Haihtuminen on prosessi muuntaa kemiallisen nestemäisen tai kiinteän kaasumaiseksi tai höyrytilassa. Muita saman prosessin kuvaamiseen käytettyjä termejä ovat höyrystys, tislaus ja sublimointi.
Yksi aine voidaan usein erottaa toisesta haihduttamalla ja voidaan sitten ottaa talteen höyrykondensoinnilla.
Aine voi haihtua nopeammin joko kuumentamalla sitä höyrynpaineen kasvattamiseksi tai poistamalla höyry inertin kaasuvirran tai tyhjiöpumpun avulla.
Lämmitysmenetelmiin sisältyy veden, elohopean tai arseenitrikloridin haihduttaminen näiden aineiden erottamiseksi häiritsevistä elementeistä.
Kemiallisia reaktioita käytetään toisinaan haihtuvien tuotteiden tuottamiseksi, kuten hiilidioksidin vapautumisessa karbonaateista, ammoniakin käytöstä Kjeldahl-menetelmässä typen määritykseen ja rikkidioksidin vapauttamisessa teräksen rikin määrittämisessä.
Haihtumismenetelmille on yleensä ominaista suuri yksinkertaisuus ja helppo käyttö, paitsi silloin, kun tarvitaan korkeita lämpötiloja tai erittäin korroosionkestäviä materiaaleja (Louis Gordon, 2014).
Höyrynpaineen haihtuminen
Tiesitkö, että veden kiehumislämpötila on 100 ° C, oletko koskaan miettinyt miksi sadevesi haihtuu?
Onko se 100 ° C? Jos on, miksi en lämpene? Oletko koskaan miettinyt, mikä antaa alkoholille, etikalle, puulle tai muoville ominaisen tuoksun? (Höyrynpaine, SF)
Kaikesta tästä vastuussa on ominaisuus, joka tunnetaan nimellä höyrynpaine, joka on höyryn aiheuttama paine tasapainossa saman aineen kiinteän tai nestemäisen faasin kanssa.
Myös aineen osapaine ilmakehässä kiinteälle tai nestemäiselle aineelle (Anne Marie Helmenstine, 2014).
Höyrynpaine on mittaus materiaalin taipumuksesta muuttua kaasumaiseen tai höyryn tilaan, toisin sanoen aineiden haihtuvuuden mitta.
Kun höyrynpaine kasvaa, sitä suurempi nesteen tai kiinteän aineen kyky haihtua on siten haihtuvampi.
Höyrynpaine kasvaa lämpötilan myötä. Lämpötilaa, jossa höyrynpaine nesteen pinnalla on yhtä suuri kuin ympäristön aiheuttama paine, kutsutaan nesteen kiehumispisteeksi (Encyclopædia Britannica, 2017).
Höyrynpaine riippuu liuenneesta liuenneesta aineesta (se on kolligatiivinen ominaisuus). Liuoksen pinnalla (ilma-kaasurajapinta) pinnallisimmilla molekyyleillä on taipumus haihtua, vaihtaen vaiheiden välillä ja muodostaen höyrynpaine.
Liuenneen aineen läsnäolo vähentää liuotinmolekyylien lukumäärää rajapinnalla vähentäen höyrynpainetta.
Kuvio 1: höyrynpaineen lasku liuenneen liuenneen aineen ollessa kyseessä.
Höyrynpaineen muutos voidaan laskea Haihtuvien liuenneiden aineiden Raoultin lailla, joka annetaan:
Missä X2 on liuottimen moolijae. Jos kerrotaan yhtälön molemmat puolet P °: lla, niin se pysyy:
Korvaa (1) Kohdassa (3) on:
(4)
Tämä on höyrynpaineen muutos, kun liuennut aine liukenee (Jim Clark, 2017).
Gravimetrinen analyysi
Gravimetrinen analyysi on luokka laboratoriotekniikoita, joita käytetään määrittämään aineen massa tai konsentraatio mittaamalla massan muutos.
Kemikaalia, jota yritämme kvantifioida, kutsutaan joskus analyytiksi. Voisimme käyttää gravimetristä analyysiä esimerkiksi seuraaviin kysymyksiin vastaamiseen:
- Mikä on analyytin pitoisuus liuoksessa?
- Kuinka puhdas on näytteemme? Tässä oleva näyte voi olla kiinteä tai liuoksessa.
