Cos'è la volatilizzazione?
La volatilizzazione è il processo di conversione di una sostanza chimica da uno stato liquido o solido ad uno stato gassoso o vapore. Altri termini usati per descrivere lo stesso processo sono vaporizzazione, distillazione e sublimazione.
Una sostanza può spesso essere separata dall'altra per volatilizzazione e può quindi essere recuperata dalla condensazione del vapore.
La sostanza può essere volatilizzata più rapidamente riscaldandola per aumentare la sua pressione di vapore o rimuovendo il vapore usando una corrente di gas inerte o una pompa per vuoto.
Le procedure di riscaldamento comprendono la volatilizzazione di acqua, mercurio o tricloruro di arsenico per separare queste sostanze dagli elementi interferenti.
Le reazioni chimiche sono talvolta utilizzate per produrre prodotti volatili come il rilascio di anidride carbonica da carbonati, ammoniaca nel metodo Kjeldahl per la determinazione dell'azoto e dell'anidride solforosa nella determinazione dello zolfo nell'acciaio.
I metodi di volatilizzazione sono generalmente caratterizzati da grande semplicità e facilità di funzionamento, tranne quando sono necessarie alte temperature o materiali altamente resistenti alla corrosione (Louis Gordon, 2014).
Vaporizzazione a vapore
Sapendo che la temperatura dell'acqua bollente è di 100 ° C, ti sei mai chiesto perché l'acqua piovana evapora?
È a 100 ° C? Se è così, perché non mi divento caldo? Ti sei mai chiesto cosa dia l'aroma caratteristico di alcol, aceto, legno o plastica? (Pressione del vapore, SF)
Il responsabile di tutto ciò è una proprietà nota come pressione del vapore, che è la pressione esercitata da un vapore in equilibrio con la fase solida o liquida della stessa sostanza.
Inoltre, la pressione parziale della sostanza nell'atmosfera sul solido o liquido (Anne Marie Helmenstine, 2014).
La tensione di vapore è una misura della tendenza di un materiale a passare allo stato gassoso o di vapore, cioè una misura della volatilità delle sostanze.
All'aumentare della pressione del vapore, la capacità del liquido o del solido di evaporare diventa più volatile.
La tensione di vapore aumenterà con la temperatura. La temperatura alla quale la pressione di vapore sulla superficie di un liquido è uguale alla pressione esercitata dall'ambiente è chiamata punto di ebollizione del liquido (Encyclopædia Britannica, 2017).
La tensione di vapore dipenderà dal soluto disciolto in soluzione (è una proprietà colligativa). Sulla superficie della soluzione (interfaccia aria-gas) le molecole più superficiali tendono ad evaporare, scambiandosi tra le fasi e generando una tensione di vapore.
La presenza di un soluto diminuisce il numero di molecole di solvente nell'interfaccia, riducendo la tensione di vapore.
La variazione della tensione di vapore può essere calcolata con la legge di Raoult per i soluti non volatili, che è data da:
Dove X2 è la frazione molare del solvente. Se moltiplichiamo entrambi i lati dell'equazione per P °, allora rimane:
Sostituire (1) in (3) è:
(4)
Questa è la variazione della pressione del vapore quando si dissolve un soluto (Jim Clark, 2017).
Analisi gravimetrica
L'analisi gravimetrica è una classe di tecniche di laboratorio utilizzate per determinare la massa o la concentrazione di una sostanza misurando un cambiamento di massa.
La sostanza chimica che stiamo cercando di quantificare viene talvolta chiamata l'analita. Potremmo usare l'analisi gravimetrica per rispondere a domande come:
- Qual è la concentrazione dell'analita in una soluzione?
- Quanto è puro il nostro campione? L'esempio qui potrebbe essere un solido o in soluzione.
Esistono due tipi comuni di analisi gravimetrica. Entrambi implicano il cambiamento della fase dell'analita per separarlo dal resto di una miscela, determinando un cambiamento di massa.
Uno di questi metodi è la gravimetria delle precipitazioni, ma quello che ci interessa davvero è la gravimetria della volatilizzazione.
La gravimetria della volatilizzazione si basa sulla decomposizione termica o chimica del campione e sulla misurazione della variazione risultante nella sua massa.
In alternativa, possiamo intrappolare e pesare un prodotto di decomposizione volatile. Poiché il rilascio di una specie volatile è una parte essenziale di questi metodi, li classifichiamo collettivamente come metodi di analisi della volatilizzazione gravimetrica (Harvey, 2016).
I problemi dell'analisi gravimetrica sono semplicemente problemi di stechiometria con alcuni passaggi aggiuntivi.
Per eseguire qualsiasi calcolo stechiometrico, abbiamo bisogno dei coefficienti dell'equazione chimica bilanciata.
Ad esempio, se un campione contiene impurità di cloruro di bario biidrato (BaCl 2 ● H 2 O), la quantità di impurità può essere ottenuta riscaldando il campione per far evaporare l'acqua.
La differenza di massa tra il campione originale e il campione riscaldato ci darà, in grammi, la quantità di acqua contenuta nel cloruro di bario.
Con un semplice calcolo stechiometrico, si otterrà la quantità di impurità nel campione (Khan, 2009).
Distillazione frazionata
La distillazione frazionata è un processo mediante il quale i componenti di una miscela liquida vengono separati in parti diverse (chiamate frazioni) in base ai loro diversi punti di ebollizione.
La differenza di volatilità dei composti della miscela gioca un ruolo fondamentale nella loro separazione.
La distillazione frazionata viene utilizzata per purificare i prodotti chimici e anche per separare le miscele per ottenere i loro componenti. È usato come tecnica di laboratorio e nell'industria, dove il processo ha una grande importanza commerciale.
I vapori di una soluzione bollente sono passati lungo una colonna alta, chiamata colonna di frazionamento.
La colonna è imballata con perle di plastica o di vetro per migliorare la separazione fornendo più area superficiale per la condensazione e l'evaporazione.
La temperatura della colonna diminuisce gradualmente lungo la sua lunghezza. I componenti con un punto di ebollizione più elevato si condensano nella colonna e ritornano alla soluzione.
I componenti con punti di ebollizione inferiori (più volatili) passano attraverso la colonna e vengono raccolti in alto.
Teoricamente, avere più sfere o piastre migliora la separazione, ma l'aggiunta di piastre aumenta anche il tempo e l'energia necessari per completare una distillazione (Helmenstine, 2016).
