporar-se, intercanviant-entre fases i generant una pressió de vapor.
La presència de solut, disminueix el nombre de molècules de solvent en la interfase, reduint la pressió de vapor.
Figura 1: disminució de la pressió de vapor a l'tenir un solut dissolt.
El canvi de la pressió de vapor es pot calcular amb la Llei de Raoult per soluts no volàtils la qual està donada per:
On X2 és la fracció molar de l'solvent. Si multipliquem els dos costat de l'equació per P ° llavors queda:
Substituint (1) a (3) queda:
(4)
Aquesta és la variació de la pressió de vapor quan es dissol un solut (Jim Clark, 2017).
anàlisi gravimètric
L'anàlisi gravimètric és una classe de tècniques de laboratori utilitzades per determinar la massa o concentració d'una substància mesurant un canvi en la massa.
El químic que estem tractant de quantificar és de vegades anomenat l'analit. Podríem utilitzar l'anàlisi gravimètric per respondre preguntes com ara:
- Quina és la concentració de l'analit en una solució?
- Què tan pura és la nostra mostra? La mostra aquí podria ser un sòlid o en solució.
Hi ha dos tipus comuns d'anàlisi gravimètric. Tots dos impliquen el canvi de la fase d'l'anàlit per separar-la de la resta d'una barreja, donant lloc a un canvi en la massa.
Un d'aquests mètodes és la gravimetria de precipitació, però el que en realitat ens interessa és la gravimetria de volatilització.
La gravimetria de volatilització es basa en descompondre tèrmicament o químicament la mostra i mesurar el canvi resultant en la seva massa.
Alternativament, podem atrapar i tot un producte volàtil de la descomposició. A causa de que l'alliberament d'una espècie volàtil és una part essencial d'aquests mètodes, els classifiquem col·lectivament com a mètodes d'anàlisi gravimètrics de volatilització (Harvey, 2016).
Els problemes d'anàlisi gravimètric són simplement problemes d'estequiometria amb uns pocs passos addicionals.
Per realitzar qualsevol càlcul estequiomètric, necessitem els coeficients de l'equació química equilibrada.
Per exemple, si una mostra conté impureses de clorur de bari dihidratat (BaCl 2 H 2 O), es pot obtenir la quantitat d'impureses escalfant la mostra per evaporar l'aigua.
La diferència de masses entre la mostra original i la mostra escalfada ens donarà, en grams, la quantitat d'aigua continguda en el clorur de bari.
Amb un simple càlcul estequimétrico s'obtindrà la quantitat d'impureses de la mostra (Khan, 2009).
destil·lació fraccionada
La destil·lació fraccionada és un procés mitjançant el qual els components d'una mescla líquida se separen en diferents parts (anomenades fraccions) d'acord amb les seves diferents punts d'ebullició.
La diferència de volatilitats dels compostos de la barreja juga un paper fonamental en la seva separació.
La destil·lació fraccionada s'utilitza per purificar productes químics i també per separar les mescles per obtenir els seus components. S'utilitza com una tècnica de laboratori i en la indústria, on el procés té una gran importància comercial.
Els vapors d'una solució bullint es passen al llarg d'una columna alta, anomenada columna de fraccionament.
La columna s'embala amb perles de plàstic o de vidre per millorar la separació proporcionant més àrea superficial per la condensació i l'evaporació.
Figura 2: muntatge per a una destil·lació fraccionada al laboratori.
La temperatura de la columna disminueix gradualment al llarg de la seva longitud. Els components amb un punt d'ebullició més alt es condensen en la columna i retornen a la solució.
Els components amb punts d'ebullició més baixos (més volàtils) passen a través de la columna i es recullen prop de la part superior.
Teòricament, tenir més perles o plaques millora la separació, però l'addició de plaques també augmenta el temps i l'energia requerits per completar una destil·lació (Helmenstine, 2016).
referències
- Anne Marie Helmenstine. (2014, maig 16). Vapor Pressure Definition. Recuperat de thoughtco.com.
- Encyclopædia Britannica. (2017, febrer 10). Vapour pressure. Recuperat de britannica.com.
- Harvey, D. (2016, març 25). Volatilization Gravimetry. Recuperat de chem.libretexts.
- Helmenstine, AM (2016, novembre 8). Fractional distillation Definition and Examples. Recuperat de thoughtco.com.
- Jim Clark, IL (2017, març 3). Raoult 's Law. Recuperat dechem.libretexts.
- Khan, S. (2009, agost 27). Introduction to gravimetric analysis: Volatilization gravimetry. Recuperat de Khan Academy.
- Louis Gordon, RW (2014). Recuperat de accessscience.com.
- Vapor Pressure. (SF). Recuperat de chem.purdue.edu.