Einführung
In diesem Thema finden Sie eine Methode zur Bestimmung des Siedepunkts, die zur Beurteilung von Flüssigreagenzien verwendet werden kann. Wenn Sie ein fremdes Flüssigreagenz erhalten, können Sie den Siedepunkt messen und Ihr Ergebnis mit den Literaturdaten der gewählten Verbindung vergleichen.
Der Siedepunkt einer Verbindung ist die Temperatur, bei der der Phasenwechsel zwischen Flüssigkeit und Gas stattfindet. Technisch ausgedrückt ist dies der Zeitpunkt, an dem der Dampfdruck einer Flüssigkeit gleich dem anliegenden Druck ist (in der Regel der atmosphärische Druck). Siedepunkte reagieren sehr empfindlich auf Änderungen des angewandten Drucks, daher sollten alle Siedepunkte mit dem gemessenen Druck angegeben werden. Der "normale Siedepunkt" einer Verbindung bezieht sich auf ihren Siedepunkt bei einem Druck von 760 mm Hg.
Der Siedepunkt einer Verbindung ist eine physikalische Konstante, genau wie der Schmelzpunkt, und kann daher zur Identifizierung einer Verbindung verwendet werden. Im Gegensatz zum Schmelzpunkt wird der Siedepunkt jedoch im Allgemeinen nicht als Maß für die Reinheit verwendet. Unreine Flüssigkeiten sieden zwar über einen bestimmten Temperaturbereich (ähnlich wie Schmelzpunkte eine große Bandbreite haben), aber die Temperaturspanne korreliert nicht gut mit der Reinheit. Daher wird die Messung des Siedepunkts einer Verbindung hauptsächlich zur Unterstützung ihrer Identifizierung verwendet.
Ein experimentell ermittelter Siedepunkt wird häufig mit dem in der Literatur angegebenen Siedepunkt verglichen, der in der Regel für 1 Atmosphäre Druck angegeben wird. Wenn ein Siedepunkt bei einem Druck bestimmt wird, der deutlich von 1 Atmosphäre abweicht, sollte der Druck korrigiert werden. Eine allgemeine Faustregel besagt, dass bei einem Druck, der nicht mehr als 10 % von einer Atmosphäre abweicht, ein Druckabfall von 10 mm Hg einen Abfall des Siedepunkts um 0,3-0,5 °C bewirkt. Eine andere Faustregel besagt, dass der Siedepunkt bei jeder Halbierung des Drucks um etwa 10 °C sinkt.
Es gibt eine Reihe von Methoden, mit denen der Siedepunkt einer Probe bestimmt werden kann, darunter Destillation, Rückfluss und die Verwendung eines Thiele-Rohrs. Dieeinfachste Methode ist die Verwendung eines Thiele-Rohrs und hat den Vorteil, dass weniger als 0,5 ml Material benötigt werden.
Der Siedepunkt einer Verbindung ist die Temperatur, bei der der Phasenwechsel zwischen Flüssigkeit und Gas stattfindet. Technisch ausgedrückt ist dies der Zeitpunkt, an dem der Dampfdruck einer Flüssigkeit gleich dem anliegenden Druck ist (in der Regel der atmosphärische Druck). Siedepunkte reagieren sehr empfindlich auf Änderungen des angewandten Drucks, daher sollten alle Siedepunkte mit dem gemessenen Druck angegeben werden. Der "normale Siedepunkt" einer Verbindung bezieht sich auf ihren Siedepunkt bei einem Druck von 760 mm Hg.
Der Siedepunkt einer Verbindung ist eine physikalische Konstante, genau wie der Schmelzpunkt, und kann daher zur Identifizierung einer Verbindung verwendet werden. Im Gegensatz zum Schmelzpunkt wird der Siedepunkt jedoch im Allgemeinen nicht als Maß für die Reinheit verwendet. Unreine Flüssigkeiten sieden zwar über einen bestimmten Temperaturbereich (ähnlich wie Schmelzpunkte eine große Bandbreite haben), aber die Temperaturspanne korreliert nicht gut mit der Reinheit. Daher wird die Messung des Siedepunkts einer Verbindung hauptsächlich zur Unterstützung ihrer Identifizierung verwendet.
