ما هو التطاير؟
التطاير هو عملية تحويل مادة كيميائية من حالة سائلة أو صلبة إلى حالة غازية أو بخار. المصطلحات الأخرى المستخدمة لوصف نفس العملية هي التبخير والتقطير والتسامي.
غالبًا ما يمكن فصل المادة عن الأخرى عن طريق التطاير ، ثم يمكن استعادتها بتكثيف البخار.
يمكن تطاير المادة بسرعة أكبر إما عن طريق تسخينها لزيادة ضغط البخار أو عن طريق إزالة البخار باستخدام تيار من الغاز الخامل أو مضخة فراغ.
تشمل إجراءات التسخين تطاير الماء أو الزئبق أو ثلاثي كلوريد الزرنيخ لفصل هذه المواد عن العناصر المسببة للتداخل.
تستخدم التفاعلات الكيميائية في بعض الأحيان لإنتاج منتجات متطايرة مثل إطلاق ثاني أكسيد الكربون من الكربونات والأمونيا في طريقة كيلدال لتقدير النيتروجين وثاني أكسيد الكبريت في تقدير الكبريت في الفولاذ.
تتميز طرق التطاير عمومًا بالبساطة وسهولة التشغيل ، إلا إذا كانت هناك حاجة إلى درجات حرارة عالية أو مواد شديدة المقاومة للتآكل (Louis Gordon، 2014).
تبخير ضغط البخار
مع العلم أن درجة حرارة الماء المغلي هي 100 درجة مئوية ، هل تساءلت يومًا عن سبب تبخر مياه الأمطار؟
هل هو عند 100 درجة مئوية؟ إذا كان الأمر كذلك ، فلماذا لا أشعر بالحرارة؟ هل تساءلت يومًا ما الذي يعطي رائحة مميزة من الكحول أو الخل أو الخشب أو البلاستيك؟ (ضغط البخار ، SF)
الشخص المسؤول عن كل هذا هو خاصية تعرف باسم ضغط البخار ، وهو الضغط الذي يمارسه البخار في حالة توازن مع الطور الصلب أو السائل لنفس المادة.
أيضًا ، الضغط الجزئي للمادة الموجودة في الجو على المادة الصلبة أو السائلة (Anne Marie Helmenstine ، 2014).
يعد ضغط البخار مقياسًا لميل المادة إلى التغيير إلى الحالة الغازية أو الحالة البخارية ، أي مقياس تقلب المواد.
مع زيادة ضغط البخار ، تصبح قدرة السائل أو الصلب على التبخر أكثر تقلبًا.
سوف يزيد ضغط البخار مع درجة الحرارة. تسمى درجة الحرارة التي يكون فيها ضغط البخار على سطح السائل مع الضغط الذي تمارسه البيئة بنقطة الغليان للسائل (Encyclopædia Britannica، 2017).
يعتمد ضغط البخار على المذاب المذاب في المحلول (وهي خاصية تصادمية). على سطح المحلول (واجهة الهواء-الغاز) تميل الجزيئات الأكثر سطحية إلى التبخر ، حيث تتبادل بين المراحل وتولد ضغط بخار.
إن وجود مادة مذابة يقلل من عدد جزيئات المذيبات في الواجهة ، مما يقلل من ضغط البخار.
يمكن حساب التغير في ضغط البخار باستخدام قانون Raoult للمذابب غير المتطايرة ، والتي يتم الحصول عليها بواسطة:
حيث X2 هي جزء الخلد من المذيب. إذا ضاعفنا طرفي المعادلة ب P ° فسوف تبقى:
البديل (1) في (3) هو:
(4)
هذا هو الاختلاف في ضغط البخار عند إذابة المادة المذابة (Jim Clark، 2017).
تحليل الجاذبية
تحليل الجاذبية هو نوع من التقنيات المختبرية المستخدمة لتحديد كتلة أو تركيز المادة عن طريق قياس التغير في الكتلة.
المادة الكيميائية التي نحاول تقديرها تسمى أحيانًا الحليلة. يمكننا استخدام تحليل الجاذبية للإجابة على أسئلة مثل:
- ما هو تركيز الحليلة في الحل؟
- كيف نقية عينة لدينا؟ العينة هنا يمكن أن تكون صلبة أو في حل.
هناك نوعان شائعان من تحليل الجاذبية. كلاهما ينطوي على تغيير مرحلة الحليلة لفصلها عن بقية الخليط ، مما يؤدي إلى تغيير في الكتلة.
واحدة من هذه الطرق هي مقياس الجاذبية لهطول الأمطار ، ولكن الطريقة التي تهمنا حقًا هي مقياس الجاذبية المتطايرة.
يقوم جهاز قياس التطاير على تحليل العينة حراريًا أو كيميائيًا وقياس التغير الناتج في كتلته.
بدلا من ذلك ، يمكننا فخ ووزن منتج تحلل متقلبة. نظرًا لأن إطلاق نوع متقلب يعد جزءًا أساسيًا من هذه الأساليب ، فإننا نصنفها مجتمعة على أنها طرق تحليل التطاير الجاذبية (Harvey، 2016).
مشاكل تحليل الجاذبية هي مجرد مشاكل في رياضيات الكيمياء مع بضع خطوات إضافية.
لأداء أي حساب متكافئ ، نحتاج إلى معاملات المعادلة الكيميائية المتوازنة.
على سبيل المثال ، إذا كانت العينة تحتوي على شوائب من ثنائي كلوريد الباريوم (BaCl 2 ● H 2 O) ، فيمكن الحصول على كمية الشوائب عن طريق تسخين العينة لتبخر الماء.
الفرق في الكتلة بين العينة الأصلية والعينة المسخنة سوف يعطينا ، بالجرام ، كمية المياه الموجودة في كلوريد الباريوم.
باستخدام عملية حسابية بسيطة للأرصاد الجوية ، سيتم الحصول على كمية الشوائب الموجودة في العينة (خان ، 2009).
التقطير التجزيئي
التقطير التجزيئي هو عملية يتم من خلالها فصل مكونات الخليط السائل إلى أجزاء مختلفة (تسمى الكسور) وفقًا لنقاط الغليان المختلفة.
يلعب الاختلاف في تقلبات مركبات الخليط دورًا أساسيًا في فصلها.
يستخدم التقطير التجزيئي لتنقية المنتجات الكيميائية وكذلك لفصل الخلائط للحصول على مكوناتها. يتم استخدامه كتقنية مخبرية وفي الصناعة ، حيث تتميز العملية بأهمية تجارية كبيرة.
يتم تمرير الأبخرة في محلول الغليان على طول عمود عالٍ ، يسمى عمود التجزيء.
العمود معبأ بالخرز البلاستيكي أو الزجاجي لتحسين الفصل مما يوفر مساحة أكبر للتكثيف والتبخر.
تنخفض درجة حرارة العمود تدريجياً على طوله. تتكثف المكونات ذات نقطة الغليان الأعلى في العمود وتعود إلى الحل.
تمر المكونات التي تحتوي على نقاط غليان أقل (أكثر تقلبًا) عبر العمود ويتم تجميعها بالقرب من الأعلى.
من الناحية النظرية ، فإن وجود المزيد من الخرز أو الألواح يحسن الانفصال ، لكن إضافة الألواح تزيد أيضًا من الوقت والطاقة اللازمة لإكمال عملية التقطير (Helmenstine، 2016).
