В химии летучесть - это качество материала, которое описывает, насколько легко вещество испаряется. При данной температуре и давлении вещество с высокой летучестью с большей вероятностью будет существовать в виде пара, в то время как вещество с низкой летучестью, скорее всего, будет жидким или твердым. Летучесть также может описывать тенденцию пара конденсироваться в жидкость или твердое тело; менее летучие вещества легче конденсируются из пара, чем легколетучие. [1] Различия в летучести можно наблюдать, сравнивая, насколько быстро группа веществ испаряется (или сублимируется в случае твердых веществ) при воздействии атмосферы. Легколетучие вещества, например медицинский спирт ( изопропиловый спирт).) быстро испарится, в то время как вещество с низкой летучестью, такое как растительное масло , останется конденсированным. [2] В целом твердые вещества гораздо менее летучие, чем жидкости, но есть некоторые исключения. Твердые вещества , которые возвышенный (изменить непосредственно из твердого состояния в пар) , такие как сухой лед (твердая двуокись углерода ) или йод может испаряется с такой же скоростью , как некоторые жидкости в стандартных условиях. [3]
Описание [ править ]
Сама по себе летучесть не имеет определенного числового значения, но часто описывается с помощью давления пара или точек кипения (для жидкостей). Высокое давление паров указывает на высокую летучесть, а высокие температуры кипения указывают на низкую летучесть. Давление паров и точки кипения часто представлены в таблицах и диаграммах, которые можно использовать для сравнения интересующих химических веществ. Данные о волатильности обычно получают экспериментальным путем в широком диапазоне температур и давлений.
Давление пара [ править ]
Давление пара - это показатель того, насколько легко конденсированная фаза образует пар при данной температуре. Вещество, заключенное в герметичный сосуд, первоначально находящееся под вакуумом (без воздуха внутри), быстро заполнит любое пустое пространство паром. После того, как система достигнет равновесия и больше не будет образовываться пара, это давление пара может быть измерено. Повышение температуры увеличивает количество образующегося пара и, следовательно, давление пара. В смеси каждое вещество способствует общему давлению паров смеси, при этом более летучие соединения вносят больший вклад.
Точка кипения [ править ]
Точка кипения - это температура, при которой давление пара жидкости равно окружающему давлению, в результате чего жидкость быстро испаряется или закипает. Это тесно связано с давлением пара, но зависит от давления. Нормальная точка кипения - это точка кипения при атмосферном давлении, но она также может указываться как при более высоких, так и при более низких давлениях. [3]
Факторы, способствующие [ править ]
Межмолекулярные силы [ править ]
Важным фактором, влияющим на летучесть вещества, является сила взаимодействия между его молекулами. Силы притяжения между молекулами - это то, что удерживает материалы вместе, а материалы с более сильными межмолекулярными силами , такие как большинство твердых тел, обычно не очень летучие. Этанол и диметиловый эфир , два химических вещества с одинаковой формулой (C 2 H 6 O), имеют разную летучесть из-за различных взаимодействий, которые происходят между их молекулами в жидкой фазе: молекулы этанола способны образовывать водородные связи, а молекулы диметилового эфира - нет. . [4] Результатом является более сильная сила притяжения между молекулами этанола, что делает его менее летучим веществом из двух.
Молекулярный вес [ править ]
В общем, летучесть имеет тенденцию к снижению с увеличением молекулярной массы , [ почему? ], хотя другие факторы, такие как структура и полярность, играют значительную роль. Влияние молекулярной массы можно частично изолировать, сравнивая химические вещества схожей структуры (например, сложные эфиры, алканы и т. Д.). Например, линейные алканы демонстрируют снижение летучести по мере увеличения количества атомов углерода в цепи.
Приложения [ править ]
Дистилляция [ править ]
Информация о летучести часто бывает полезной при отделении компонентов от смеси. Когда смесь конденсированных веществ содержит несколько веществ с разными уровнями летучести, ее температурой и давлением можно управлять так, чтобы более летучие компоненты превращались в пар, в то время как менее летучие вещества оставались в жидкой или твердой фазе. Затем вновь образовавшийся пар можно выбросить или сконденсировать в отдельном контейнере. Когда пары собираются, этот процесс называется дистилляцией . [5]
В процессе очистки нефти используется метод, известный как фракционная перегонка , который позволяет разделить несколько химикатов с различной летучестью за одну стадию. Сырая нефть, поступающая на нефтеперерабатывающий завод, состоит из множества полезных химикатов, которые необходимо отделить. Сырая нефть поступает в дистилляционную колонну и нагревается, что позволяет более летучим компонентам, таким как бутан и керосин, испаряться. Эти пары поднимаются по башне и в конечном итоге вступают в контакт с холодными поверхностями, что приводит к их конденсации и накоплению. Наиболее летучие химические вещества конденсируются в верхней части колонны, а наименее летучие химические вещества для испарения конденсируются в самой нижней части. [1]Справа изображение, иллюстрирующее конструкцию дистилляционной башни .
Разница в летучести между водой и этанолом традиционно использовалась при очистке питьевого алкоголя . Чтобы увеличить концентрацию этанола в продукте, производители спирта нагревают исходную спиртовую смесь до температуры, при которой большая часть этанола испаряется, а большая часть воды остается жидкой. Затем пары этанола собираются и конденсируются в отдельном контейнере, в результате чего получается гораздо более концентрированный продукт. [6]
Духи [ править ]
Неустойчивость - важный фактор при создании духов . Люди обнаруживают запахи, когда ароматические пары контактируют с рецепторами в носу. Ингредиенты, которые быстро испаряются после нанесения, будут выделять ароматные пары в течение короткого времени, прежде чем масло испарится. Медленно испаряющиеся ингредиенты могут оставаться на коже в течение недель или даже месяцев, но могут не выделять достаточно паров для получения сильного аромата. Чтобы предотвратить эти проблемы, дизайнеры парфюмерии тщательно учитывают летучесть эфирных масел и других ингредиентов в своих ароматах. Соответствующие скорости испарения достигаются за счет изменения количества используемых легколетучих и нелетучих ингредиентов. [7]
См. Также [ править ]
- Соотношение Клаузиуса – Клапейрона
- Дистилляция
- Фракционная перегонка
- Частичное давление
- Закон Рауля
- Относительная волатильность
- Парожидкостное равновесие
- Летучие органические соединения
Ссылки [ править ]
- ^ a b Фелдер, Ричард (2015). Элементарные принципы химических процессов . Джон Вили и сыновья. С. 279–281. ISBN 978-1-119-17764-7.
- ^ Корецкий, Майло Д. (2013). Инженерная и химическая термодинамика . Джон Вили и сыновья. С. 639–641.
- ^ a b Zumdahl, Стивен С. (2007). Химия . Хоутон Миффлин. стр. 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.
- ^ Armarego, Уилфред LF (2009). Очистка лабораторных химикатов . Эльзевир. стр. 9 -12. ISBN 978-1-85617-567-8.
- ^ Кваален, Эрик. «Дистилляция алкоголя: основные принципы, оборудование, взаимосвязь производительности и безопасности» . Purdue .
- ^ Продай, Чарльз (2006). Химия ароматов . Великобритания: Королевское химическое общество. стр. 200 -202. ISBN 978-0-85404-824-3.
Внешние ссылки [ править ]
- Волатильность с ilpi.com
- Определение volatile из Викисловаря
