Introduktion
I dette emne kan du finde en metode til bestemmelse af kogepunkt, som kan bruges til vurdering af flydende reagenser. Når du får et mærkeligt flydende reagens, kan du måle kogepunktet og sammenligne dit resultat med litteraturdata for den valgte forbindelse.
Kogepunktet for en forbindelse er den temperatur, hvor faseændringen mellem væske og gas finder sted. I mere tekniske termer er det, når en væskes damptryk er lig med det anvendte tryk (typisk det atmosfæriske tryk). Kogepunkter er meget følsomme over for ændringer i det anvendte tryk, så alle kogepunkter skal rapporteres med det målte tryk. En forbindelses "normale kogepunkt" henviser til dens kogepunkt ved et tryk på 760 mm Hg.
En forbindelses kogepunkt er en fysisk konstant ligesom smeltepunktet, og det kan derfor bruges til at understøtte identifikationen af en forbindelse. I modsætning til smeltepunkter bruges kogepunkter dog ikke generelt som et mål for renhed. Urene væsker koger over en række temperaturer (på samme måde som smeltepunkter har bredde), men temperaturspændet korrelerer ikke godt med renheden. Derfor bruges måling af en forbindelses kogepunkt primært til at understøtte dens identifikation.
Et eksperimentelt kogepunkt sammenlignes ofte med litteraturens kogepunkt, som typisk rapporteres for 1 atmosfæres tryk. Hvis et kogepunkt bestemmes ved et tryk, der er væsentligt forskelligt fra 1 atmosfære, skal trykket korrigeres. En generel tommelfingerregel er, at for tryk inden for 10 % af en atmosfære vil et fald i trykket på 10 mm Hg give et fald i kogepunktet på 0,3-0,5 °C. En anden tommelfingerregel er, at for hver halvering af trykket falder kogepunktet med ca. 10 °C.
Der findes en række forskellige metoder til at bestemme en prøves kogepunkt, herunder destillation, tilbagesvaling og ved hjælp af et Thiele-rør. Den mest ligetil metode bruger et Thiele-rør og har den fordel, at der bruges mindre end 0,5 ml materiale.
Kogepunktet for en forbindelse er den temperatur, hvor faseændringen mellem væske og gas finder sted. I mere tekniske termer er det, når en væskes damptryk er lig med det anvendte tryk (typisk det atmosfæriske tryk). Kogepunkter er meget følsomme over for ændringer i det anvendte tryk, så alle kogepunkter skal rapporteres med det målte tryk. En forbindelses "normale kogepunkt" henviser til dens kogepunkt ved et tryk på 760 mm Hg.
En forbindelses kogepunkt er en fysisk konstant ligesom smeltepunktet, og det kan derfor bruges til at understøtte identifikationen af en forbindelse. I modsætning til smeltepunkter bruges kogepunkter dog ikke generelt som et mål for renhed. Urene væsker koger over en række temperaturer (på samme måde som smeltepunkter har bredde), men temperaturspændet korrelerer ikke godt med renheden. Derfor bruges måling af en forbindelses kogepunkt primært til at understøtte dens identifikation.
Et eksperimentelt kogepunkt sammenlignes ofte med litteraturens kogepunkt, som typisk rapporteres for 1 atmosfæres tryk. Hvis et kogepunkt bestemmes ved et tryk, der er væsentligt forskelligt fra 1 atmosfære, skal trykket korrigeres. En generel tommelfingerregel er, at for tryk inden for 10 % af en atmosfære vil et fald i trykket på 10 mm Hg give et fald i kogepunktet på 0,3-0,5 °C. En anden tommelfingerregel er, at for hver halvering af trykket falder kogepunktet med ca. 10 °C.
Der findes en række forskellige metoder til at bestemme en prøves kogepunkt, herunder destillation, tilbagesvaling og ved hjælp af et Thiele-rør. Den mest ligetil metode bruger et Thiele-rør og har den fordel, at der bruges mindre end 0,5 ml materiale.