Ein experimentell ermittelter Siedepunkt wird häufig mit dem in der Literatur angegebenen Siedepunkt verglichen, der in der Regel für 1 Atmosphäre Druck angegeben wird. Wenn ein Siedepunkt bei einem Druck bestimmt wird, der deutlich von 1 Atmosphäre abweicht, sollte der Druck korrigiert werden. Eine allgemeine Faustregel besagt, dass bei einem Druck, der nicht mehr als 10 % von einer Atmosphäre abweicht, ein Druckabfall von 10 mm Hg einen Abfall des Siedepunkts um 0,3-0,5 °C bewirkt. Eine andere Faustregel besagt, dass der Siedepunkt bei jeder Halbierung des Drucks um etwa 10 °C sinkt.
Es gibt eine Reihe von Methoden, mit denen der Siedepunkt einer Probe bestimmt werden kann, darunter Destillation, Rückfluss und die Verwendung eines Thiele-Rohrs. Dieeinfachste Methode ist die Verwendung eines Thiele-Rohrs und hat den Vorteil, dass weniger als 0,5 ml Material benötigt werden.
Destillationsmethode
Es gibt einfachere Methoden als die Destillation, um den Siedepunkt einer Verbindung zu messen, und es wird empfohlen, andere Möglichkeiten (z. B. Thiele-Röhrchen) zu prüfen, wenn dies das einzige Ziel ist. Wenn jedoch nur begrenzte Materialien zur Verfügung stehen oder ohnehin eine Reinigung geplant ist, kann eine Destillation zur Bestimmung des Siedepunkts einer Verbindung verwendet werden.
Eine einfache Destillation sollte für die meisten Situationen ausreichen (Abb. 1), und es sollten mindestens 5 mL Probe im Destillierkolben zusammen mit einigen Siedepunkten oder einem Rührstab verwendet werden. Da der Großteil des Materials destilliert, entspricht die höchste auf dem Thermometer angezeigte Temperatur dem Siedepunkt. Eine große Fehlerquelle bei dieser Methode ist die Aufzeichnung einer zu niedrigen Temperatur, bevor die heißen Dämpfe den Thermometerkolben vollständig eintauchen. Achten Sie darauf, das Thermometer regelmäßig zu kontrollieren, insbesondere wenn die Destillation aktiv ist. Notieren Sie neben dem Siedepunkt auch den barometrischen Druck.
Eine einfache Destillation sollte für die meisten Situationen ausreichen (Abb. 1), und es sollten mindestens 5 mL Probe im Destillierkolben zusammen mit einigen Siedepunkten oder einem Rührstab verwendet werden. Da der Großteil des Materials destilliert, entspricht die höchste auf dem Thermometer angezeigte Temperatur dem Siedepunkt. Eine große Fehlerquelle bei dieser Methode ist die Aufzeichnung einer zu niedrigen Temperatur, bevor die heißen Dämpfe den Thermometerkolben vollständig eintauchen. Achten Sie darauf, das Thermometer regelmäßig zu kontrollieren, insbesondere wenn die Destillation aktiv ist. Notieren Sie neben dem Siedepunkt auch den barometrischen Druck.
Rückfluss-Methode
Zur Bestimmung des Siedepunkts einer Verbindung kann auch ein Rückflussapparat verwendet werden. Rückfluss bedeutet, dass eine Flüssigkeit aktiv siedet und kondensiert, wobei die kondensierte Flüssigkeit in den ursprünglichen Kolben zurückfließt. Er ist analog zu einem Destillationsaufbau, mit dem Hauptunterschied, dass der Kühler vertikal angeordnet ist.
