Qu'est-ce que la volatilisation?
La volatilisation est le processus de conversion d'une substance chimique d'un état liquide ou solide en un état gazeux ou en phase vapeur. Les autres termes utilisés pour décrire le même processus sont vaporisation, distillation et 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 la retirant à l'aide d'un courant 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 perturbateurs.
Des réactions chimiques sont parfois utilisées pour produire des produits volatils tels que le dégagement de dioxyde de carbone à partir de carbonates et d'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 une grande facilité d'utilisation, sauf lorsque des températures élevées ou des matériaux hautement résistants à la corrosion sont nécessaires (Louis Gordon, 2014).
Vaporisation sous 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'évapore?
Est-ce à 100 ° C? Si oui, pourquoi je ne fais 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, SF)
Celui qui en est responsable est une propriété appelée pression de vapeur, qui est la pression exercée par une vapeur en équilibre avec la phase solide ou liquide de la même substance.
En outre, la pression partielle de la substance dans l'atmosphère sur le solide ou le liquide (Anne Marie Helmenstine, 2014).
La pression de vapeur est une mesure de 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.
À mesure que 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 est appelée point d'ébullition du liquide (Encyclopædia Britannica, 2017).
La pression de vapeur dépendra du soluté dissous dans la solution (il s’agit d’une propriété colligative). À 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 d'un soluté diminue le nombre de molécules de solvant dans l'interface, réduisant ainsi la pression de vapeur.
La variation de la pression de vapeur peut être calculée avec la loi de Raoult pour les solutés non volatils, qui est donnée par:
Où X2 est la fraction molaire du solvant. Si nous multiplions les deux côtés de l'équation par P °, il reste:
Remplacer (1) en (3) est:
(4)
Il s'agit de 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?
- Quelle est la pureté de notre échantillon? L'échantillon ici pourrait être un solide ou en solution.
Il existe deux types d'analyse gravimétrique courants. Les deux impliquent de changer la phase de l'analyte pour le séparer du reste du mélange, entraînant un changement de masse.
L'une de ces méthodes est la gravimétrie des précipitations, mais celle qui nous intéresse vraiment est la gravimétrie à volatilisation.
La gravimétrie par volatilisation est basée sur la décomposition thermique ou chimique de l’échantillon et sur la mesure de l’évolution de sa masse.
Alternativement, nous pouvons piéger et peser un produit de décomposition volatil. Parce que la libération d'une espèce volatile est une partie essentielle de ces méthodes, nous les classons collectivement comme méthodes d'analyse de volatilisation gravimétrique (Harvey, 2016).
Les problèmes de l'analyse gravimétrique sont simplement des problèmes de stœchiométrie avec quelques étapes supplémentaires.
Pour effectuer tout 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 (BaCl 2 ● H 2 O), vous pouvez obtenir la quantité d’impuretés en chauffant l’échantillon afin d’évaporer l’eau.
La différence de masse entre l'échantillon initial et l'échantillon chauffé nous donnera, en grammes, la quantité d'eau contenue dans le chlorure de baryum.
Avec un simple calcul stoechiométrique, 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 est utilisée pour purifier des produits chimiques et pour séparer les mélanges afin d'obtenir leurs composants. Il est utilisé comme technique de laboratoire et dans l'industrie, où le processus revêt une grande importance commerciale.
Les vapeurs d'une solution en ébullition passent par une colonne haute appelée colonne de fractionnement.
La colonne est remplie de billes de plastique ou de verre afin d’améliorer la séparation, offrant ainsi une plus grande surface de condensation et d’évaporation.
La température de la colonne diminue progressivement sur sa longueur. Les composants ayant un point d'ébullition supérieur se condensent dans la colonne et retournent dans la solution.
Les composants ayant des points d'ébullition plus bas (plus volatils) traversent la colonne et sont collectés vers le haut.
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 compléter une distillation (Helmenstine, 2016).
