Iztvaicēšana ir process, pārvēršot ķīmisku vielu šķidro vai cieto uz gāzveida stāvoklī vai tvaika stāvoklī. Citi termini, ko izmanto, lai aprakstītu to pašu procesu, ir iztvaicēšana, destilācija un sublimācija.
Vienu vielu bieži var atdalīt no citas, iztvaicējot, un pēc tam to var reģenerēt, kondensējot tvaikus.
Vielu var ātrāk iztvaicēt, to karsējot, lai palielinātu tvaika spiedienu, vai iztvaicējot tvaikus, izmantojot inertu gāzes plūsmu vai vakuuma sūkni.
Karsēšanas procedūras ietver ūdens, dzīvsudraba vai arsēna trihlorīda iztvaicēšanu, lai atdalītu šīs vielas no traucējošajiem elementiem.
Ķīmiskās reakcijas dažreiz izmanto, lai iegūtu gaistošus produktus, piemēram, oglekļa dioksīda izdalīšanā no karbonātiem, amonjaka Kjeldāla metodē slāpekļa un sēra dioksīda noteikšanai, nosakot sēra saturu tēraudā.
Gaistošās metodes parasti raksturo ļoti vienkārša un ērta darbība, izņemot gadījumus, kad nepieciešama augsta temperatūra vai materiāli, kas ir ļoti izturīgi pret koroziju (Louis Gordon, 2014).
Tvaika spiediena iztvaikošana
Zinot, ka ūdens viršanas temperatūra ir 100 ° C, vai esat kādreiz domājis, kāpēc iztvaiko lietus ūdens?
Vai tas ir 100 ° C? Ja jā, kāpēc man nesasilt? Vai esat kādreiz domājis, kas piešķir raksturīgo aromātu spirtam, etiķim, kokam vai plastmasai? (Tvaika spiediens, SF)
Par visu to ir atbildīgs īpašums, kas pazīstams kā tvaika spiediens, kas ir spiediens, ko tvaiki rada līdzsvarā ar tās pašas vielas cieto vai šķidro fāzi.
Arī vielas daļējs spiediens atmosfērā uz cietu vai šķidru (Anne Marie Helmenstine, 2014).
Tvaika spiediens ir materiāla tendence mainīties uz gāzveida vai tvaika stāvokli, tas ir, uz vielu gaistošo lielumu.
Palielinoties tvaika spiedienam, jo lielāka šķidruma vai cietās vielas spēja iztvaikot, tādējādi tā ir gaistošāka.
Tvaika spiediens palielināsies līdz ar temperatūru. Temperatūru, pie kuras tvaika spiediens uz šķidruma virsmas ir vienāds ar apkārtējās vides radīto spiedienu, sauc par šķidruma viršanas temperatūru (Encyclopædia Britannica, 2017).
Tvaika spiediens būs atkarīgs no šķīdumā izšķīdinātā viela (tā ir kolagējošā īpašība). Uz šķīduma virsmas (gaisa un gāzes saskarne) virspusējās molekulas mēdz iztvaikot, apmainoties starp fāzēm un radot tvaika spiedienu.
Šķīduma klātbūtne samazina šķīdinātāja molekulu skaitu saskarnē, samazinot tvaika spiedienu.
1. attēls: tvaika spiediena pazemināšanās, ja tajā ir izšķīdināta viela.
Tvaika spiediena izmaiņas var aprēķināt, izmantojot Raoult likumu attiecībā uz nepastāvīgām izšķīdinātām vielām, kuras aprēķina pēc:
Kur X2 ir šķīdinātāja mola daļa. Ja reizinām abas vienādojuma puses ar P °, tad paliek:
Aizstājot (1) (3) ir:
(4)
Šīs ir tvaika spiediena izmaiņas, kad izšķīst viela (Jim Clark, 2017).
Gravimetriskā analīze
Gravimetriskā analīze ir laboratorijas metožu grupa, ko izmanto, lai noteiktu vielas masu vai koncentrāciju, izmērot masas izmaiņas.
Ķīmisko vielu, kuru mēs cenšamies kvantificēt, dažreiz sauc par analīti. Mēs varētu izmantot gravimetrisko analīzi, lai atbildētu uz šādiem jautājumiem:
- Kāda ir analizējamās vielas koncentrācija šķīdumā?
