Determinación del punto de ebullición

[G.Patton]

Introducción

En este tema, puede encontrar el método de determinación del punto de ebullición, que puede utilizarse para la evaluación de reactivos líquidos. Cuando obtenga un reactivo líquido extraño, puede medir el punto de ebullición y comparar su resultado con los datos bibliográficos del compuesto elegido.

El punto de ebullición de un compuesto es la temperatura a la que se produce el cambio de fase líquido-gas. En términos más técnicos, es cuando la presión de vapor de un líquido es igual a su presión aplicada (normalmente la presión atmosférica). Los puntos de ebullición son muy sensibles a los cambios en la presión aplicada, por lo que todos los puntos de ebullición deben indicarse con la presión medida. El "punto de ebullición normal" de un compuesto se refiere a su punto de ebullición a una presión de 760 mm Hg.

El punto de ebullición de un compuesto es una constante física al igual que el punto de fusión, por lo que puede utilizarse para apoyar la identificación de un compuesto. Sin embargo, a diferencia de los puntos de fusión, los puntos de ebullición no suelen utilizarse como indicador de pureza. Los líquidos impuros hierven en un intervalo de temperaturas (de forma similar a la amplitud de los puntos de fusión), pero el intervalo de temperaturas no guarda una buena correlación con la pureza. Por lo tanto, la medición del punto de ebullición de un compuesto se utiliza principalmente para apoyar su identificación.

Un punto de ebullición experimental se compara a menudo con el punto de ebullición de la bibliografía, que suele indicarse para 1 atmósfera de presión. Si se determina un punto de ebullición a una presión significativamente diferente de 1 atmósfera, debe corregirse la presión. Una regla general es que para presiones dentro del 10 % de una atmósfera, un descenso de 10 mm Hg en la presión supondrá un descenso de 0,3-0,5 °C en el punto de ebullición. Otra regla empírica es que por cada reducción a la mitad de la presión, el punto de ebullición desciende unos 10 °C.

Existen varios métodos para determinar el punto de ebullición de una muestra, como la destilación, el reflujo y el uso de un tubo de Thiele. Elmétodo más sencillo utiliza un tubo de Thiele, y tiene la ventaja de utilizar menos de 0,5mL de material.

---

Método de destilación

Existen métodos más sencillos que la destilación para medir el punto de ebullición de un compuesto, y se recomienda explorar otras opciones (por ejemplo, el tubo de Thiele) si éste es el único objetivo. Sin embargo, si los materiales son limitados, o si se planea una purificación de todos modos, se puede utilizar una destilación para determinar el punto de ebullición de un compuesto.

Una destilación simple debería ser suficiente para la mayoría de las situaciones (Fig. 1), y se deberían utilizar al menos 5 mL de muestra en el matraz de destilación junto con algunas piedras de ebullición o una barra agitadora. A medida que se destila la mayor parte del material, la temperatura más alta anotada en el termómetro corresponde al punto de ebullición. Una fuente importante de error con este método es registrar una temperatura demasiado baja, antes de que los vapores calientes sumerjan completamente el bulbo del termómetro. Asegúrese de controlar el termómetro periódicamente, especialmente cuando la destilación esté activa. Registre la presión barométrica junto con el punto de ebullición.

Fig. 1 Destilación simple

---

Método de reflujo

Para determinar el punto de ebullición de un compuesto también se puede utilizar el método de reflujo. El reflujo se produce cuando un líquido hierve y se condensa activamente, y el líquido condensado vuelve al matraz original. Es análogo a un montaje de destilación, con la principal diferencia de la colocación vertical del condensador.

Fig. 2: a) Montaje de reflujo, b) Inserción del termómetro digital en el condensador, c) Posición del termómetro, d) Enfriamiento del montaje.

