Vypařování je proces přeměny chemické kapaliny nebo pevné látky do plynného stavu nebo páry stavu. Jiné termíny používané k popisu stejného procesu jsou odpařování, destilace a sublimace.
Jedna látka může být často oddělena od druhé těkáním a poté může být získána kondenzací páry.
Látka může být rychleji těkavá buď zahřátím, aby se zvýšil její tlak páry, nebo odstraněním páry pomocí proudu inertního plynu nebo vakuového čerpadla.
Postupy zahřívání zahrnují odpařování vody, rtuti nebo chloridu arsičitého k oddělení těchto látek od rušivých prvků.
Chemické reakce se někdy používají k výrobě těkavých produktů jako při uvolňování oxidu uhličitého z uhličitanů, amoniaku v Kjeldahlově metodě pro stanovení dusíku a oxidu siřičitého při stanovení síry v oceli.
Metody těkavosti se obecně vyznačují velkou jednoduchostí a snadnou obsluhou, s výjimkou případů, kdy jsou zapotřebí vysoké teploty nebo materiály vysoce odolné vůči korozi (Louis Gordon, 2014).
Odpařování tlaku par
Věděli jste, že teplota varu vody je 100 ° C, přemýšleli jste někdy nad tím, proč se dešťová voda vypařuje?
Je to 100 ° C? Pokud ano, proč se nezohřeji? Přemýšleli jste někdy, co dává charakteristickou vůni alkoholu, octu, dřeva nebo plastu? (Tlak par, SF)
Za to vše je zodpovědná vlastnost známá jako tlak par, což je tlak vyvíjený parou v rovnováze s pevnou nebo kapalnou fází stejné látky.
Rovněž parciální tlak látky v atmosféře na pevnou látku nebo kapalinu (Anne Marie Helmenstine, 2014).
Tlak páry je míra tendence materiálu ke změně na plynný nebo parní stav, tj. Míra těkavosti látek.
Jak se tlak par zvyšuje, tím větší je kapacita kapaliny nebo pevné látky k odpařování, takže je těkavější.
Tlak páry se s teplotou zvyšuje. Teplota, při které se tlak par na povrchu kapaliny rovná tlaku vyvíjenému prostředím, se nazývá bod varu kapaliny (Encyclopædia Britannica, 2017).
Tlak par bude záviset na rozpuštěné látce rozpuštěné v roztoku (jedná se o koligativní vlastnost). Na povrchu roztoku (rozhraní vzduch-plyn) má většina povrchních molekul tendenci se odpařovat, vyměňovat se mezi fázemi a vytvářet tlak par.
Přítomnost rozpuštěné látky snižuje počet molekul rozpouštědla na rozhraní a snižuje tlak par.
Obrázek 1: pokles tlaku par při rozpuštěné rozpuštěné látce.
Změnu tlaku par lze vypočítat podle Raoultova zákona pro netěkavé soluty, které je dáno:
Kde X2 je molární frakce rozpouštědla. Pokud vynásobíme obě strany rovnice P °, zůstane:
Nahrazení (1) v (3) je:
(4)
Toto je změna tlaku par při rozpuštění solutu (Jim Clark, 2017).
Gravimetrická analýza
Gravimetrická analýza je třída laboratorních technik používaných k určení hmotnosti nebo koncentrace látky změřením změny hmotnosti.
Chemikálie, kterou se snažíme kvantifikovat, se někdy nazývají analytem. Mohli bychom použít gravimetrickou analýzu k zodpovězení otázek, jako například:
- Jaká je koncentrace analytu v roztoku?
- Jak čistý je náš vzorek? Vzorek zde může být pevný nebo v roztoku.
Existují dva běžné typy gravimetrické analýzy. Oba zahrnují změnu fáze analytu, aby se oddělil od zbytku směsi, což má za následek změnu hmotnosti.
Jednou z těchto metod je srážková gravimetrie, ale ta, která nás opravdu zajímá, je těkavá gravimetrie.
Gravimetrie volatility je založena na tepelném nebo chemickém rozkladu vzorku a měření výsledné změny jeho hmotnosti.
Alternativně můžeme zachytit a zvážit těkavý produkt rozkladu. Protože uvolňování těkavých druhů je podstatnou součástí těchto metod, společně je klasifikujeme jako metody volatilizace gravimetrické analýzy (Harvey, 2016).
Gravimetrické analytické problémy jsou jednoduše stechiometrické problémy s několika dalšími kroky.
K provedení jakéhokoli stechiometrického výpočtu potřebujeme koeficienty vyvážené chemické rovnice.
Například, v případě, že vzorek obsahuje nečistoty dihydrátu chloridu barnatého (BaCl 2 H 2 O), množství nečistot je možno získat zahříváním vzorku k odpaření vody.
Rozdíl hmotnosti mezi původním vzorkem a zahřátým vzorkem nám poskytne v gramech množství vody obsažené v chloridu barnatém.
Jednoduchým stechiometrickým výpočtem se získá množství nečistot ve vzorku (Khan, 2009).
Frakční destilace
Frakční destilace je proces, při kterém se složky kapalné směsi dělí na různé části (nazývané frakce) podle jejich různých bodů varu.
Rozdíl ve volatilitě sloučenin ve směsi hraje zásadní roli při jejich separaci.
Frakční destilace se používá k čištění chemikálií a také k oddělení směsí za účelem získání jejich složek. Používá se jako laboratorní technika a v průmyslu, kde má tento proces velký komerční význam.
Páry z vroucího roztoku prochází vysokou kolonou, nazývanou frakcionační kolonou.
Kolona je naplněna plastovými nebo skleněnými kuličkami pro zlepšení separace poskytnutím větší plochy povrchu pro kondenzaci a odpařování.
Obrázek 2: nastavení pro frakční destilaci v laboratoři.
Teplota kolony se po celé délce postupně snižuje. Složky s vyšším bodem varu kondenzují na koloně a vracejí se do roztoku.
Komponenty s nižšími body varu (těkavějšími) procházejí sloupcem a shromažďují se blízko vrcholu.
Teoreticky má více kuliček nebo destiček zlepšení separace, ale přidání destiček také zvyšuje čas a energii potřebnou k dokončení destilace (Helmenstine, 2016).
Reference
- Anne Marie Helmenstine. (2014, 16. května). Definice tlaku par. Obnoveno z webu thinkco.com.
- Encyclopædia Britannica. (2017, 10. února). Tlak páry. Obnoveno z britannica.com.
- Harvey, D. (2016, 25. března). Gravimetrie těkavosti. Obnoveno z chem.libretexts.
- Helmenstine, AM (2016, 8. listopadu). Definice a příklady frakční destilace. Obnoveno z webu thinkco.com.
- Jim Clark, IL (2017, 3. března). Raoultův zákon. Obnoveno z chem.libretexts.
- Khan, S. (2009, 27. srpna). Úvod do gravimetrické analýzy: Volatilizační gravimetrie. Obnovené z khanacademy.
- Louis Gordon, RW (2014). Obnoveno z accessscience.com.
- Tlak páry. (SF). Obnoveno z chem.purdue.edu.