Destillationsmetode
Der findes enklere metoder end destillation til at måle et stofs kogepunkt, og det anbefales at udforske andre muligheder (f.eks. Thiele-rør), hvis dette er det eneste mål. Men hvis materialerne er begrænsede, eller hvis der alligevel er planlagt en oprensning, kan en destillation bruges til at bestemme en forbindelses kogepunkt.
En simpel destillation er tilstrækkelig i de fleste situationer (fig. 1), og der skal bruges mindst 5 mL prøve i destillationskolben sammen med et par kogesten eller en rørepind. Når hovedparten af materialet destilleres, svarer den højeste temperatur, der noteres på termometeret, til kogepunktet. En stor fejlkilde ved denne metode er at registrere en for lav temperatur, før de varme dampe gennemtrænger termometerpæren helt. Sørg for at overvåge termometeret med jævne mellemrum, især når destillationen er aktiv. Registrer det barometriske tryk sammen med kogepunktet.
En simpel destillation er tilstrækkelig i de fleste situationer (fig. 1), og der skal bruges mindst 5 mL prøve i destillationskolben sammen med et par kogesten eller en rørepind. Når hovedparten af materialet destilleres, svarer den højeste temperatur, der noteres på termometeret, til kogepunktet. En stor fejlkilde ved denne metode er at registrere en for lav temperatur, før de varme dampe gennemtrænger termometerpæren helt. Sørg for at overvåge termometeret med jævne mellemrum, især når destillationen er aktiv. Registrer det barometriske tryk sammen med kogepunktet.
Reflux-metoden
En refluksopsætning kan også bruges til at bestemme en forbindelses kogepunkt. Reflux er, når en væske aktivt koger og kondenserer, og den kondenserede væske vender tilbage til den oprindelige kolbe. Det svarer tilen destillationsopstilling, hvor den største forskel er den lodrette placering af kondensatoren.
Fig. 2: a) Reflux-opsætning, b) Indsættelse af digitalt termometer i kondensator, c) Termometerets placering, d) Afkøling af opsætningen
Hvis materialerne er tilgængelige, er den bedste tilbagesvalingsopsætning til denne anvendelse vist i Fig. 2b og bruger en mikroskalakondensator og et digitalt term ometer. Opsætningen bruger 5 mL væske og et par kogesten eller en rørepind. Kondensatoren er fastgjort til den rundbundede kolbe, hvor den nederste vandslange er forbundet til vandhanen, og den øverste vandslange løber ud i vasken. Det er vigtigt at kontrollere, at forbindelsen mellem kolben og kondensatoren sidder godt fast. Væsken bringes i kog på et sandbad, og termometeret placeres lavt i apparatet (fig. 2c), så den nederste tomme er mellem den kogende væske og bunden af kondensatoren. I denne position kan termometeret måle de varme dampe nøjagtigt, og temperaturen vil stabilisere sig ved forbindelsens kogepunkt.
Noter barometertrykket sammen med kogepunktet.
Selvom det kan virke fornuftigt at stikke termometeret direkte ned i den kogende væske, er det muligt, at væsken er overophedet eller varmere end kogepunktet. Når kogepunktet er bestemt, skal kolben tages op af sandbadet (fig. 2d) for at køle af, og kondensatoren skal holdes i gang, indtil kolben kun er varm at røre ved. På dette tidspunkt kan opstillingen skilles ad.
Hvis man ikke har en mikroskalakondensator til rådighed , kan man også bruge en alternativ tilbagesvalingsmetode, som vist i fig. 3. Ca. 5 ml prøve anbringes i et mellemstort reagensglas (18 x 150 mm) med termometeret fastspændt indeni, så det ikke rører ved glassets sider. Apparatet opvarmes forsigtigt på et sandbad, så tilbagesvalingen sker kontrolleret, og der ikke slipper dampe ud af røret. Temperaturen under tilbagesvalingen vil efterhånden stabilisere sig (det tager lidt tid), og den højeste temperatur, der noteres, svarer til forbindelsens kogepunkt. Kogepunkterne målt med denne metode kan have betydelige fejl, hvis kogepunktet er meget lavt eller højt (<70 °C eller >150 °C), da lavtkogende forbindelser koger for let væk, og højtkogende forbindelser har tendens til at afkøle for let.
