A volatilização é o processo de conversão de um produto químico, um líquido ou sólido, em um estado gasoso ou vapor. Outros termos usados para descrever o mesmo processo são vaporização, destilação e sublimação.
Freqüentemente, uma substância pode ser separada de outra por volatilização e pode ser recuperada por condensação de vapor.
A substância pode ser mais rapidamente volatilizada pelo aquecimento para aumentar sua pressão de vapor ou pela remoção do vapor usando uma corrente de gás inerte ou uma bomba de vácuo.
Os procedimentos de aquecimento incluem a volatilização da água, mercúrio ou tricloreto de arsênio para separar essas substâncias dos elementos interferentes.
As reações químicas são algumas vezes usadas para produzir produtos voláteis como na liberação de dióxido de carbono de carbonatos, amônia no método Kjeldahl para a determinação de nitrogênio e dióxido de enxofre na determinação de enxofre no aço.
Os métodos de volatilização são geralmente caracterizados por grande simplicidade e facilidade de operação, exceto quando são necessárias altas temperaturas ou materiais altamente resistentes à corrosão (Louis Gordon, 2014).
Volatilização da pressão de vapor
Sabendo que a temperatura de ebulição da água é de 100 ° C, você já se perguntou por que a água da chuva evapora?
É 100 ° C? Se sim, por que não fico aquecido? Você já se perguntou o que dá o aroma característico ao álcool, vinagre, madeira ou plástico? (Pressão de Vapor, SF)
Responsável por tudo isso está uma propriedade conhecida como pressão de vapor, que é a pressão exercida por um vapor em equilíbrio com a fase sólida ou líquida da mesma substância.
Além disso, a pressão parcial da substância na atmosfera sobre o sólido ou líquido (Anne Marie Helmenstine, 2014).
A pressão de vapor é uma medida da tendência de um material mudar para o estado gasoso ou vapor, ou seja, uma medida da volatilidade das substâncias.
À medida que aumenta a pressão do vapor, maior é a capacidade do líquido ou sólido de evaporar, tornando-se mais volátil.
A pressão do vapor aumentará com a temperatura. A temperatura na qual a pressão de vapor na superfície de um líquido é igual à pressão exercida pelo ambiente é chamada de ponto de ebulição do líquido (Encyclopædia Britannica, 2017).
A pressão de vapor dependerá do soluto dissolvido na solução (é uma propriedade coligativa). Na superfície da solução (interface ar-gás) as moléculas mais superficiais tendem a evaporar, trocando entre as fases e gerando uma pressão de vapor.
A presença de soluto reduz o número de moléculas de solvente na interface, reduzindo a pressão de vapor.
Figura 1: diminuição da pressão de vapor ao ter um soluto dissolvido.
A mudança na pressão de vapor pode ser calculada com a Lei de Raoult para solutos não voláteis, que é dada por:
Onde X2 é a fração molar do solvente. Se multiplicarmos ambos os lados da equação por P °, então permanece:
Substituir (1) em (3) é:
(4)
Esta é a variação na pressão de vapor quando um soluto se dissolve (Jim Clark, 2017).
Análise gravimétrica
A análise gravimétrica é uma classe de técnicas de laboratório usadas para determinar a massa ou concentração de uma substância medindo uma mudança na massa.
O produto químico que estamos tentando quantificar às vezes é chamado de analito. Podemos usar a análise gravimétrica para responder a perguntas como:
- Qual é a concentração do analito em uma solução?
- Quão pura é nossa amostra? A amostra aqui pode ser sólida ou em solução.
Existem dois tipos comuns de análise gravimétrica. Ambos envolvem a mudança da fase do analito para separá-lo do resto da mistura, resultando em uma mudança na massa.
Um desses métodos é a gravimetria de precipitação, mas o que realmente nos interessa é a gravimetria de volatilização.
A gravimetria de volatilização é baseada na decomposição térmica ou química da amostra e na medição da mudança resultante em sua massa.
Alternativamente, podemos pegar e pesar um produto de decomposição volátil. Como a liberação de uma espécie volátil é uma parte essencial desses métodos, nós os classificamos coletivamente como métodos de análise gravimétrica de volatilização (Harvey, 2016).
Os problemas de análise gravimétrica são simplesmente problemas de estequiometria com algumas etapas extras.
Para realizar qualquer cálculo estequiométrico, precisamos dos coeficientes da equação química balanceada.
Por exemplo, se uma amostra contém impurezas de cloreto de bário di-hidratado (BaCl 2 H 2 O), a quantidade de impurezas pode ser obtida aquecendo a amostra para evaporar a água.
A diferença de massa entre a amostra original e a amostra aquecida nos dará, em gramas, a quantidade de água contida no cloreto de bário.
Com um simples cálculo estequiométrico, será obtida a quantidade de impurezas na amostra (Khan, 2009).
Destilação fraccionada
A destilação fracionada é um processo pelo qual os componentes de uma mistura líquida são separados em diferentes partes (chamadas de frações) de acordo com seus diferentes pontos de ebulição.
A diferença nas volatilidades dos compostos da mistura desempenha um papel fundamental na sua separação.
A destilação fracionada é usada para purificar produtos químicos e também para separar misturas para obter seus componentes. É utilizado como técnica de laboratório e na indústria, onde o processo é de grande importância comercial.
Os vapores de uma solução em ebulição são passados por uma coluna alta, chamada de coluna de fracionamento.
A coluna é embalada com esferas de plástico ou vidro para melhorar a separação, fornecendo mais área de superfície para condensação e evaporação.
Figura 2: configuração para destilação fracionada no laboratório.
A temperatura da coluna diminui gradualmente ao longo de seu comprimento. Os componentes com um ponto de ebulição mais alto se condensam na coluna e retornam à solução.
Componentes com pontos de ebulição mais baixos (mais voláteis) passam pela coluna e são coletados próximo ao topo.
Teoricamente, ter mais grânulos ou placas melhora a separação, mas adicionar placas também aumenta o tempo e a energia necessários para completar uma destilação (Helmenstine, 2016).
Referências
- Anne Marie Helmenstine. (2014, 16 de maio). Definição de pressão de vapor. Recuperado de thinkingco.com.
- Encyclopædia Britannica. (2017, 10 de fevereiro). Pressão de vapor. Recuperado do britannica.com.
- Harvey, D. (2016, 25 de março). Gravimetria de Volatilização. Recuperado de chem.libretexts.
- Helmenstine, AM (2016, 8 de novembro). Definição e exemplos de destilação fracionada. Recuperado de thinkingco.com.
- Jim Clark, IL (2017, 3 de março). Lei de Raoult. Recuperado de chem.libretexts.
- Khan, S. (2009, 27 de agosto). Introdução à análise gravimétrica: Gravimetria de volatilização. Recuperado de khanacademy.
- Louis Gordon, RW (2014). Recuperado de accessscience.com.
- Pressão de vapor. (SF). Recuperado de chem.purdue.edu.