Abb. 2: a) Rückflussanordnung, b) Einsetzen des Digitalthermometers in den Kühler, c) Position des Thermometers, d) Kühlen der Anordnung
Diebeste Rückflussanordnung für diese Anwendung ist in Abb. 2b dargestellt und verwendet einen mikroskaligen Kühler und ein digitales Thermometer. Für den Aufbau werden 5 mL Flüssigkeit und einige Siedepunkte oder Rührstäbe benötigt. Der Kühler wird am Rundkolben befestigt, wobei der untere Wasserschlauch an den Wasserhahn angeschlossen wird und der obere Wasserschlauch in die Spüle abläuft. Es ist darauf zu achten, dass das Verbindungsstück zwischen Kolben und Kühler sicher befestigt ist. Die Flüssigkeit wird auf einem Sandbad zum Sieden gebracht, und das Thermometer wird so tief in die Apparatur gestellt (Abb. 2c), dass sich der untere Zoll zwischen der siedenden Flüssigkeit und dem Boden des Kondensators befindet. In dieser Position kann das Thermometer die heißen Dämpfe genau messen, und die Temperatur stabilisiert sich beim Siedepunkt der Verbindung.
Notieren Sie den Luftdruck zusammen mit dem Siedepunkt.
Auch wenn es ratsam erscheint, das Thermometer direkt in die siedende Flüssigkeit zu tauchen, ist es möglich, dass die Flüssigkeit überhitzt oder heißer als ihr Siedepunkt ist. Nach der Bestimmung des Siedepunkts sollte der Kolben aus dem Sandbad gehoben werden (Abb. 2d), um abzukühlen, und der Kühler sollte weiterlaufen, bis sich der Kolben nur noch warm anfühlt. An diesem Punkt kann der Aufbau abgebaut werden.
Steht kein mikroskaliger Kühler zur Verfügung, kann auch eine alternative Rückflussmethode verwendet werden, wie in Abb. 3 gezeigt. Etwa 5 mL der Probe werden in ein mittelgroßes Reagenzglas (18 x 150 mm) gegeben, in das das Thermometer so eingespannt wird, dass es die Seiten des Glases nicht berührt. Die Apparatur wird vorsichtig auf einem Sandbad erhitzt, so dass der Rückfluss kontrolliert erfolgt und keine Dämpfe aus dem Röhrchen entweichen. Die Temperatur während des Rückflusses stabilisiert sich schließlich (dies dauert einige Zeit), und die höchste notierte Temperatur entspricht dem Siedepunkt der Verbindung. Die mit dieser Methode gemessenen Siedepunkte können erhebliche Fehler aufweisen, wenn der Siedepunkt sehr niedrig oder hoch ist (<70 °C oder >150 °C), da niedrig siedende Verbindungen zu leicht verdampfen und hoch siedende Verbindungen dazu neigen, zu leicht abzukühlen.
Notieren Sie den Luftdruck zusammen mit dem Siedepunkt.
Auch wenn es ratsam erscheint, das Thermometer direkt in die siedende Flüssigkeit zu tauchen, ist es möglich, dass die Flüssigkeit überhitzt oder heißer als ihr Siedepunkt ist. Nach der Bestimmung des Siedepunkts sollte der Kolben aus dem Sandbad gehoben werden (Abb. 2d), um abzukühlen, und der Kühler sollte weiterlaufen, bis sich der Kolben nur noch warm anfühlt. An diesem Punkt kann der Aufbau abgebaut werden.
Steht kein mikroskaliger Kühler zur Verfügung, kann auch eine alternative Rückflussmethode verwendet werden, wie in Abb. 3 gezeigt. Etwa 5 mL der Probe werden in ein mittelgroßes Reagenzglas (18 x 150 mm) gegeben, in das das Thermometer so eingespannt wird, dass es die Seiten des Glases nicht berührt. Die Apparatur wird vorsichtig auf einem Sandbad erhitzt, so dass der Rückfluss kontrolliert erfolgt und keine Dämpfe aus dem Röhrchen entweichen. Die Temperatur während des Rückflusses stabilisiert sich schließlich (dies dauert einige Zeit), und die höchste notierte Temperatur entspricht dem Siedepunkt der Verbindung. Die mit dieser Methode gemessenen Siedepunkte können erhebliche Fehler aufweisen, wenn der Siedepunkt sehr niedrig oder hoch ist (<70 °C oder >150 °C), da niedrig siedende Verbindungen zu leicht verdampfen und hoch siedende Verbindungen dazu neigen, zu leicht abzukühlen.
