化学中杂质为什么不能被除尽?
经常有人好奇,化学品能不能再纯净些,杂质能不能除尽?
为什么呢?因为熵增原理。
☆完全纯净的物质是难以维持的
假设你通过神来之手(某种途径),得到了一瓶完全纯净的物质,你如获至宝,小心翼翼地密封好,期待全世界的媒体人、科学家纷至沓来,磨平你家门槛来参观和研究。
这“该死”的原子和分子就是这样永远做着无规则热运动的,非要和其他物质来开联谊会,打破你对它能永远保持纯净的幻想。
正如你永远也不要期待着变脏的桌子能自动变干净,你也不要期待不纯净的物质能自发变得纯净起来。变得有序的代价就是要付出能量。
除杂就是剔除物质中你不需要的部分,这一过程就会使得物质的熵降低,就是让其变得更“有序”一点儿。
化学家很早就总结了一套提纯的法宝,过滤、萃取、蒸发浓缩、蒸馏、电解、结晶、反渗透、离子交换、色谱法......这些法宝就好像化学家的“蟹八件”,凭借着这些工具化学家们能把他们瓶子里的东西搞的干干净净的。
但是,这些提纯的方法往往都有局限性,比如对于液体里面的杂质,可以采用精馏的方法剔除,但是这种方法往往也有限度,比如仅仅使用精馏的方法去提纯酒精(乙醇和水的混合物),当乙醇浓度到了95.63%的时候,乙醇和水形成共沸物,就不能进一步提纯了,如果要达到99%的纯度必须采用其他的办法。
这样看来,除杂真的就是技术难度很大的一件事情,不过也正常,要想吃到螃蟹,这些必要的努力是需要付出的。
除杂这一化学操作,在化工里面则把它上升到“分离工程”的地位。
化工厂往往都有一个纯度目标,提纯到一定纯度就不会继续提纯了,因为再追求纯度,就要付出更大的消耗。从95%提纯到99%,比从50%提纯到90%要困难的多,因为当杂质含量越低的时候,所采用的分离方法往往就会越精细,消耗就会越大,所以越到后面越困难。
提纯到99.9%,相当于1000个成员有1个叛徒;
提纯到99.99%,相当于10000个成员有1个叛徒 ;
提纯到99.999%,相当于100000个成员有1个叛徒 ;
当你所需要的纯度要求越高,那么这个集体的范围就越大,再进一步提纯,就要在更大范围内去寻找那个叛徒。
更可气的是,在提纯的过程中,可能还会有其他的叛徒浑水摸鱼进来;(提纯过程引入的杂质)
原来集体里面的成员还可能叛变(纯物质自身的变化)。
如果提纯到100%,那么困难程度要达到无穷大,可能只有神来之手才能做到。
(1)优级纯(GR:Guaranteed reagent),又称一级品或保证试剂,99.8%,这种试剂纯度最高,杂质含量最低,适合于重要精密的分析工作和科学研究工作,使用绿色瓶签。
(2)分析纯(AR),又称二级试剂,纯度很高,99.7%,略次于优级纯,适合于重要分析及一般研究工作,使用红色瓶签。
(3)化学纯(CP),又称三级试剂,≥ 99.5%,纯度与分析纯相差较大,适用于工矿、学校一般分析工作。使用蓝色(深蓝色)标签。
(4)实验试剂(LR:Laboratory reagent),又称四级试剂。
例如:等离子体质谱纯级试剂(ICP-Mass Pure Grade):绝大多数杂质元素含量低于0.1ppb,适合等离子体质谱仪(ICP Mass)日常分析工作。原子吸收光谱纯级试剂(AA Pure Grade):绝大多数杂质元素含量低于10 ppb ,适合原子吸收光谱仪(AA)日常分析工作。
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