在化学的世界里，追求物质的纯净是众多科研人员和化工从业者的目标。然而，一个残酷的现实是，杂质似乎总是如影随形，难以被清除干净。这背后究竟隐藏着怎样的奥秘呢？今天，就让我们一同深入探究化学中杂质除不尽的原因，以及应对这一难题的有效方法。

杂质难以除尽的原理

熵增原理的影响

根据热力学第二定律，也就是熵增原理，一个孤立系统总是朝着最大混乱度（高熵状态）发展。完全纯净的物质熵值极低，在自然状态下，它会自发地向高熵状态转变，变得不再纯净。想象一下，你好不容易得到了一瓶完全纯净的物质，将其密封保存。但容器也是物质，容器内壁与纯净物质直接接触，分子或原子会进行无规则热运动并发生交换，容器材质的分子或原子会进入纯净物质中，杂质就此产生。而且，物质本身也可能发生分解、聚合等化学反应，自身 “变质” 成为杂质。就像一间整洁的房间，没人打扫就会慢慢变乱，物质也不会自发地从混乱变得纯净，变得有序需要付出能量。

化学反应的局限性

如果采用化学方法除杂，当涉及到可逆反应时，由于平衡常数的存在，反应无法进行到底，必然会有少量杂质残留。例如，在合成氨的反应中，氮气和氢气反应生成氨气，这是一个可逆反应。即使在适宜的条件下，也无法让氮气和氢气完全转化为氨气，反应体系中总会存在一定量的未反应的氮气和氢气，这些就成为了杂质。另外，对于不可逆反应，虽然理论上可以反应完全，但反应速度与反应物的量有关。随着反应的进行，反应物的量逐渐减少，反应速度会越来越慢，我们很难有足够的时间等待反应完成。

物理提纯方法的局限

在物理方法除杂中，不管是蒸馏、萃取、过滤还是结晶等，都存在一定的局限性。以蒸馏为例，在提纯酒精（乙纯和水的混合物）时，当乙纯浓度达到 95.63% ，乙纯和水会形成共沸物，仅靠普通精馏就无法进一步提纯了。再比如过滤，只能分离出颗粒较大的杂质，对于一些微小的杂质粒子，过滤就显得无能为力。

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！

化学家们鼓捣瓶瓶罐罐里的物质还算比较容易，然而化工工程师面对眼前的钢铁巨兽里的产品，着实让人头痛。可以说，化工工程师的难题核心不是说怎么把产品给造出来（这一步化学家早就在实验室里面打通了），而是怎么把这些产品从反应物、副产物、溶剂里面分离和提纯出来。

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。

这个是化工设计中著名的“洋葱模型”，分离工程是化工设计的第二核心层内容，它作为石油化工、有机化工、生物化工、精细化工、制药等行业生产过程中最重要的单元操作之一。

通常分离装置在化工厂基建投资中占50%~90%的比例，能耗占到整个流程的30%~50%，可以说化工厂很大部分投资以及日常消耗都在分离这块，对于新型分离的开发和应用在全球范围内也越来越受到重视。

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。

目标纯度越高，则提纯的困难程度越大

化学中杂质难以除尽是由多种因素共同导致的，熵增原理、化学反应的特性以及物理提纯方法的局限都使得杂质的清除变得困难重重。然而，我们并非对此束手无策，通过采用多级提纯、组合除杂以及利用新型材料和技术等方法，我们能够在一定程度上提高物质的纯度，满足不同领域对物质纯度的要求。在未来，随着科学技术的不断进步，我们有理由相信，会有更多更有效的除杂方法被开发出来，帮助我们更好地应对这一挑战。无论是科研领域还是工业生产，对物质纯度的追求永不止步，而了解杂质除不尽的原理和应对方法，正是我们迈向更高纯度的关键一步。