Was ist Verflüchtigung?
Die Verflüchtigung ist der Prozess der Umwandlung einer chemischen Substanz von einem flüssigen oder festen Zustand in einen gasförmigen oder dampfförmigen Zustand. Andere Begriffe, die zur Beschreibung desselben Prozesses verwendet werden, sind Verdampfung, Destillation und Sublimation.
Eine Substanz kann oft durch Verflüchtigung von einer anderen abgetrennt und dann durch Dampfkondensation gewonnen werden.
Die Substanz kann schneller verflüchtigt werden, indem sie entweder erhitzt wird, um ihren Dampfdruck zu erhöhen, oder indem der Dampf unter Verwendung eines Inertgasstroms oder einer Vakuumpumpe entfernt wird.
Zu den Erhitzungsverfahren gehört die Verdampfung von Wasser, Quecksilber oder Arsentrichlorid, um diese Substanzen von den störenden Elementen zu trennen.
Chemische Reaktionen werden manchmal verwendet, um flüchtige Produkte wie die Freisetzung von Kohlendioxid aus Carbonaten, Ammoniak bei der Kjeldahl-Methode zur Bestimmung von Stickstoff und Schwefeldioxid bei der Bestimmung von Schwefel in Stahl zu erzeugen.
Die Verflüchtigungsverfahren zeichnen sich im Allgemeinen durch große Einfachheit und einfache Bedienung aus, es sei denn, hohe Temperaturen oder hochkorrosionsbeständige Materialien sind erforderlich (Louis Gordon, 2014).
Dampfdruckverdampfung
Haben Sie sich jemals gefragt, warum das Regenwasser verdunstet, wenn Sie wissen, dass die Temperatur des kochenden Wassers 100 ° C beträgt?
Ist es bei 100 ° C? Wenn ja, warum werde ich nicht heiß? Haben Sie sich jemals gefragt, was das charakteristische Aroma von Alkohol, Essig, Holz oder Kunststoff ausmacht? (Dampfdruck, SF)
Derjenige, der für all dies verantwortlich ist, ist eine Eigenschaft, die als Dampfdruck bekannt ist. Dies ist der Druck, den ein Dampf im Gleichgewicht mit der festen oder flüssigen Phase derselben Substanz ausübt.
Auch der Partialdruck des Stoffes in der Atmosphäre auf den Feststoff oder die Flüssigkeit (Anne Marie Helmenstine, 2014).
Der Dampfdruck ist ein Maß für die Neigung eines Materials, sich in den gasförmigen oder dampfförmigen Zustand zu ändern, dh ein Maß für die Flüchtigkeit der Substanzen.
Mit zunehmendem Dampfdruck wird die Verdampfungsfähigkeit der Flüssigkeit oder des Feststoffs flüchtiger.
Der Dampfdruck steigt mit der Temperatur an. Die Temperatur, bei der der Dampfdruck auf der Oberfläche einer Flüssigkeit dem von der Umgebung ausgeübten Druck entspricht, wird als Siedepunkt der Flüssigkeit bezeichnet (Encyclopædia Britannica, 2017).
Der Dampfdruck hängt von dem in Lösung gelösten gelösten Stoff ab (dies ist eine kolligative Eigenschaft). Auf der Oberfläche der Lösung (Luft-Gas-Grenzfläche) neigen die oberflächlichsten Moleküle dazu, zu verdampfen, sich zwischen den Phasen auszutauschen und einen Dampfdruck zu erzeugen.
Das Vorhandensein eines gelösten Stoffes verringert die Anzahl der Lösungsmittelmoleküle in der Grenzfläche und verringert den Dampfdruck.
Die Änderung des Dampfdrucks kann mit dem Raoultschen Gesetz für nichtflüchtige gelöste Stoffe berechnet werden, das gegeben ist durch:
Wobei X 2 der Molenbruch des Lösungsmittels ist. Wenn wir beide Seiten der Gleichung mit P ° multiplizieren, bleibt es:
Einsetzen von (1) in (3) ist:
(4)
Dies ist die Variation des Dampfdrucks beim Auflösen eines gelösten Stoffes (Jim Clark, 2017).
