化學(xué)中雜質(zhì)為什么不能被除盡?
經(jīng)常有人好奇,化學(xué)品能不能再純凈些,雜質(zhì)能不能除盡?
為什么呢?因為熵增原理。
☆完全純凈的物質(zhì)是難以維持的
假設(shè)你通過神來之手(某種途徑),得到了一瓶完全純凈的物質(zhì),你如獲至寶,小心翼翼地密封好,期待全世界的媒體人、科學(xué)家紛至沓來,磨平你家門檻來參觀和研究。
這“該死”的原子和分子就是這樣永遠做著無規(guī)則熱運動的,非要和其他物質(zhì)來開聯(lián)誼會,打破你對它能永遠保持純凈的幻想。
正如你永遠也不要期待著變臟的桌子能自動變干凈,你也不要期待不純凈的物質(zhì)能自發(fā)變得純凈起來。變得有序的代價就是要付出能量。
除雜就是剔除物質(zhì)中你不需要的部分,這一過程就會使得物質(zhì)的熵降低,就是讓其變得更“有序”一點兒。
化學(xué)家很早就總結(jié)了一套提純的法寶,過濾、萃取、蒸發(fā)濃縮、蒸餾、電解、結(jié)晶、反滲透、離子交換、色譜法......這些法寶就好像化學(xué)家的“蟹八件”,憑借著這些工具化學(xué)家們能把他們瓶子里的東西搞的干干凈凈的。
但是,這些提純的方法往往都有局限性,比如對于液體里面的雜質(zhì),可以采用精餾的方法剔除,但是這種方法往往也有限度,比如僅僅使用精餾的方法去提純酒精(乙醇和水的混合物),當乙醇濃度到了95.63%的時候,乙醇和水形成共沸物,就不能進一步提純了,如果要達到99%的純度必須采用其他的辦法。
這樣看來,除雜真的就是技術(shù)難度很大的一件事情,不過也正常,要想吃到螃蟹,這些必要的努力是需要付出的。
除雜這一化學(xué)操作,在化工里面則把它上升到“分離工程”的地位。
化工廠往往都有一個純度目標,提純到一定純度就不會繼續(xù)提純了,因為再追求純度,就要付出更大的消耗。從95%提純到99%,比從50%提純到90%要困難的多,因為當雜質(zhì)含量越低的時候,所采用的分離方法往往就會越精細,消耗就會越大,所以越到后面越困難。
提純到99.9%,相當于1000個成員有1個叛徒;
提純到99.99%,相當于10000個成員有1個叛徒 ;
提純到99.999%,相當于100000個成員有1個叛徒 ;
當你所需要的純度要求越高,那么這個集體的范圍就越大,再進一步提純,就要在更大范圍內(nèi)去尋找那個叛徒。
更可氣的是,在提純的過程中,可能還會有其他的叛徒渾水摸魚進來;(提純過程引入的雜質(zhì))
原來集體里面的成員還可能叛變(純物質(zhì)自身的變化)。
如果提純到100%,那么困難程度要達到無窮大,可能只有神來之手才能做到。
(1)優(yōu)級純(GR:Guaranteed reagent),又稱一級品或保證試劑,99.8%,這種試劑純度最高,雜質(zhì)含量最低,適合于重要精密的分析工作和科學(xué)研究工作,使用綠色瓶簽。
(2)分析純(AR),又稱二級試劑,純度很高,99.7%,略次于優(yōu)級純,適合于重要分析及一般研究工作,使用紅色瓶簽。
(3)化學(xué)純(CP),又稱三級試劑,≥ 99.5%,純度與分析純相差較大,適用于工礦、學(xué)校一般分析工作。使用藍色(深藍色)標簽。
(4)實驗試劑(LR:Laboratory reagent),又稱四級試劑。
例如:等離子體質(zhì)譜純級試劑(ICP-Mass Pure Grade):絕大多數(shù)雜質(zhì)元素含量低于0.1ppb,適合等離子體質(zhì)譜儀(ICP Mass)日常分析工作。原子吸收光譜純級試劑(AA Pure Grade):絕大多數(shù)雜質(zhì)元素含量低于10 ppb ,適合原子吸收光譜儀(AA)日常分析工作。
來源:網(wǎng)絡(luò)