Noter barometertrykket sammen med kogepunktet.
Selvom det kan virke fornuftigt at stikke termometeret direkte ned i den kogende væske, er det muligt, at væsken er overophedet eller varmere end kogepunktet. Når kogepunktet er bestemt, skal kolben tages op af sandbadet (fig. 2d) for at køle af, og kondensatoren skal holdes i gang, indtil kolben kun er varm at røre ved. På dette tidspunkt kan opstillingen skilles ad.
Hvis man ikke har en mikroskalakondensator til rådighed , kan man også bruge en alternativ tilbagesvalingsmetode, som vist i fig. 3. Ca. 5 ml prøve anbringes i et mellemstort reagensglas (18 x 150 mm) med termometeret fastspændt indeni, så det ikke rører ved glassets sider. Apparatet opvarmes forsigtigt på et sandbad, så tilbagesvalingen sker kontrolleret, og der ikke slipper dampe ud af røret. Temperaturen under tilbagesvalingen vil efterhånden stabilisere sig (det tager lidt tid), og den højeste temperatur, der noteres, svarer til forbindelsens kogepunkt. Kogepunkterne målt med denne metode kan have betydelige fejl, hvis kogepunktet er meget lavt eller højt (<70 °C eller >150 °C), da lavtkogende forbindelser koger for let væk, og højtkogende forbindelser har tendens til at afkøle for let.
Thiele-rør-metoden
Thiele-rørets teoriThiele-rørmetoden er en af de enkleste metoder til at bestemme en forbindelses kogepunkt og har den fordel, at der bruges små mængder materiale (mindre end 0,5 mL prøve). Prøven anbringes i et lille rør sammen med et omvendt kapillarrør. Opsætningen er fastgjort til et termometer (fig. 5) og opvarmet i et Thiele-rør (fig. 4) til lidt højere end forbindelsens kogepunkt (hvilket fremgår af en kontinuerlig strøm af bobler, der kommer ud af kapillarrøret). Røret får derefter lov til at køle af, og i det øjeblik, der trækkes væske ind i kapillarrøret, er temperaturen forbindelsens kogepunkt.
Fig. 4: Thieles rørapparat
Denne metode udnytter definitionen af kogepunkt: den temperatur, hvor forbindelsens damptryk er lig med det anvendte (atmosfæriske) tryk. Det omvendte kapillarrør fungerer som et reservoir, der indfanger forbindelsens dampe. Når apparatet opvarmes, udvider den luft, der oprindeligt var fanget i kapillarrøret, sig og får bobler til at komme ud af røret (fig. 5 b). Ved yderligere opvarmning vil stoffets dampe til sidst fortrænge al den indesluttede luft, og det er derfor, der tilføres varme, indtil der er en kontinuerlig strøm af bobler.
Når apparatet afkøles, vil trykket inde i kapillarrøret (udelukkende på grund af stoffets dampe) til sidst svare til det atmosfæriske tryk, og på det tidspunkt vil boblerne blive langsommere, og der vil blive trukket væske ind i røret. Dentemperatur, hvor dette begynder, er forbindelsens kogepunkt (fig. 5 d).
Når apparatet afkøles, vil trykket inde i kapillarrøret (udelukkende på grund af stoffets dampe) til sidst svare til det atmosfæriske tryk, og på det tidspunkt vil boblerne blive langsommere, og der vil blive trukket væske ind i røret. Dentemperatur, hvor dette begynder, er forbindelsens kogepunkt (fig. 5 d).
Fig.5: Bestemmelse af kogepunkt: a) Indledende opsætning, b) Efter opvarmning til kogepunktet, c) Afkøling, d) Væske er lige kommet ind i kapillarrøret (temperaturen er kogepunktet), e) Væske er inde i kapillarrøret (temperaturen er lavere end kogepunktet).