Thiele-Röhrchen-Methode
Thiele-Röhrchen-TheorieDie Thiele-Röhrchen-Methode ist eine der einfachsten Methoden zur Bestimmung des Siedepunkts einer Verbindung und hat den Vorteil, dass sie mit geringen Mengen an Material auskommt (weniger als 0,5 mL Probe). Die Probe wird in ein kleines Röhrchen zusammen mit einem umgedrehten Kapillarrohr gegeben. Die Anordnung wird an einem Thermometer (Abb. 5) befestigt und in einem Thiele-Rohr (Abb. 4) auf einen Wert knapp über dem Siedepunkt der Verbindung erhitzt (was durch einen kontinuierlichen Strom von Blasen aus dem Kapillarrohr angezeigt wird). Anschließend lässt man das Rohr abkühlen, und in dem Moment, in dem Flüssigkeit in das Kapillarrohr gesaugt wird, ist die Temperatur der Siedepunkt der Verbindung.
Abb. 4: Thiele-Röhrenapparat
Bei dieser Methode wird die Definition des Siedepunkts verwendet: die Temperatur, bei der der Dampfdruck der Verbindung gleich dem angelegten (atmosphärischen) Druck ist. Das umgedrehte Kapillarrohr dient als Reservoir, in dem die Dämpfe der Verbindung eingeschlossen werden. Beim Erhitzen der Apparatur dehnt sich die zunächst im Kapillarrohr eingeschlossene Luft aus und lässt Blasen aus dem Rohr austreten (Abb. 5 b). Bei weiterer Erwärmung verdrängen die Dämpfe der Verbindung schließlich die gesamte eingeschlossene Luft, weshalb so lange Wärme zugeführt wird, bis ein kontinuierlicher Strom von Blasen entsteht.
Wenn die Apparatur abgekühlt wird, entspricht der Druck im Inneren des Kapillarrohrs (allein aufgrund der Dämpfe der Verbindung) schließlich dem atmosphärischen Druck, so dass die Blasen langsamer werden und Flüssigkeit in das Rohr gezogen wird. Die Temperatur, bei der dies beginnt, ist der Siedepunkt der Verbindung (Abb. 5 d).
Wenn die Apparatur abgekühlt wird, entspricht der Druck im Inneren des Kapillarrohrs (allein aufgrund der Dämpfe der Verbindung) schließlich dem atmosphärischen Druck, so dass die Blasen langsamer werden und Flüssigkeit in das Rohr gezogen wird. Die Temperatur, bei der dies beginnt, ist der Siedepunkt der Verbindung (Abb. 5 d).
Abb. 5: Bestimmung des Siedepunkts: a) Anfangsaufbau, b) nach dem Erhitzen über den Siedepunkt hinaus, c) Abkühlung, d) Flüssigkeit tritt gerade in das Kapillarrohr ein (Temperatur ist der Siedepunkt), e) Flüssigkeit befindet sich im Kapillarrohr (Temperatur ist niedriger als der Siedepunkt).
Thiele-Rohr-Verfahren
Abb. 6: a) Thiele-Rohr, mit Pfeil, der die Mindesthöhe des Öls anzeigt, b) Rohr mit Gummiband am Thermometer befestigt, c) Zugabe der Probe, d) Einsetzen des Kapillarrohrs
- Besorgen Sie sich ein Thiele-Röhrchen und klemmen Sie es an einen Ringständer im Abzug (Abb. 6a). Das Röhrchen ist normalerweise mit klarem Mineralöl gefüllt, kann aber durch Oxidation oder verschüttete Substanzen dunkel geworden sein. Wenn das Öl sehr dunkel ist, sollte es ausgetauscht werden. Das Öl sollte mindestens 1 cm über dem oberen dreieckigen Arm stehen (ein angemessener Ölstand ist in Abb. 6a angegeben); ist er zu niedrig, kann das Öl nicht wie erforderlich zirkulieren (Abb. 7c).
- Stecken Sie ein Thermometer in einen einlöchrigen Gummistopfen mit einem Schlitz an einer Seite. Befestigen Sie ein kleines Glasfläschchen ("Durham-Röhrchen" oder 6 x 50 mm Kulturröhrchen) mit einem kleinen Gummiband an dem Thermometer (Abb. 6b). Der Boden des Fläschchens sollte mit dem Boden des Thermometers bündig sein.