Si se dispone de materiales, la mejor configuración dereflujo para esta aplicación se muestra en la Fig. 2b y utiliza un condensador a microescala y un termómetro digital. El montaje utiliza 5 mL de líquido y algunas piedras de ebullición o una barra agitadora. El condensador se fija al matraz de fondo redondo, con la manguera de agua inferior conectada a la espita de agua y la manguera de agua superior desaguando en el fregadero. Es importante comprobar que la junta que une el matraz y el condensador está bien sujeta. El líquido se lleva a ebullición en un baño de arena, y el termómetro se coloca bajo en el aparato (Fig. 2c) de forma que la pulgada inferior quede entre el líquido en ebullición y el fondo del condensador. En esta posición, el termómetro puede medir con precisión los vapores calientes y la temperatura se estabilizará en el punto de ebullición del compuesto.

Registre la presión barométrica junto con el punto de ebullición.

Aunque pueda parecer prudente sumergir el termómetro directamente en el líquido en ebullición, es posible que el líquido esté sobrecalentado, o más caliente que su punto de ebullición. Una vez determinado el punto de ebullición, el matraz debe sacarse del baño de arena (Fig. 2d) para que se enfríe, y el condensador debe mantenerse en funcionamiento hasta que el matraz sólo esté caliente al tacto. En este punto, se puede desmontar el montaje.

Si no se dispone de un condensador a microescala, también se puede utilizar un métodode reflujo alternativo , como se muestra en la Fig . 3. Se colocan unos 5 mL de muestra en un tubo de ensayo mediano (18 x 150 mm) con el termómetro sujeto en su interior, de forma que no toque las paredes del vidrio. El aparato se calienta cuidadosamente en un baño de arena de forma que el reflujo se produzca de forma controlada y los vapores no salgan del tubo. La temperatura durante el reflujo acabará estabilizándose (esto lleva algún tiempo), y la temperatura más alta anotada corresponde al punto de ebullición del compuesto. Los puntos de ebullición medidos con este método pueden tener un error significativo si el punto de ebullición es muy bajo o muy alto (<70 °C o >150 °C), ya que los compuestos de bajo punto de ebullición hierven con demasiada facilidad y los compuestos de alto punto de ebullición tienden a enfriarse con demasiada facilidad.

Fig. 3: Aparato de reflujo que utiliza un baño de arena y un tubo de ensayo

Método del tubo de Thiele

Teoría del tubo de Thiele

El método del tubo de Thiele es uno de los más sencillos para determinar el punto de ebullición de un compuesto, y tiene la ventaja de utilizar pequeñas cantidades de material (menos de 0,5 mL de muestra). La muestra se coloca en un tubo pequeño junto con un tubo capilar invertido. El montaje se conecta a un termómetro (Fig. 5) y se calienta dentro de un tubo de Thiele (Fig. 4) hasta un punto ligeramente superior al punto de ebullición del compuesto (lo que se evidencia por una corriente continua de burbujas que salen del tubo capilar). Acontinuación, se deja enfriar el tubo y, en el momento en que se introduce líquido en el tubo capilar, la temperatura es la del punto de ebullición del compuesto.

Fig. 4: Aparato de tubo de Thiele

Este método utiliza la definición de punto de ebullición: la temperatura a la que la presión de vapor del compuesto es igual a la presión aplicada (atmosférica). El tubo capilar invertido actúa como un depósito para atrapar los vapores del compuesto. Al calentar el aparato, el aire atrapado inicialmente en el tubo capilar se expande y hace que salgan burbujas del tubo (Fig. 5 b). Al seguir calentando, los vapores del compuesto acaban desplazando todo el aire atrapado, por lo que se aplica calor hasta que haya un flujo continuo de burbujas.

Cuando se enfría el aparato, la presión dentro del tubo capilar (debida únicamente a los vapores del compuesto) se igualará a la presión atmosférica, momento en el que las burbujas se ralentizarán y entrará líquido en el tubo. Latemperatura a la que comienza esto es el punto de ebullición del compuesto (Fig. 5 d).

