Volatilidade (química)

En química, a volatilidade é unha propiedade material que describe a facilidade que ten unha substancia para vaporizarse. A unha temperatura e presión dadas, unha substancia con alta volatilidade é máis probable que exista en forma de vapor, mentres que unha substancia con baixa volatilidade é máis probable que sexa líquida ou sólida. A volatilidade pode tamén describir a tendencia dun vapor a condensarse pasando a líquido ou sólido; as substancias menos volátiles condensan máis facilmente a partir de vapor que as moi volátiles. As diferenzas en volatilidade poden observarse comparando a rapidez con que as substancias dun grupo se evaporan (ou subliman no caso de sólidos) cando se expoñen á atmosfera. Unha substancia altamente volátil como o alcohol isopropílico evapórase rapidamente, mentres que unha substancia con baixa volatilidade como o aceite vexetal permanece condensada. En xeral, os sólidos son moito menos volátiles que os líquidos, pero hai algunhas excepcións. Os sólidos que subliman (cambian directamente de sólido a vapor) como o xeo seco (dióxido de carbono sólido) ou o iodo poden vaporizar a unha velocidade similar á dalgúns líquidos en condicións estándar. Descrición
A volatilidade como tal non ten un valor numérico definido, pero adoita describirse usando os valores de presión de vapor ou punto de ebulición (para líquidos). As presións de vapor altas indican unha alta volatilidade, mentres que os puntos de ebulición altos indican baixa volatilidade. As presións de vapor e puntos de ebulición adoitan presentarse en táboas e cartas que poden usarse para comparar os produtos químicos de interese. Os datos de volatilidade atópanse normalmente por experimentación nun intervalo de temperaturas e presións.
Presión de vapor
A presión de vapor é unha medida da rapidez con que unha fase condensada forma un vapor a unha temperatura dada. Unha substancia encerrada nun recipiente selado inicialmente ao baleiro (sen aire dentro) rapidamente encherá con vapor calquera espazo baleiro. Unha vez que o sistema atinxe o equilibrio e a velocidade de evaporación iguala a velocidade de condensación, pode medirse a presión de vapor. O incrementarse a temperatura aumenta a cantidade de vapor que se forma e así a presión de vapor. Nunha mestura, cada substancia contribúe á presión de vapor global da mestura, e os compostos máis volátiles fan unha maior contribución.
Punto de ebulición
O punto de ebulición é a temperatura á cal a presión de vapor dun líquido é igual á presión que o rodea, causando que o líquido se evapore rapidamente ou ferva. Está estreitamente relacionado coa presión de vapor, pero é dependente da presión. O punto de ebulición normal é o punto de ebulición a presión atmosférica, mais pode tamén medirse a maiores ou menores presións. Factores que contribúen
Forzas intermoleculares
Un importante factor que inflúe na volatilidade dunha substancia é a forza das interaccións entre a súas moléculas. As forzas atractivas entre moléculas son o que mantén os materiais xuntos, e os materiais con forzas intermoleculares máis fortes, como a maioría dos sólidos, non son normalmente moi volátiles. O etanol e o dimetil éter, dous compostos químicos coa mesma fórmula (C2H6O), teñen diferentes volatilidades debido ás diferentes interaccións que ocorren entre a súas moléculas na fase líquida: moléculas de etanol son capaces de establecer enlaces de hidróxeno mentres que as moléculas de dimetil éter non. O resultado é unha forza de atracción máis forte conxunta entre as moléculas de etanol, facendo que sexa a substancia máis volátil das dúas.
Peso molecular
En xeral, a volatilidade tende a diminuír co aumento da masa molecular porque as moléculas máis grandes poden participar en máis enlaces intermoleculares, aínda que outros facores como a estrutura e a polaridade xogan un importante papel. O efecto de masa molecular pode ser parcialmente illado comparando compostos químicos de estrutura similar (por exemplo, ésteres, alcanos etc. ). Por exemplo, os alcanos lineares mostran unha diminución de volatilidade a medida que se incrementa o número de carbonos da cadea. Aplicacións
Destilación
Os coñecementos sobre volatilidades a miúdo son útiles para a separación de compoñentes dunha mestura. Cando unha mestura de substancias condensadas contén múltiples substancias con diferentes niveis de volatilidade, a súa temperatura e presión poden ser manipuladas para que os compoñentes máis volátiles cambian a vapor mentres que as substancias menos volátiles permanecen en fase líquida ou sólida. O vapor acabado de formar pode entón descartarse ou condensarse nun contedor separado. Cando se recollen os vapores, este proceso denomínase destilación.
O proceso de refinamento de petróleo utiliza unha técnica chamada destilación fraccionada, o que permite que varios compostos químcios de diversa volatilidade se separen nun só paso. O peróleo cru que entra nunha refinaría está composto de moitos compostos químicos útiles que deben ser separados. O cru flúe na torre de destilación e quéntase, o cal permite que os compoñentes máis volátiles, como o butano e o queroseno, se vaporicen. Estes vapores soben pola torre e finalmente póñense en contacto con superficies frías, o cal causa que se condensen e se recollan. O composto químico máis volátil condénsase na parte superior da columna mentres que os menos volátiles e difíciles de vaporizar condénsanse na porción máis baixa da columna.
A diferenza de volatilidade entre a auga e o etanol utilízase para producir bebidas alcohólicas concentradas (moitas das cales se denominan "licores"). Para incrementar a concentración de etanol no produto, os fabricantes de bebidas quentan a mestura inicial de alcohol a unha temperatura onde a maior parte do etanol vaporiza mentres que a maioría da auga permanee líquida. O vapor de etanol é despois recollido e condensado nun contedor separado, o que resulta nun produto moito máis concentrado.
Perfumes
A volatilidade é unha importante consideración cando se fabrican perfumes. Os humanos detectan o olor cando os vapores aromáticos se poñen en contacto con receptores do olfacto do nariz. Os ingredientes que vaporizan rapidamente despois de seren aplicados producirán vapores fragrantes durante un curto tempo antes de que se evapore o aceite. Os ingredientes que se evaporan lentamente poden permanecer na pel por semanas e mesmo meses, pero pode que non se produzan suficientes vapores para producir un recendo forte. Para impediren estes problemas, os deseñadores de perfumes consideran coidadosamente a volatilidade dos aceites esenciais e outros ingredientes dos seus perfumes. Conséguense velocidades de evaporación axeitadas modificando a cantidade dos ingredientes altamente volátiles e non volátiles usados.