Волатильность (химия)
В химии - это качество материала, которое описывает , волатильность вещество как легко испаряется . При заданной температуре и давлении вещество с высокой волатильностью, скорее всего, существует в виде пара , в то время как вещество с низкой волатильностью с большей вероятностью будет жидкостью или твердым . Волатильность также может описать тенденцию пара конденсироваться в жидкость или твердое вещество; Менее летучие вещества будут более легко конденсироваться от пара, чем очень летучих. [ 1 ] Различия в волатильности можно наблюдать, сравнивая, как быстрое вещества в группе испаряются (или сублимируют в случае твердых веществ) при воздействии атмосферы. Очень летучивое вещество, такое как втирание спирта ( изопропиловый спирт ), быстро испаряется, в то время как вещество с низкой волатильностью, такими как растительное масло, останется конденсированным. [ 2 ] В целом, твердые вещества гораздо менее нестабильны, чем жидкости, но есть некоторые исключения. Твердые вещества, которые сублимируют (изменяются непосредственно от твердого на пары), такие как сухой лед (твердый углекислый газ ) или йод, могут испаряться с той же скоростью, что и некоторые жидкости в стандартных условиях. [ 3 ]
Описание
[ редактировать ]Сама волатильность не имеет определенного численного значения, но ее часто описывают с использованием давления паров или точек кипения (для жидкостей). Высокие давления паров указывают на высокую волатильность, в то время как высокие точки кипения указывают на низкую волатильность. Давление паров и точки кипения часто представлены в таблицах и диаграммах, которые можно использовать для сравнения интересующих химических веществ. Данные волатильности обычно обнаруживаются в результате экспериментов в диапазоне температур и давлений.
Давление паров
[ редактировать ]
Давление паров - это измерение того, как легко сгущенная фаза образует пара при заданной температуре. Вещество, заключенное в герметичное сосуд, первоначально в вакууме (нет воздуха внутри), быстро заполнит любое пустое пространство паром. После того, как система достигает равновесия, и скорость испарения соответствует скорости конденсации, давление пара может быть измерено. Повышение температуры увеличивает количество образованного пара и, следовательно, давления пара. В смеси каждое вещество способствует общему давлению паров смеси, причем больше летучих соединений вносят больший вклад.
Точка кипения
[ редактировать ]Точка кипения - это температура, при которой давление пара жидкости равна окружающему давлению, в результате чего жидкость быстро испаряется или кипит. Это тесно связано с давлением паров, но зависит от давления. Нормальная точка кипения - это точка кипения при атмосферном давлении, но ее также можно сообщить при более высоких и более низких давлениях. [ 3 ]
Способствующие факторы
[ редактировать ]Межмолекулярные силы
[ редактировать ]
Важным фактором, влияющим на волатильность вещества, является сила взаимодействия между его молекулами. Силы притяжения между молекулами - это то, что содержит материалы вместе, и материалы с более сильными межмолекулярными силами , такими как большинство твердых веществ, как правило, не очень изменчивы. Этанол и диметиловый эфир , два химических вещества с одинаковой формулой (C 2 H 6 этанола способны к водородному связующему O), имеют различную волатильность из -за различных взаимодействий, которые происходят между их молекулами в жидкой фазе: молекулы Полем [ 4 ] В результате общая сильная сила притяжения между молекулами этанола, что делает его менее летучим веществом двух.
Молекулярный вес
[ редактировать ]В целом, волатильность имеет тенденцию к снижению с увеличением молекулярной массы, потому что более крупные молекулы могут участвовать в более межмолекулярной связи, [ 5 ] Хотя другие факторы, такие как структура и полярность, играют важную роль. Эффект молекулярной массы может быть частично выделен путем сравнения химических веществ сходной структуры (т.е. эфиры, алканы и т. Д.). Например, линейные алканы демонстрируют уменьшение волатильности по мере увеличения количества углеродов в цепи.