- Cik tīra ir mūsu izlase? Paraugs šeit var būt ciets vai šķīdumā.
Ir divi izplatīti gravimetriskās analīzes veidi. Abos gadījumos mainās analizējamās vielas fāze, lai to atdalītu no pārējā maisījuma, kā rezultātā mainās masa.
Viena no šīm metodēm ir nokrišņu gravimetrija, bet tā, kas mūs patiešām interesē, ir gaistošās gravimetrija.
Gaistošās gravimetrijas pamatā ir parauga termiska vai ķīmiska sadalīšana un iegūto masas izmaiņu noteikšana.
Kā alternatīvu mēs varam noķert un nosvērt gaistošu sadalīšanās produktu. Tā kā gaistošo sugu izdalīšanās ir būtiska šo metožu sastāvdaļa, mēs tos kopīgi klasificējam kā gaistošās gravimetriskās analīzes metodes (Harvey, 2016).
Gravimetriskās analīzes problēmas ir vienkārši stehiometrijas problēmas ar dažām papildu darbībām.
Lai veiktu jebkuru stehiometrisko aprēķinu, mums nepieciešami līdzsvarotā ķīmiskā vienādojuma koeficienti.
Piemēram, ja paraugā ir bārija hlorīda dihidrāta (BaCl 2 H 2 O) piemaisījumi, piemaisījumu daudzumu var iegūt, karsējot paraugu, lai iztvaicētu ūdeni.
Masas atšķirība starp sākotnējo un karsēto paraugu parādīs gramos ūdens daudzumu, kas atrodas bārija hlorīdā.
Ar vienkāršu stehiometrisko aprēķinu tiks iegūts piemaisījumu daudzums paraugā (Khan, 2009).
Frakcionēta destilācija
Frakcionētā destilācija ir process, kurā šķidrā maisījuma sastāvdaļas tiek sadalītas dažādās daļās (sauktas par frakcijām) atbilstoši to atšķirīgajai viršanas temperatūrai.
Savienojumu gaistošajām atšķirībām maisījumā ir galvenā loma to atdalīšanā.
Frakcionēto destilāciju izmanto ķīmisko vielu attīrīšanai, kā arī maisījumu atdalīšanai, lai iegūtu to sastāvdaļas. To izmanto kā laboratorijas paņēmienu un rūpniecībā, kur šim procesam ir liela komerciāla nozīme.
Viršanas šķīduma tvaiki tiek izvadīti caur augstu kolonnu, ko sauc par frakcionēšanas kolonnu.
Kolonna ir pildīta ar plastmasas vai stikla lodītēm, lai uzlabotu atdalīšanu, nodrošinot lielāku virsmas laukumu kondensācijai un iztvaikošanai.
2. attēls: frakcionētas destilācijas iestatīšana laboratorijā.
Kolonnas temperatūra pakāpeniski pazeminās visā tās garumā. Sastāvdaļas ar augstāku viršanas punktu kondensējas uz kolonnas un atgriežas šķīdumā.
Sastāvdaļas ar zemāku viršanas punktu (gaistošāku) iziet caur kolonnu un tiek savākti augšpusē.
Teorētiski tas, ka ir vairāk lodīšu vai plātņu, uzlabo atdalīšanu, bet plākšņu pievienošana arī palielina laiku un enerģiju, kas nepieciešama destilācijas pabeigšanai (Helmenstine, 2016).
Atsauces
- Anne Marie Helmenstine. (2014, 16. maijs). Tvaika spiediena definīcija. Atgūts no domaco.com.
- Encyclopædia Britannica. (2017. gads, 10. februāris). Tvaika spiediens. Atgūts no britannica.com.
- Hārvijs, D. (2016, 25. marts). Iztvaikošanas gravimetrija. Atgūts no chem.libretexts.
- Helmenstine, AM (2016, 8. novembris). Frakcionētās destilācijas definīcija un piemēri. Atgūts no domaco.com.
- Džims Klarks, IL (2017, 3. marts). Raoult likums. Atgūts no chem.libretexts.
- Khan, S. (2009, 27. augusts). Ievads gravimetriskajā analīzē: Iztvaikošanas gravimetrija. Atgūts no khanacademy.
- Luiss Gordons, RW (2014). Atgūts no piekļuves vietnei accessscience.com.
- Tvaika spiediens. (SF). Atgūts no chem.purdue.edu.