Volatilidad (química)

La presión de vapor es una medida de la facilidad con la que una fase condensada se convierte en vapor a una temperatura determinada. Una sustancia contenida en un recipiente sellado, inicialmente al vacío (sin aire en su interior), llenará rápidamente cualquier espacio vacío con vapor. Una vez que el sistema alcanza el equilibrio y la velocidad de evaporación se iguala a la de condensación, se puede medir la presión de vapor. Al aumentar la temperatura, aumenta la cantidad de vapor que se forma y, por lo tanto, la presión de vapor. En una mezcla, cada sustancia contribuye a la presión de vapor total de la mezcla, siendo los compuestos más volátiles los que aportan una mayor cantidad.

El punto de ebullición es la temperatura a la cual la presión de vapor de un líquido es igual a la presión ambiente, lo que provoca que el líquido se evapore rápidamente o hierva. Está estrechamente relacionado con la presión de vapor, pero depende de la presión. El punto de ebullición normal es el punto de ebullición a presión atmosférica , pero también puede informarse a presiones más altas y más bajas. ^{[ 3 ]}

Un factor importante que influye en la volatilidad de una sustancia es la fuerza de las interacciones entre sus moléculas. Las fuerzas de atracción entre moléculas son las que mantienen unidos a los materiales, y los materiales con fuerzas intermoleculares más fuertes , como la mayoría de los sólidos, generalmente no son muy volátiles. El etanol y el dimetil éter, dos sustancias químicas con la misma fórmula (C₂H₆O ) , _tienen diferentes volatilidades debido a _las diferentes interacciones que ocurren entre sus moléculas en la fase líquida: las moléculas de etanol son capaces de formar enlaces de hidrógeno, mientras que las de dimetil éter no. ^{[ 4 ]} El resultado es una fuerza de atracción general más fuerte entre las moléculas de etanol, lo que lo convierte en la sustancia menos volátil de las dos.

En general, la volatilidad tiende a disminuir con el aumento de la masa molecular, ya que las moléculas más grandes pueden participar en más enlaces intermoleculares, ^{[ 5 ]} aunque otros factores como la estructura y la polaridad también influyen significativamente. El efecto de la masa molecular puede aislarse parcialmente comparando compuestos químicos de estructura similar (por ejemplo, ésteres , alcanos, etc.). Por ejemplo, los alcanos lineales muestran una volatilidad decreciente a medida que aumenta el número de carbonos en la cadena.

El conocimiento de la volatilidad suele ser útil para separar los componentes de una mezcla. Cuando una mezcla de sustancias condensadas contiene varias sustancias con distintos niveles de volatilidad, se puede manipular su temperatura y presión para que los componentes más volátiles se conviertan en vapor, mientras que las sustancias menos volátiles permanecen en fase líquida o sólida. El vapor resultante se puede desechar o condensar en un recipiente aparte. Cuando se recogen los vapores, este proceso se conoce como destilación . ^{[ 6 ]}

El proceso de refinación de petróleo utiliza una técnica conocida como destilación fraccionada , que permite separar en una sola etapa varios compuestos químicos de diferente volatilidad. El petróleo crudo que ingresa a una refinería está compuesto por muchos compuestos químicos útiles que deben separarse. El petróleo crudo fluye hacia una torre de destilación y se calienta, lo que permite que los componentes más volátiles, como el butano y el queroseno, se vaporicen. Estos vapores ascienden por la torre y finalmente entran en contacto con superficies frías, lo que provoca su condensación y recolección. Los compuestos químicos más volátiles se condensan en la parte superior de la columna, mientras que los menos volátiles se condensan en la parte inferior. ^{[ 1 ]}

La diferencia de volatilidad entre el agua y el etanol se ha utilizado durante mucho tiempo para producir bebidas alcohólicas concentradas (muchas de ellas conocidas como " licores "). Para aumentar la concentración de etanol en el producto, los fabricantes de bebidas calentaban la mezcla inicial de alcohol a una temperatura en la que la mayor parte del etanol se vaporizaba mientras que la mayor parte del agua permanecía líquida. El vapor de etanol se recogía y condensaba en un recipiente aparte, obteniendo así un producto mucho más concentrado. ^{[ 7 ]}

La volatilidad es un factor importante a considerar en la elaboración de perfumes . Los humanos detectan los olores cuando los vapores aromáticos entran en contacto con los receptores nasales. Los ingredientes que se vaporizan rápidamente tras su aplicación desprenden fragancias durante un breve periodo antes de que los aceites se evaporen. Los ingredientes de evaporación lenta pueden permanecer en la piel durante semanas o incluso meses, pero es posible que no produzcan suficiente vapor para generar un aroma intenso. Para evitar estos problemas, los perfumistas consideran cuidadosamente la volatilidad de los aceites esenciales y otros ingredientes de sus perfumes. Se logran tasas de evaporación adecuadas modificando la cantidad de ingredientes altamente volátiles y no volátiles utilizados. ^{[ 8 ]}

Las armas químicas se pueden clasificar como agentes persistentes o no persistentes según su volatilidad. Cuanto más volátil es un agente, más rápido se evapora y dispersa, y puede representar un peligro solo durante un período de tiempo específico. Los agentes persistentes causan contaminación prolongada y se utilizan para negar el acceso a ciertas áreas mediante la contaminación de puntos estratégicos o la retaguardia del campo de batalla . Entre las armas químicas volátiles y no persistentes se incluyen los primeros agentes nerviosos de la serie G , como el tabún , el sarín y el somán . Las armas químicas menos volátiles y más persistentes incluyen el gas mostaza , los agentes nerviosos de la serie V , como el VX y el VR , y los agentes nerviosos de la serie Novichok . ^{[ 9 ]}