Приложения
[ редактировать ]Дистилляция
[ редактировать ]
Знание волатильности часто полезно при отделении компонентов от смеси. Когда смесь конденсированных веществ содержит несколько веществ с различными уровнями волатильности, ее температуру и давление можно манипулировать таким образом, что более летучие компоненты изменяются на пара, в то время как менее летучие вещества остаются в жидкой или твердой фазе. Недавно сформированный пара может быть затем отброшен или сгущен в отдельный контейнер. Когда пары собираются, этот процесс известен как дистилляция . [ 6 ]
Процесс уточнения нефти использует метод, известную как дробную дистилляцию , которая позволяет разделить несколько химических веществ различной волатильности за один шаг. Сырая нефть, входящая в нефтеперерабатывающий завод, состоит из многих полезных химических веществ, которые необходимо разделить. Сырая нефть впадает в дистилляционную башню и нагревается, что позволяет более изменчивые компоненты, такие как бутан и керосин испарять . Эти пары перемещаются по башне и в конечном итоге вступают в контакт с холодными поверхностями, что заставляет их конденсироваться и собираться. Наиболее летучие химическое конденсацию в верхней части колонны, в то время как наименее летучие химические вещества для испарения конденсирования в самой низкой части. [ 1 ] Справа находится картина, иллюстрирующая дизайн дистилляционной башни .
Разница в волатильности между водой и этанолом традиционно использовалась при уточнении алкоголя . Чтобы увеличить концентрацию этанола в продукте, производители алкоголя будут нагревать начальную спиртную смесь до температуры, при которой большая часть этанола испаряется, в то время как большая часть воды остается жидкостью. Затем пары этанола собирают и конденсируют в отдельном контейнере, что приводит к гораздо более концентрированному продукту. [ 7 ]
Духи
[ редактировать ]Волатильность является важным соображением при создании духов . Люди обнаруживают запахи , когда ароматические пары вступают в контакт с рецепторами в носу. Ингредиенты, которые быстро испаряются после нанесения, будут производить ароматные пары в течение короткого времени, прежде чем масла испарятся. Медленно испаряющиеся ингредиенты могут оставаться на коже в течение недель или даже месяцев, но могут не производить достаточно паров, чтобы вызвать сильный аромат. Чтобы предотвратить эти проблемы, дизайнеры парфюмеры тщательно рассмотрим волатильность эфирных масел и других ингредиентов в своих духах. Соответствующие скорости испарения достигаются путем изменения количества используемых высокоэтальных и нелетующих ингредиентов. [ 8 ]
Смотрите также
[ редактировать ]- Отношения Клэйджрона
- Дистилляция
- Дробная дистилляция
- Частичное давление
- Закон Рауля
- Относительная волатильность
- Пара -жидкий равновесие
- Летучая органическое соединение
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а беременный Фелдер, Ричард (2015). Элементарные принципы химических процессов . Джон Уайли и сыновья. С. 279–281. ISBN 978-1-119-17764-7 .
- ^ Корецкий, Майло Д. (2013). Инженерная и химическая термодинамика . Джон Уайли и сыновья. С. 639–641.
- ^ Jump up to: а беременный Зумдаль, Стивен С. (2007). Химия . Хоутон Миффлин. С. 460 -466. ISBN 978-0-618-52844-8 .
- ^ Аткинс, Питер (2013). Химические принципы . Нью -Йорк: WH Freeman and Company. С. 368–369. ISBN 978-1-319-07903-1 .
- ^ «Углеводородный кипящий точки» . Архивировано из оригинала 7 февраля 2023 года . Получено 28 апреля 2021 года .
- ^ Armarego, Wilfred LF (2009). Очистка лабораторных химикатов . Elsevier. С. 9 -12. ISBN 978-1-85617-567-8 .
- ^ Квален, Эрик. «Алкогольная дистилляция: основные принципы, оборудование, отношения производительности и безопасность» . Пердью .
- ^ Продать, Чарльз (2006). Химия ароматов . Великобритания: Королевское химическое общество. С. 200 -202. ISBN 978-0-85404-824-3 .
Внешние ссылки
[ редактировать ]| Состояние |  | |
|---|---|---|
| Низкая энергия | ||
| Высокая энергия | ||
| Другие государства | ||
| Фазовые переходы |
| |
| Количества | ||
| Концепции | ||