的挥发是将化学液体或固体成气态或蒸汽状态的过程。用于描述同一过程的其他术语是汽化,蒸馏和升华。
通常可以通过挥发将一种物质与另一种物质分离,然后通过蒸汽冷凝将其回收。
通过加热物质以增加其蒸气压或使用惰性气体流或真空泵除去蒸气,可以使该物质更快速地挥发。
加热程序包括水,汞或三氯化砷的挥发,以将这些物质与干扰元素分离。
有时会使用化学反应产生挥发性产物,例如从碳酸盐中释放出二氧化碳,凯氏定氮法中的氨用于测定氮,二氧化硫在钢中测定硫。
除需要高温或高度耐腐蚀的材料外,挥发方法通常具有极大的简便性和易操作性(Louis Gordon,2014)。
蒸气压挥发
知道水的沸腾温度为100°C,您是否想过为什么雨水会蒸发?
是100°C吗?如果是这样,我为什么不暖和?您是否曾经想过赋予酒精,醋,木材或塑料以特有的香气?(蒸气压,SF)
对所有这些负责的是称为蒸气压的属性,蒸气压是蒸气与同一物质的固相或液相平衡时所施加的压力。
同样,物质在大气中对固体或液体的分压(Anne Marie Helmenstine,2014年)。
蒸气压是材料改变成气态或蒸气态的趋势的量度,即物质的挥发性的量度。
随着蒸气压的增加,液体或固体蒸发的能力越大,因此挥发性越大。
蒸气压将随温度增加。液体表面的蒸气压等于环境施加的压力的温度称为液体的沸点(EncyclopædiaBritannica,2017)。
蒸气压将取决于溶解在溶液中的溶质(它是依数性)。在溶液的表面(空气-气体界面)上,最表面的分子倾向于蒸发,在各相之间交换并产生蒸气压。
溶质的存在减少了界面处溶剂分子的数量,从而降低了蒸气压。
图1:溶质溶解时蒸气压降低。
蒸气压的变化可以用拉乌尔定律针对非挥发性溶质计算,其公式为:
其中P1是添加溶质后的蒸气压,x1是溶质的摩尔分数,P°是纯溶剂的蒸气压。如果溶质和溶剂的摩尔分数之和等于1,则我们有:其中X 2是溶剂的摩尔分数。如果我们将方程的两边都乘以P°,则它仍然为:
用(3)代替(1)是:
(4)
这是溶质溶解时蒸气压的变化(Jim Clark,2017)。
重量分析
重量分析是一类实验室技术,用于通过测量质量变化来确定物质的质量或浓度。
我们尝试量化的化学物质有时称为分析物。我们可以使用重量分析来回答以下问题:
- 溶液中分析物的浓度是多少?
- 我们的样品纯度如何?这里的样品可以是固体或溶液。
重量分析有两种常见的类型。两者都涉及改变分析物的相以将其与混合物的其余部分分离,从而导致质量变化。
这些方法之一是沉淀重量法,但真正让我们感兴趣的是挥发重量法。
挥发重量分析法是基于对样品进行热分解或化学分解并测量其质量的变化。
或者,我们可以捕获并称量挥发性分解产物。由于挥发性物质的释放是这些方法的重要组成部分,因此我们将它们归为挥发性重量分析方法(Harvey,2016年)。
重量分析问题仅仅是一些额外步骤的化学计量问题。
要执行任何化学计量计算,我们需要平衡化学方程式的系数。
例如,如果样品包含二水合氯化钡(BaCl 2 H 2 O)的杂质,则可以通过加热样品以蒸发水来获得一定量的杂质。
原始样品和加热样品之间的质量差将以克为单位,提供氯化钡中所含的水量。
通过简单的化学计量计算,将获得样品中的杂质含量(Khan,2009)。
分馏
分馏是将液体混合物的各组分根据其不同沸点分离成不同部分(称为馏分)的过程。
混合物中化合物挥发性的差异在其分离中起着基本作用。
分馏用于纯化化学药品,也用于分离混合物以获得其成分。它被用作实验室技术,并在该过程具有重要商业意义的工业中使用。
来自沸腾溶液的蒸气通过高塔,称为分馏塔。
该色谱柱填充有塑料或玻璃珠,可通过提供更大的表面积进行冷凝和蒸发来改善分离效果。
图2:实验室分馏的设置。
柱的温度沿其长度逐渐降低。沸点较高的组分在色谱柱上冷凝并返回溶液。
沸点较低(易挥发)的组分通过色谱柱,并在塔顶附近收集。
从理论上讲,有更多的珠子或塔板可改善分离效果,但添加塔板也可增加完成蒸馏所需的时间和能量(Helmenstine,2016年)。
参考文献
- 安妮·玛丽·海尔曼斯汀。(2014年5月16日)。蒸气压定义。从Thoughtco.com恢复。
- 不列颠百科全书。(2017年2月10日)。蒸汽压力。从britannica.com恢复。
- Harvey,D.(2016年3月25日)。挥发重量法。从chem.libretexts中恢复。
- Helmenstine,AM(2016年11月8日)。分馏定义和实施例。从Thoughtco.com恢复。
- 伊利诺伊州吉姆·克拉克(Jim Clark)(2017年3月3日)。拉乌尔定律。从chem.libretexts中恢复。
- Khan,S.(2009年8月27日)。重量分析简介:挥发重量分析。从khanacademy恢复。
- 路易斯·戈登(RW)(2014)。从accessscience.com中恢复。
- 蒸汽压力。(SF)。从chem.purdue.edu恢复。