Volatilidade (química) - Volatility (chemistry)

O líquido de bromo muda prontamente para vapor em temperatura ambiente, indicando uma alta volatilidade.

Em química , a volatilidade é uma qualidade do material que descreve a rapidez com que uma substância vaporiza . A uma dada temperatura e pressão , uma substância com alta volatilidade tem mais probabilidade de existir como vapor , enquanto uma substância com baixa volatilidade tem mais probabilidade de ser um líquido ou sólido . A volatilidade também pode descrever a tendência de um vapor se condensar em um líquido ou sólido; as substâncias menos voláteis condensam-se mais prontamente a partir de um vapor do que as altamente voláteis. As diferenças na volatilidade podem ser observadas comparando-se a rapidez com que um grupo de substâncias evapora (ou sublima, no caso de sólidos) quando exposto à atmosfera. Uma substância altamente volátil, como o álcool isopropílico , evapora rapidamente, enquanto uma substância com baixa volatilidade, como o óleo vegetal , permanece condensada. Em geral, os sólidos são muito menos voláteis do que os líquidos, mas existem algumas exceções. Sólidos que sublimam (mudam diretamente de sólido para vapor), como gelo seco ( dióxido de carbono sólido ) ou iodo, podem vaporizar a uma taxa semelhante à de alguns líquidos em condições padrão.

Descrição

A volatilidade em si não tem valor numérico definido, mas geralmente é descrita usando pressões de vapor ou pontos de ebulição (para líquidos). Altas pressões de vapor indicam alta volatilidade, enquanto altos pontos de ebulição indicam baixa volatilidade. As pressões de vapor e os pontos de ebulição são frequentemente apresentados em tabelas e gráficos que podem ser usados ​​para comparar produtos químicos de interesse. Os dados de volatilidade são normalmente encontrados por meio de experimentação em uma faixa de temperaturas e pressões.

Pressão de vapor

Um gráfico de pressão de vapor log-lin para vários líquidos

A pressão de vapor é uma medida de quão rapidamente uma fase condensada forma um vapor em uma determinada temperatura. Uma substância encerrada em um recipiente selado inicialmente no vácuo (sem ar dentro) preencherá rapidamente qualquer espaço vazio com vapor. Depois que o sistema atinge o equilíbrio e nenhum vapor é formado, essa pressão de vapor pode ser medida. O aumento da temperatura aumenta a quantidade de vapor que se forma e, portanto, a pressão do vapor. Em uma mistura, cada substância contribui para a pressão de vapor geral da mistura, com os compostos mais voláteis dando uma contribuição maior.

Ponto de ebulição

O ponto de ebulição é a temperatura na qual a pressão de vapor de um líquido é igual à pressão circundante, fazendo com que o líquido evapore rapidamente ou ferva. Está intimamente relacionado à pressão de vapor, mas depende da pressão. O ponto de ebulição normal é o ponto de ebulição à pressão atmosférica, mas também pode ser relatado em pressões mais altas ou mais baixas.

Fatores contribuintes

Forças intermoleculares

Ponto de ebulição normal (vermelho) e ponto de fusão (azul) de alcanos lineares vs. número de átomos de carbono.

Um fator importante que influencia a volatilidade de uma substância é a força das interações entre suas moléculas. As forças atrativas entre as moléculas são o que mantém os materiais unidos, e os materiais com forças intermoleculares mais fortes , como a maioria dos sólidos, normalmente não são muito voláteis. Etanol e éter dimetílico , dois produtos químicos com a mesma fórmula (C 2 H 6 O), têm volatilidades diferentes devido às diferentes interações que ocorrem entre suas moléculas na fase líquida: as moléculas de etanol são capazes de fazer ligações de hidrogênio, enquanto as moléculas de éter dimetílico não são . O resultado em uma força atrativa geral mais forte entre as moléculas de etanol, tornando-o a substância menos volátil dos dois.

Peso molecular

Em geral, a volatilidade tende a diminuir com o aumento da massa molecular porque moléculas maiores podem participar de ligações mais intermoleculares, embora outros fatores, como estrutura e polaridade, desempenhem um papel significativo. O efeito da massa molecular pode ser parcialmente isolado comparando produtos químicos de estrutura semelhante (ou seja, ésteres, alcanos, etc.). Por exemplo, alcanos lineares exibem volatilidade decrescente à medida que o número de carbonos na cadeia aumenta.

Formulários

Destilação

Uma coluna de destilação de petróleo bruto.

O conhecimento da volatilidade é frequentemente útil na separação de componentes de uma mistura. Quando uma mistura de substâncias condensadas contém várias substâncias com diferentes níveis de volatilidade, sua temperatura e pressão podem ser manipuladas de modo que os componentes mais voláteis se transformem em vapor, enquanto as substâncias menos voláteis permanecem na fase líquida ou sólida. O vapor recém-formado pode então ser descartado ou condensado em um recipiente separado. Quando os vapores são coletados, esse processo é conhecido como destilação .

O processo de refinamento do petróleo utiliza uma técnica conhecida como destilação fracionada , que permite que vários produtos químicos de volatilidade variada sejam separados em uma única etapa. O petróleo bruto que entra em uma refinaria é composto de muitos produtos químicos úteis que precisam ser separados. O óleo cru flui para uma torre de destilação e é aquecido, o que permite que os componentes mais voláteis, como butano e querosene, evaporem. Esses vapores sobem na torre e eventualmente entram em contato com superfícies frias, o que faz com que se condensem e sejam coletados. O produto químico mais volátil se condensa na parte superior da coluna, enquanto os produtos químicos menos voláteis que evaporam se condensam na parte inferior. À direita está uma imagem que ilustra o projeto de uma torre de destilação .

A diferença de volatilidade entre a água e o etanol tem sido tradicionalmente usada no refinamento da ingestão de álcool . Para aumentar a concentração de etanol no produto, os fabricantes de álcool aqueceriam a mistura inicial de álcool a uma temperatura em que a maior parte do etanol vaporizasse enquanto a maior parte da água permanecesse líquida. O vapor de etanol é então coletado e condensado em um recipiente separado, resultando em um produto muito mais concentrado.

Perfume

A volatilidade é uma consideração importante ao criar perfumes . Os humanos detectam odores quando vapores aromáticos entram em contato com receptores no nariz. Ingredientes que evaporam rapidamente após serem aplicados irão produzir vapores perfumados por um curto período de tempo antes que os óleos evaporem. Os ingredientes de evaporação lenta podem permanecer na pele por semanas ou até meses, mas podem não produzir vapores suficientes para produzir um aroma forte. Para evitar esses problemas, os designers de perfumes consideram cuidadosamente a volatilidade dos óleos essenciais e outros ingredientes em seus perfumes. As taxas de evaporação apropriadas são obtidas modificando a quantidade de ingredientes altamente voláteis e não voláteis usados.

Veja também

Referências

links externos