Sự bay hơi là quá trình chuyển hóa chất từ dạng lỏng hoặc rắn sang trạng thái khí hoặc trạng thái hơi. Các thuật ngữ khác được sử dụng để mô tả quá trình tương tự là hóa hơi, chưng cất và thăng hoa.
Một chất thường có thể được tách ra khỏi chất khác bằng cách bay hơi và sau đó có thể được thu hồi bằng cách ngưng tụ hơi.
Chất này có thể bay hơi nhanh hơn bằng cách đun nóng để tăng áp suất hơi của nó hoặc bằng cách loại bỏ hơi bằng dòng khí trơ hoặc bơm chân không.
Quy trình gia nhiệt bao gồm làm bay hơi nước, thủy ngân hoặc asen triclorua để tách các chất này khỏi các yếu tố gây nhiễu.
Các phản ứng hóa học đôi khi được sử dụng để tạo ra các sản phẩm dễ bay hơi như trong việc giải phóng carbon dioxide từ các muối cacbonat, amoniac trong phương pháp Kjeldahl để xác định nitơ, và sulfur dioxide trong việc xác định lưu huỳnh trong thép.
Các phương pháp bay hơi thường được đặc trưng bởi sự đơn giản và dễ vận hành, ngoại trừ khi nhiệt độ cao hoặc vật liệu chống ăn mòn cao là cần thiết (Louis Gordon, 2014).
Sự bay hơi áp suất hơi
Biết rằng nhiệt độ sôi của nước là 100 ° C, bạn có bao giờ thắc mắc tại sao nước mưa lại bay hơi không?
Có phải là 100 ° C? Nếu vậy, tại sao tôi không ấm áp? Bạn đã bao giờ tự hỏi điều gì mang lại mùi thơm đặc trưng cho rượu, giấm, gỗ hay nhựa? (Áp suất hơi, SF)
Chịu trách nhiệm cho tất cả điều này là một tính chất được gọi là áp suất hơi, là áp suất do hơi tạo ra ở trạng thái cân bằng với pha rắn hoặc lỏng của cùng một chất.
Ngoài ra, áp suất riêng phần của chất trong khí quyển đối với chất rắn hoặc chất lỏng (Anne Marie Helmenstine, 2014).
Áp suất hóa hơi là thước đo xu hướng của vật liệu chuyển sang trạng thái khí hoặc hơi, tức là thước đo độ bay hơi của các chất.
Khi áp suất hơi tăng, khả năng bay hơi của chất lỏng hoặc chất rắn càng lớn, do đó dễ bay hơi hơn.
Áp suất hơi sẽ tăng theo nhiệt độ. Nhiệt độ mà áp suất hơi trên bề mặt của chất lỏng bằng với áp suất tác dụng của môi trường được gọi là nhiệt độ sôi của chất lỏng (Encyclopædia Britannica, 2017).
Áp suất hơi sẽ phụ thuộc vào chất tan hòa tan trong dung dịch (đó là tính chất keo tụ). Trên bề mặt của dung dịch (giao diện không khí - khí) các phân tử bề ngoài nhất có xu hướng bay hơi, trao đổi giữa các pha và tạo ra áp suất hơi.
Sự có mặt của chất tan làm giảm số lượng phân tử dung môi ở bề mặt phân cách, làm giảm áp suất hơi.
Hình 1: sự giảm áp suất hơi khi có chất tan hòa tan.
Sự thay đổi áp suất hơi có thể được tính toán bằng Định luật Raoult cho các chất tan không bay hơi được cho bởi:
Trong đó X2 là phần mol của dung môi. Nếu chúng ta nhân cả hai vế của phương trình với P ° thì nó vẫn là:
Thay thế (1) vào (3) là:
(4)
Đây là sự thay đổi áp suất hơi khi chất tan hòa tan (Jim Clark, 2017).
Phân tích trọng lực
Phân tích trọng lực là một loại kỹ thuật trong phòng thí nghiệm được sử dụng để xác định khối lượng hoặc nồng độ của một chất bằng cách đo sự thay đổi khối lượng.
Hóa chất mà chúng ta đang cố gắng định lượng đôi khi được gọi là chất phân tích. Chúng tôi có thể sử dụng phân tích trọng lượng để trả lời các câu hỏi như:
- Nồng độ của chất phân tích trong dung dịch là bao nhiêu?
- Làm thế nào tinh khiết là mẫu của chúng tôi? Mẫu ở đây có thể là chất rắn hoặc ở dạng dung dịch.