Gravimetristä analyysiä on kahta yleistä tyyppiä. Kumpaankin sisältyy analyytin vaiheen muuttaminen erottamaan se muusta seoksesta, mikä johtaa massan muutokseen.
Yksi näistä menetelmistä on saostusgravimetria, mutta meitä todella kiinnostava on haihdutusgravimetria.
Haihtuvien aineiden gravimetria perustuu näytteen termiseen tai kemialliseen hajottamiseen ja siitä aiheutuvan massan muutoksen mittaamiseen.
Vaihtoehtoisesti voimme kiinni ja punnita haihtuvan hajoamistuotteen. Koska haihtuvien lajien vapautuminen on olennainen osa näitä menetelmiä, luokittelemme ne yhdessä haihtuvien gravimetristen analyysimenetelmiksi (Harvey, 2016).
Gravimetriset analyysiongelmat ovat yksinkertaisesti stökiometrisiä ongelmia muutamalla lisävaiheella.
Minkä tahansa stökiometrisen laskennan suorittamiseen tarvitaan tasapainotetun kemiallisen yhtälön kertoimet.
Esimerkiksi, jos näyte sisältää bariumklorididihydraatti- (BaCI 2 H 2 O) epäpuhtauksia, epäpuhtauksien määrä voidaan saada kuumentamalla näyte veden haihduttamiseksi.
Alkuperäisen näytteen ja lämmitetyn näytteen massaero antaa meille grammoina bariumkloridin sisältämän vesimäärän.
Yksinkertaisella stökiometrisellä laskelmalla saadaan näytteestä epäpuhtauksien määrä (Khan, 2009).
Jakotislaus
Fraktiotislaus on prosessi, jossa nestemäisen seoksen komponentit erotetaan eri osiin (kutsutaan fraktioiksi) niiden eri kiehumispisteiden mukaan.
Yhdisteiden haihtuvuuksien erolla seoksessa on olennainen merkitys niiden erottumisessa.
Jakeellista tislausta käytetään kemikaalien puhdistamiseen ja myös seosten erottamiseen niiden komponenttien saamiseksi. Sitä käytetään laboratoriomenetelmänä ja teollisuudessa, missä prosessilla on suuri kaupallinen merkitys.
Kiehumisliuoksen höyryt johdetaan korkean pylvään läpi, jota kutsutaan fraktiointipylvääksi.
Pylväs on pakattu muovi- tai lasihelmillä erotuksen parantamiseksi tarjoamalla enemmän pinta-alaa kondensoitumista ja haihdutusta varten.
Kuva 2: Jakotislauksen asetukset laboratoriossa.
Pylvään lämpötila laskee vähitellen sen pituutta pitkin. Komponentit, joiden kiehumispiste on korkeampi, tiivistyvät pylvääseen ja palautuvat liuokseen.
Komponentit, joiden kiehumispisteet ovat alhaisemmat (haihtuvammat), kulkevat pylvään läpi ja kerätään lähellä yläosaa.
Teoreettisesti se, että enemmän helmiä tai levyjä on, parantaa erottelua, mutta levyjen lisääminen lisää myös tislauksen suorittamiseen tarvittavaa aikaa ja energiaa (Helmenstine, 2016).
Viitteet
- Anne Marie Helmenstine. (2014, 16. toukokuuta). Höyrynpaineen määritelmä. Palautettu ajatuksiin.com.
- Encyclopædia Britannica. (2017, 10. helmikuuta). Höyrynpaine. Palautettu osoitteesta britannica.com.
- Harvey, D. (2016, 25. maaliskuuta). Haihtuvuusgravimetria. Palautettu kem.libreteksteistä.
- Helmenstine, AM (2016, 8. marraskuuta). Jakeellisen tislauksen määritelmä ja esimerkit. Palautettu ajatuksiin.com.
- Jim Clark, IL (2017, 3. maaliskuuta). Raoultin laki. Palautettu kem.libreteksteistä.
- Khan, S. (2009, 27. elokuuta). Johdatus gravimetriseen analyysiin: Haihtuvien aineiden gravimetria. Toipunut khanacademystä.
- Louis Gordon, RW (2014). Palautettu osoitteesta accessscience.com.
- Höyrynpaine. (SF). Palautettu kem.purdue.edu.