Procedure med Thiele-rør
Fig. 6: a) Thiele-rør med pil, der angiver minimumshøjden af olie, b) Rør fastgjort til termometeret med en elastik, c) Tilsætning af prøve, d) Indsættelse af kapillarrøret
- Få fat i et Thiele-rør, og spænd det fast på et ringstativ i stinkskabet (fig. 6a). Røret er normalt fyldt med klar mineralolie, men det kan være blevet mørkere på grund af oxidation eller spildte forbindelser. Hvis olien er ret mørk, skal den udskiftes. Olienskal fyldes til mindst 1 cm over den øverste trekantede arm (et passende olieniveau er angivet i fig. 6a), oghvis det er for lavt, vil olien ikke cirkulere som nødvendigt (fig. 7c).
- Sæt et termometer i en gummiprop med et hul og en slids i den ene side. Sæt et lille glasglas ("Durham tube" eller 6 x 50 mm dyrkningsrør) fast på termometeret med en lille elastik (fig. 6b). Bunden af hætteglasset skal flugte med bunden af termometeret.
- Fyld hætteglasset ca. halvt op med prøve, hvilket kræver mellem 0,25-0,5 mL prøve (fig. 6c).
- Indsæt et kapillarrør i prøven (den samme type, som bruges til smeltepunkter) med den åbne ende nedad og den forseglede ende opad(fig.6d).
A-D: Sekvens, der viser indsættelse og opvarmning af kapillarrør med termometer inde i Thiele-røret.
Fig. 7: a) Indsættelse af enheden i Thiele-røret, b) Gummibåndet er over olien, c) Opvarmning, d) Kraftig bobling af prøven.
- Anbring gummiproppen og termometersamlingen i Thiele-røret, og juster højden, så prøven er midtvejs (hvis det er muligt) inde i røret (fig. 7a). Gummibåndet skal være højere end toppen af mineralolien (fig.7b), idet man skal være opmærksom på, at olien kan udvide sig noget under opvarmningen. Termometeret må ikke røre glassets sider, og hvis det gør, skal det spændes fast på en sådan måde, at det ikke længere rører.
- Opvarm olien forsigtigt på Thiele-rørets sidearm med en mikrobrænder, hvis en sådan findes, eller en bunsenbrænder ved at bevæge den frem og tilbage (fig. 7c). Når olien varmes op og bliver mindre tæt, vil den stige og bevæge sig op ad den trekantede del af røret. Den køligere, tættere olie vil synke og derved skabe en strøm som vist i fig. 7c). Denne metode er en fremragende måde til indirekte og langsom opvarmning af prøven.
- Selvom der ikke bør ses bobler i Thiele-røret, når det opvarmes, ses de ofte, hvis røret tidligere er blevet brugt til kogepunktsbestemmelser. Ved denne metode går elastikken af og til i stykker, så prøven falder ned i olien og forurener den. Hvis olien ikke skiftes efterfølgende, kan prøven koge, når den opvarmes i røret. Det erokay at fortsætte med at opvarme et Thiele-rør, hvis der ses bobler.
- Undersøgelser af denne metode har vist, at det er bedst at opvarme olien forsigtigt og kontinuerligt, da stop og start har forringet resultaterne.
- Fortsæt opvarmningen, indtil der kommer en kraftig strøm af bobler ud af spidsen af kapillarrøret (fig. 7d), så de enkelte bobler næsten ikke kan skelnes fra hinanden. Formålet med dette trin er at uddrive den luft, der oprindeligt var i kapillarrøret, og erstatte den med prøvens damp. Opvarm ikke så kraftigt, at hele prøven koger væk. Når der kommer kraftige bobler ud af kapillarrøret, er damptrykket inde i røret større end det atmosfæriske tryk (olien har en højere temperatur end kogepunktet).
- Sluk for brænderen, og lad apparatet køle af. Boblerne bliver langsommere og stopper til sidst. På et tidspunkt vil damptrykket inde i kapillarrøret være lig med det atmosfæriske tryk, og der vil blive trukket væske ind i røret. Kogepunktet skal registreres som den temperatur, hvor væsken lige begynder at komme ind i kapillarrøret (fig. 8b).
Fig. 8: Time-lapse indtrængning af væske i kapillarrøret. Kogepunktet skal registreres som temperaturen ved b)
- Registrer det atmosfæriske tryk sammen med kogepunktet.
Video-manual til bestemmelse af kogepunkt
Last edited: