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[推荐] 化学中杂质为什么不能被除尽?

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热力学第二定律(熵增原理)告诉我们:对于一个孤立的系统,系统总是朝着最大混乱度的方向(高熵的状态)发展。



☆完全纯净的物质是难以维持的
纯净物质的概念只能存在于化学意义之上,在宏观世界是找不到完全纯净的物质。完全纯净的物质的熵必然是极低的,在没有人为干预的情况下,它也能自发地朝着高熵状态发展,变得不纯净。


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。
但是不幸的是,你的容器本身也是一种物质,容器内的物质和容器的内壁直接两相接触,是会发物质交换的,容器材质的分子或者原子会进入到纯净物质之中,它就有杂质了,它就不纯了。
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。
此外,你的“纯净的物质”本身也会“自我革命”,发生化学意义上的改变,转换成其他阵营的东西。这些物质可能自己发生分解反应,甚至是自我聚合变成其他的东西,就成为杂质。
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。
☆提纯是件苦差事儿:纯度要求越高,越困难
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。

这就需要付出“代价”,需要向这个系统提供能量。所有的除杂即提纯过程是需要消耗能量的!更搞人心态的是,如果你需要的纯度越高,提纯的技术难度会越大,并且消耗的能量是指数级增长。

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。





这些物理办法也好,化学办法也罢,无一例外都是需要消耗能量和资源的!
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。
同时,精馏的办法也只针对液-液分离(分离液体中的液体杂质)才有效果,如果你想用精馏的办法去分离沙土里面的钻石,那就是在痴人说梦。吃螃蟹不同位置要用不同的工具,有时候还有各种工具搭配起来。同样,分离不同的状态的混合物要用不同的提纯办法,而且有时候还要采用多种提纯方法,才能达到你想要的纯度。


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。

 

发表于 2022-11-5 16:27:41

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谢谢分享

 

发表于 2022-11-6 10:53:11

 

 

 

Peterpaul彼得保罗
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qdxfVIP会员 VIP会员 | 显示全部楼层       最后访问IP山东省
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古语有云“一尺之棰,日取其半,万世不竭”,况化学乎。

 

发表于 2022-11-6 14:47:46

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