Какво е изпаряване?
Изпаряването е процес на превръщане на химично вещество от течно или твърдо състояние в газообразно или парно състояние. Други термини, използвани за описване на един и същ процес, са изпаряване, дестилация и сублимация.
Веществото често може да бъде отделено от друго чрез изпаряване и след това може да бъде възстановено чрез кондензация на парите.
Веществото може да се изпари по-бързо или чрез нагряване, за да се увеличи налягането на парите, или чрез отстраняване на парата с помощта на поток от инертен газ или вакуумна помпа.
Процедурите за отопление включват изпаряване на вода, живак или арсенов трихлорид, за да се отделят тези вещества от смущаващите елементи.
Химичните реакции понякога се използват за производството на летливи продукти като освобождаване на въглероден диоксид от карбонати, амоняк в метода на Келдал за определяне на азот и серен диоксид при определянето на сяра в стомана.
Методите за изпаряване обикновено се характеризират с голяма простота и лекота на работа, освен когато са необходими високи температури или материали, които са силно устойчиви на корозия (Louis Gordon, 2014).
Изпаряване под налягане на парите
Знаейки, че температурата на кипящата вода е 100 ° C, някога сте се чудили защо дъждовната вода се изпарява?
На 100 ° C ли е? Ако е така, защо не се нагорещявам? Чудили ли сте се някога какво придава характерния аромат на алкохол, оцет, дърво или пластмаса? (Налягане на парата, SF)
Този, който е отговорен за всичко това, е свойство, известно като налягане на парите, което е налягането, упражнявано от парата в равновесие с твърдата или течната фаза на същото вещество.
Също така, парциалното налягане на веществото в атмосферата върху твърдото вещество или течността (Anne Marie Helmenstine, 2014).
Налягането на парите е мярка за тенденцията на материала да се променя в газообразно или парно състояние, т.е. мярка за летливостта на веществата.
С увеличаването на налягането на парите капацитетът на изпаряването на течността или твърдото вещество става по-летлив.
Налягането на парите ще нараства с температурата. Температурата, при която налягането на парите на повърхността на течността е равно на налягането, оказвано от околната среда, се нарича точка на кипене на течността (Encyclopædia Britannica, 2017).
Налягането на парите ще зависи от разтвореното вещество в разтвора (това е свойства на колигация). На повърхността на разтвора (интерфейс въздух-газ) най-повърхностните молекули са склонни да се изпаряват, като обменят между фазите и генерират налягане на парите.
Наличието на разтворимо вещество намалява броя на молекулите на разтворителя в интерфейса, намалявайки налягането на парите.
Промяната в налягането на парите може да се изчисли със Закона на Раул за нелетливите разтвори, който се дава чрез:
Където Х2 е молната част на разтворителя. Ако умножим двете страни на уравнението с P °, то остава:
Заместването на (1) в (3) е:
(4)
Това е изменението на налягането на парите при разтваряне на разтвореното вещество (Jim Clark, 2017).
Гравиметричен анализ
Гравиметричният анализ е клас лабораторни техники, използвани за определяне на масата или концентрацията на веществото чрез измерване на промяна в масата.
Химикалът, който се опитваме да определим количествено, понякога се нарича аналит. Можем да използваме гравиметричен анализ, за да отговорим на въпроси като:
- Каква е концентрацията на аналита в разтвор?
- Колко чиста е нашата проба? Пробата тук може да бъде твърда или в разтвор.
Има два често срещани вида гравиметричен анализ. И двете включват промяна на фазата на аналита, за да се отдели от останалата част от сместа, което води до промяна в масата.
Един от тези методи е гравиметрията на валежите, но тази, която наистина ни интересува, е гравиметрията на изпарението.
Гравиметрията на изпаряване се основава на термично или химично разлагане на пробата и измерване на получената промяна в неговата маса.
Алтернативно, можем да улавяме и претегляме летливият продукт на разлагане. Тъй като освобождаването на летлив вид е съществена част от тези методи, ние ги класифицираме колективно като гравиметрични методи за анализ на изпарението (Harvey, 2016).
Проблемите на гравиметричния анализ са просто проблеми със стехиометрията с няколко допълнителни стъпки.
За да се извърши каквото и да е стехиометрично изчисление, се нуждаем от коефициентите на балансираното химическо уравнение.
Например, ако една проба съдържа примеси на бариев хлорид дихидрат (BaCl2 H20), количеството примеси може да се получи чрез нагряване на пробата за изпаряване на водата.
Разликата в масата между първоначалната проба и нагрятата проба ще ни даде в грамове количеството вода, съдържаща се в бариевия хлорид.
С простото стехиометрично изчисление ще се получи количеството примеси в пробата (Khan, 2009).
Фракционна дестилация
Фракционната дестилация е процес, чрез който компонентите на течната смес се разделят на различни части (наречени фракции) според различните им точки на кипене.
Разликата в летливостта на съединенията от сместа играе основна роля при тяхното разделяне.
Фракционната дестилация се използва за пречистване на химически продукти и за разделяне на смесите, за да се получат техните компоненти. Използва се като лабораторна техника и в промишлеността, където процесът има голямо търговско значение.
Парите на кипящ разтвор се пропускат по високата колона, наречена фракционираща колона.
Колоната е напълнена с пластмасови или стъклени перли, за да се подобри разделянето, осигурявайки по-голяма площ за кондензация и изпаряване.
Температурата на колоната постепенно намалява по дължината му. Компонентите с по-висока точка на кипене кондензират в колоната и се връщат към разтвора.
Компонентите с по-ниски (по-летливи) точки на кипене преминават през колоната и се събират близо до върха.
Теоретично, наличието на повече перли или плочи подобрява отделянето, но добавянето на плочи също увеличава времето и енергията, необходима за завършване на дестилацията (Helmenstine, 2016).