Gravimetrische Analyse
Die gravimetrische Analyse ist eine Klasse von Labortechniken zur Bestimmung der Masse oder Konzentration eines Stoffes durch Messung einer Massenänderung.
Die Chemikalie, die wir zu quantifizieren versuchen, wird manchmal als Analyt bezeichnet. Wir könnten die gravimetrische Analyse verwenden, um folgende Fragen zu beantworten:
- Wie hoch ist die Konzentration des Analyten in einer Lösung?
- Wie rein ist unsere Probe? Die Probe könnte hier ein Feststoff oder eine Lösung sein.
Es gibt zwei übliche Arten der gravimetrischen Analyse. In beiden Fällen muss die Phase des Analyten geändert werden, um ihn vom Rest des Gemisches zu trennen, was zu einer Änderung der Masse führt.
Eine dieser Methoden ist die Niederschlagsgravimetrie, aber diejenige, die uns wirklich interessiert, ist die Verflüchtigungsgravimetrie.
Die Verflüchtigungsgravimetrie basiert auf der thermischen oder chemischen Zersetzung der Probe und der Messung der resultierenden Änderung ihrer Masse.
Alternativ können wir ein flüchtiges Zersetzungsprodukt einfangen und wiegen. Da die Freisetzung einer flüchtigen Spezies ein wesentlicher Bestandteil dieser Methoden ist, klassifizieren wir sie gemeinsam als gravimetrische Verflüchtigungsanalysemethoden (Harvey, 2016).
Die Probleme der gravimetrischen Analyse sind einfach Stöchiometrieprobleme mit ein paar zusätzlichen Schritten.
Um eine stöchiometrische Berechnung durchzuführen, benötigen wir die Koeffizienten der ausgeglichenen chemischen Gleichung.
Wenn eine Probe beispielsweise Verunreinigungen von Bariumchloriddihydrat (BaCl 2 · H 2 O) enthält, kann die Menge an Verunreinigungen durch Erhitzen der Probe zum Verdampfen des Wassers erhalten werden.
Die Massendifferenz zwischen der Originalprobe und der erhitzten Probe gibt in Gramm die im Bariumchlorid enthaltene Wassermenge an.
Mit einer einfachen stöchiometrischen Berechnung wird die Menge an Verunreinigungen in der Probe erhalten (Khan, 2009).
Fraktionierte Destillation
Die fraktionierte Destillation ist ein Verfahren, bei dem die Bestandteile eines flüssigen Gemisches gemäß ihren unterschiedlichen Siedepunkten in verschiedene Teile (sogenannte Fraktionen) getrennt werden.
Der Unterschied der Flüchtigkeiten der Verbindungen des Gemisches spielt eine fundamentale Rolle bei ihrer Trennung.
Die fraktionierte Destillation wird verwendet, um chemische Produkte zu reinigen und die Gemische zu trennen, um ihre Bestandteile zu erhalten. Es wird als Labortechnik und in der Industrie eingesetzt, wo das Verfahren eine große wirtschaftliche Bedeutung hat.
Die Dämpfe einer siedenden Lösung werden entlang einer Hochkolonne, der Fraktionierungskolonne, geleitet.
Die Säule ist mit Kunststoff- oder Glasperlen gefüllt, um die Trennung zu verbessern und eine größere Oberfläche für die Kondensation und Verdampfung bereitzustellen.
Die Temperatur der Säule nimmt über ihre Länge allmählich ab. Die höher siedenden Komponenten kondensieren in der Kolonne und kehren zur Lösung zurück.
Komponenten mit niedrigeren (flüchtigeren) Siedepunkten passieren die Kolonne und werden in der Nähe des Kopfes gesammelt.
Theoretisch verbessert das Vorhandensein von mehr Kügelchen oder Platten die Trennung, aber das Hinzufügen von Platten erhöht auch die Zeit und die Energie, die erforderlich sind, um eine Destillation abzuschließen (Helmenstine, 2016).