Có hai loại phân tích trọng lực phổ biến. Cả hai đều liên quan đến việc thay đổi pha của chất phân tích để tách nó khỏi phần còn lại của hỗn hợp, dẫn đến sự thay đổi khối lượng.
Một trong những phương pháp này là trọng lượng kết tủa, nhưng một trong những phương pháp thực sự quan tâm đến chúng tôi là trọng lượng bay hơi.
Trọng lượng bay hơi dựa trên việc phân hủy mẫu bằng nhiệt hoặc hóa học và đo sự thay đổi kết quả về khối lượng của nó.
Ngoài ra, chúng ta có thể bắt và cân một sản phẩm phân hủy dễ bay hơi. Bởi vì việc thả một loài dễ bay hơi là một phần thiết yếu của các phương pháp này, chúng tôi gọi chung chúng là phương pháp phân tích trọng lực bay hơi (Harvey, 2016).
Các bài toán phân tích trọng lực chỉ đơn giản là các bài toán trắc nghiệm với một vài bước bổ sung.
Để thực hiện bất kỳ phép tính phân biệt nào, chúng ta cần các hệ số của phương trình hóa học cân bằng.
Ví dụ, nếu một mẫu có chứa tạp chất bari clorua dihydrat (BaCl 2 H 2 O), lượng tạp chất có thể thu được bằng cách đun nóng mẫu để làm bay hơi nước.
Sự khác biệt về khối lượng giữa mẫu ban đầu và mẫu nung nóng sẽ cho chúng ta, tính bằng gam, lượng nước có trong bari clorua.
Với một phép tính phân tích đơn giản, lượng tạp chất trong mẫu sẽ thu được (Khan, 2009).
Chưng cất phân đoạn
Chưng cất phân đoạn là một quá trình mà các thành phần của hỗn hợp lỏng được tách thành các phần khác nhau (gọi là phân đoạn) theo các điểm sôi khác nhau của chúng.
Sự khác biệt về độ bay hơi của các hợp chất trong hỗn hợp đóng một vai trò cơ bản trong sự phân tách của chúng.
Chưng cất phân đoạn được sử dụng để tinh chế hóa chất và cũng để tách hỗn hợp để thu được các thành phần của chúng. Nó được sử dụng như một kỹ thuật trong phòng thí nghiệm và trong công nghiệp, nơi quy trình có tầm quan trọng thương mại lớn.
Hơi từ dung dịch sôi được dẫn qua một cột cao, được gọi là cột phân đoạn.
Cột được đóng gói bằng các hạt nhựa hoặc thủy tinh để cải thiện sự phân tách bằng cách cung cấp thêm diện tích bề mặt cho quá trình ngưng tụ và bay hơi.
Hình 2: thiết lập để chưng cất phân đoạn trong phòng thí nghiệm.
Nhiệt độ của cột giảm dần dọc theo chiều dài của nó. Các thành phần có nhiệt độ sôi cao hơn ngưng tụ trên cột và trở về dạng dung dịch.
Các thành phần có điểm sôi thấp hơn (dễ bay hơi hơn) đi qua cột và được thu thập ở gần đỉnh.
Về mặt lý thuyết, có nhiều hạt hoặc đĩa sẽ cải thiện sự phân tách, nhưng việc thêm đĩa cũng làm tăng thời gian và năng lượng cần thiết để hoàn thành quá trình chưng cất (Helmenstine, 2016).
Người giới thiệu
- Anne Marie Helmenstine. (2014, ngày 16 tháng 5). Định nghĩa áp suất hơi. Phục hồi từ thinkco.com.
- Encyclopædia Britannica. (2017, ngày 10 tháng 2). Áp suất hơi. Phục hồi từ britannica.com.
- Harvey, D. (2016, ngày 25 tháng 3). Trọng lượng bay hơi. Được khôi phục từ chem.libretexts.
- Helmenstine, AM (2016, ngày 8 tháng 11). Định nghĩa và ví dụ về chưng cất phân đoạn. Phục hồi từ thinkco.com.
- Jim Clark, IL (2017, ngày 3 tháng 3). Định luật Raoult. Được khôi phục từ chem.libretexts.
- Khan, S. (2009, ngày 27 tháng 8). Giới thiệu về phân tích trọng lượng: Trọng lượng bay hơi. Được phục hồi từ khanacademy.
- Louis Gordon, RW (2014). Được khôi phục từ accessscience.com.
- Áp suất hơi. (SF). Được phục hồi từ chem.purdue.edu.