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Qu'est-ce que la volatilisation?
Le la volatilisation est le processus de conversion d'une substance chimique d'un état liquide ou solide à un état gazeux ou à l'état de vapeur. Les autres termes utilisés pour décrire le même processus sont la vaporisation, la distillation et la sublimation.
Une substance peut souvent être séparée d'une autre par volatilisation et peut ensuite être récupérée par condensation de vapeur.
La substance peut être volatilisée plus rapidement soit en la chauffant pour augmenter sa pression de vapeur, soit en éliminant la vapeur à l'aide d'un flux de gaz inerte ou d'une pompe à vide.
Les procédures de chauffage comprennent la volatilisation de l'eau, du mercure ou du trichlorure d'arsenic pour séparer ces substances des éléments interférants.
Les réactions chimiques sont parfois utilisées pour produire des produits volatils tels que la libération de dioxyde de carbone à partir de carbonates, l'ammoniac dans la méthode de Kjeldahl pour la détermination de l'azote et du dioxyde de soufre dans la détermination du soufre dans l'acier.
Les méthodes de volatilisation se caractérisent généralement par une grande simplicité et facilité d'utilisation, sauf lorsque des températures élevées ou des matériaux hautement résistants à la corrosion sont nécessaires (Louis Gordon, 2014).
Volatilisation de la pression de vapeur
Sachant que la température de l'eau bouillante est de 100 ° C, vous êtes-vous déjà demandé pourquoi l'eau de pluie s'évaporait?
Est-ce à 100 ° C? Si oui, pourquoi je ne deviens pas chaud? Vous êtes-vous déjà demandé ce qui donne l'arôme caractéristique de l'alcool, du vinaigre, du bois ou du plastique? (Pression de vapeur, S.F.)
Celui qui est responsable de tout cela est une propriété connue sous le nom de pression de vapeur, qui est la pression exercée par une vapeur en équilibre avec la phase solide ou liquide de la même substance.
Aussi, la pression partielle de la substance dans l'atmosphère sur le solide ou le liquide (Anne Marie Helmenstine, 2014).
La pression de vapeur mesure la tendance d'un matériau à passer à l'état gazeux ou à l'état de vapeur, c'est-à-dire une mesure de la volatilité des substances.
Lorsque la pression de vapeur augmente, la capacité du liquide ou du solide à s'évaporer devient plus volatile.
La pression de vapeur augmentera avec la température. La température à laquelle la pression de vapeur à la surface d'un liquide est égale à la pression exercée par l'environnement s'appelle le point d'ébullition du liquide (Encyclopædia Britannica, 2017).
La pression de vapeur dépendra du soluté dissous dans la solution (c'est une propriété colligative). A la surface de la solution (interface air-gaz), les molécules les plus superficielles ont tendance à s'évaporer, échangeant entre les phases et générant une pression de vapeur.
La présence de soluté diminue le nombre de molécules de solvant dans l'interface, réduisant la pression de vapeur.
La variation de pression de vapeur peut être calculée avec la loi de Raoult pour les solutés non volatils qui est donnée par:
(1)
Où P1 est la pression de vapeur après l'ajout du soluté, x1 est la fraction molaire dudit soluté et P ° est la pression de vapeur du solvant pur. Si nous avons la somme des fractions molaires du soluté et du solvant égale à 1, nous avons:
(2)
Où X2 est la fraction molaire du solvant. Si l'on multiplie les deux côtés de l'équation par P °, alors il reste:
(3)
En remplaçant (1) dans (3):
(4)
C'est la variation de la pression de vapeur lors de la dissolution d'un soluté (Jim Clark, 2017).
Analyse gravimétrique
L'analyse gravimétrique est une classe de techniques de laboratoire utilisées pour déterminer la masse ou la concentration d'une substance en mesurant un changement de masse.
Le produit chimique que nous essayons de quantifier est parfois appelé analyte. Nous pourrions utiliser l'analyse gravimétrique pour répondre à des questions telles que:
- Quelle est la concentration de l'analyte dans une solution?
- À quel point notre échantillon est-il pur? L’échantillon peut être solide ou en solution.
Il existe deux types courants d’analyse gravimétrique. Les deux impliquent de changer la phase de l'analyte pour le séparer du reste d'un mélange, entraînant un changement de masse.
L'une de ces méthodes est la gravimétrie par précipitation, mais celle qui nous intéresse vraiment est la gravimétrie par volatilisation.
La gravimétrie par volatilisation est basée sur la décomposition thermique ou chimique de l'échantillon et sur la mesure de la variation de masse résultante.
Alternativement, nous pouvons piéger et peser un produit de décomposition volatil. Étant donné que la libération d'une espèce volatile est une partie essentielle de ces méthodes, nous les classons collectivement comme méthodes d'analyse de la volatilisation gravimétrique (Harvey, 2016).
Les problèmes d'analyse gravimétrique sont simplement des problèmes de stœchiométrie avec quelques étapes supplémentaires.
Pour effectuer un calcul stœchiométrique, nous avons besoin des coefficients de l’équation chimique équilibrée.
Par exemple, si un échantillon contient des impuretés de chlorure de baryum dihydraté (BaCl2● H2O), la quantité d'impuretés peut être obtenue en chauffant l'échantillon pour évaporer l'eau.
La différence de masse entre l'échantillon d'origine et l'échantillon chauffé nous donnera, en grammes, la quantité d'eau contenue dans le chlorure de baryum.
Avec un simple calcul stœchiométrique, la quantité d'impuretés dans l'échantillon sera obtenue (Khan, 2009).
Distillation fractionnée
La distillation fractionnée est un processus par lequel les composants d'un mélange liquide sont séparés en différentes parties (appelées fractions) en fonction de leurs différents points d'ébullition.
La différence de volatilité des composés du mélange joue un rôle fondamental dans leur séparation.
La distillation fractionnée sert à purifier les produits chimiques et à séparer les mélanges pour obtenir leurs composants. Il est utilisé comme technique de laboratoire et dans l'industrie, où le procédé a une grande importance commerciale.
Les vapeurs d'une solution bouillante passent le long d'une colonne haute appelée colonne de fractionnement.
La colonne est remplie de billes de plastique ou de verre pour améliorer la séparation, offrant ainsi plus de surface pour la condensation et l'évaporation.
La température de la colonne diminue progressivement sur toute sa longueur. Les composants à point d'ébullition plus élevé se condensent dans la colonne et retournent à la solution.
Les composants avec des points d'ébullition inférieurs (plus volatils) traversent la colonne et sont collectés près du sommet.
Théoriquement, avoir plus de billes ou de plaques améliore la séparation, mais l'ajout de plaques augmente également le temps et l'énergie nécessaires pour réaliser une distillation (Helmenstine, 2016).
Références
- Anne Marie Helmenstine. (2014, 16 mai). Définition de la pression de vapeur. Récupéré de thoughtco.com.
- Encyclopædia Britannica. (2017, 10 février). Pression de vapeur. Récupéré de britannica.com.
- Harvey, D. (2016, 25 mars). Gravimétrie par volatilisation. Récupéré de chem.libretexts.
- Helmenstine, A. M. (8 novembre 2016). Définition et exemples de distillation fractionnée. Récupéré de thoughtco.com.
- Jim Clark, I. L. (3 mars 2017). Loi de Raoult. Récupéré dechem.libretexts.
- Khan, S. (27 août 2009). Introduction à l'analyse gravimétrique: gravimétrie par volatilisation. Récupéré de khanacademy.
- Louis Gordon, R. W. (2014). Récupéré sur accessscience.com.
- Pression de vapeur. (S.F.). Récupéré de chem.purdue.edu.