- Füllen Sie das Fläschchenetwa zur Hälfte mit der Probe, d. h. mit 0,25-0,5 mL (Abb. 6c).
- Führen Sieein Kapillarröhrchen in die Probe ein (der gleiche Typ, der für Schmelzpunkte verwendet wird), mit dem offenen Ende nach unten und dem verschlossenen Ende nach oben (Abb. 6d).
A-D: Sequenz, die das Einsetzen und Erhitzen des Kapillarröhrchens mit Thermometer im Thiele-Röhrchen zeigt.
Abb. 7: a) Einsetzen der Baugruppe in das Thiele-Röhrchen, b) Gummiband liegt über dem Öl, c) Erhitzen, d) Kräftiges Blubbern der Probe.
- Setzen Sie den Gummistopfen und das Thermometer in das Thiele-Rohr ein und stellen Sie die Höhe so ein, dass sich die Probe möglichst in der Mitte des Rohrs befindet (Abb. 7a). Das Gummiband sollte höher sein als die Oberseite des Mineralöls (Abb. 7b), wobei zu berücksichtigen ist, dass sich das Öl beim Erhitzen etwas ausdehnen kann. Das Thermometer sollte die Seiten des Glases nicht berühren, und falls doch, sollte es so eingespannt werden, dass es nicht mehr berührt wird.
- Erhitzen Sie das Öl vorsichtig am Seitenarm des Thiele-Rohrs mit einem Mikrobrenner (falls vorhanden) oder einem Bunsenbrenner, indem Sie es hin und her bewegen (Abb. 7c). Wenn sich das Öl erwärmt und an Dichte verliert, steigt es auf und wandert den dreieckigen Teil des Rohrs hinauf. Das kühlere, dichtere Öl sinkt ab und erzeugt so eine Strömung, wie in Abb. 7c) gezeigt. Diese Methode eignet sich hervorragend, um die Probe indirekt und langsam zu erwärmen.
- Obwohl im Thiele-Röhrchen bei der Erwärmung keine Blasen zu sehen sein sollten, sind sie häufig zu sehen, wenn das Röhrchen zuvor für Siedepunktbestimmungen verwendet wurde. Bei dieser Methode reißt gelegentlich das Gummiband, wodurch die Probe in das Öl fällt und dieses verunreinigt. Wenn das Öl anschließend nicht gewechselt wird, kann die Probe beim Erhitzen im Röhrchen sieden. Es istin Ordnung, ein Thiele-Röhrchen weiter zu erhitzen, wenn Blasen zu sehen sind.
- Studien zu dieser Methode haben ergeben, dass es am besten ist, das Öl sanft und kontinuierlich zu erhitzen, da das Anhalten und Starten die Ergebnisse beeinträchtigt hat.
- Fahren Sie mit dem Erhitzen fort, bis ein kräftiger Blasenstrom aus der Spitze des Kapillarrohrs austritt (Abb. 7d), so dass einzelne Blasen kaum noch zu erkennen sind. Dieser Schritt dient dazu, die ursprünglich im Kapillarrohr vorhandene Luft zu verdrängen und sie durch den Dampf der Probe zu ersetzen. Erhitzen Sie nicht so stark, dass die gesamte Probe wegkocht. Wenn Blasen aus dem Kapillarrohr aufsteigen, ist der Dampfdruck im Rohr größer als der atmosphärische Druck (das Öl hat eine höhere Temperatur als den Siedepunkt).
- Schalten Sie den Brenner aus und lassen Sie das Gerät abkühlen. Die Blasen werden langsamer und hören schließlich auf. Irgendwann ist der Dampfdruck im Kapillarrohr gleich dem Atmosphärendruck und Flüssigkeit wird in das Rohr gesaugt. Der Siedepunkt sollte als die Temperatur aufgezeichnet werden, bei der die Flüssigkeit gerade beginnt, in das Kapillarrohr einzutreten (Abb. 8b).
Abb. 8: Eintritt der Flüssigkeit in das Kapillarrohr im Zeitraffer. DerSiedepunkt sollte als die Temperatur bei b) aufgezeichnet werden.
- Notieren Sieden atmosphärischen Druck zusammen mit dem Siedepunkt.
Videoanleitung zur Siedepunktbestimmung
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