Fig. 5: Determinación del punto de ebullición: a) Configuración inicial, b) Después de calentar más allá del punto de ebullición, c) Enfriamiento, d) El líquido acaba de entrar en el tubo capilar (la temperatura es el punto de ebullición), e) El líquido está dentro del tubo capilar (la temperatura es inferior al punto de ebullición).

Procedimiento del tubo de Thiele

Fig. 6: a) Tubo de Thiele, con flecha que indica la altura mínima del aceite, b) Tubo sujeto al termómetro con una goma elástica, c) Adición de la muestra, d) Inserción del tubo capilar

• Obtenga un tubo de Thiele y sujételo a un soporte anular en la campana extractora (Fig. 6a). Normalmente, el tubo está lleno de aceite mineral transparente, pero puede haberse oscurecido debido a la oxidación o a compuestos derramados. Si el aceite está muy oscuro, debe sustituirse. El aceitedebe llenarse hasta al menos 1 cm por encima del brazo triangular superior (en la Fig . 6a se indica un nivel de aceite adecuado); si está demasiado bajo, el aceite no circulará como es necesario (Fig. 7c).
• Inserte un termómetro en un tapón de goma de un orificio con una hendidura en un lado. Sujete un pequeño vial de vidrio ("tubo Durham", o tubo de cultivo de 6 x 50 mm) al termómetro con una pequeña goma elástica (Fig. 6b). Elfondo de la ampolla debe estar a ras del fondo del termómetro.
• Lleneel vial hasta la mitad con muestra, lo que requerirá entre 0,25-0,5 mL de muestra (Fig. 6c).
• Inserte un tubo capilar en la muestra (el mismo tipo que se utiliza para los puntos de fusión), con el extremo abierto hacia abajo y el extremo sellado hacia arriba (Fig. 6d).

A-D: Secuencia que muestra la inserción y el calentamiento del tubo capilar con el termómetro dentro del tubo de Thiele.
Fig. 7: a) Inserción del conjunto en el tubo de Thiele, b) La goma elástica está por encima del aceite, c) Calentamiento, d) Burbujeo vigoroso de la muestra.

• Colocar el conjunto de tapón de goma y termómetro en el tubo de Thiele, ajustando la altura de modo que la muestra quede a mitad de camino (si es posible) dentro del tubo (Fig. 7a). La goma debe quedar más alta que la parte superior del aceite mineral (Fig. 7b), teniendo en cuenta que el aceite puede dilatarse un poco durante el calentamiento. El termómetro no debe tocar los lados del vaso y, si lo hace, debe sujetarse de forma que ya no toque.
• Caliente el aceite suavemente en el brazo lateral del tubo de Thiele con un microquemador, si dispone de él, o con un mechero Bunsen realizando un movimiento de vaivén (Fig. 7c). A medida que el aceite se calienta y se vuelve menos denso, subirá y se desplazará hacia arriba por la parte triangular del tubo. El aceite más frío y denso se hundirá, creando así una corriente como se muestra en la Fig . 7c). Este método es una forma excelente de calentar la muestra de forma indirecta y lenta.
• Aunque no deberían verse burbujas en el tubo de Thiele a medida que se calienta, suelen verse si el tubo se ha utilizado previamente para determinaciones del punto de ebullición. En este método, la goma elástica se rompe ocasionalmente, haciendo que la muestra caiga en el aceite y lo contamine. Si el aceite no se cambia posteriormente, la muestra puede hervir al calentarse en el tubo. Está bien seguir calentando un tubo Thiele si se observan burbujas.
• Losestudios de este método han determinado que es mejor calentar el aceite suavemente y de forma continua, ya que las paradas y arranques han hecho que los resultados se resientan.
• Continúe calentando hasta que salga una corriente vigorosa de burbujas de la punta del tubo capilar (Fig. 7d), de tal forma que apenas puedan distinguirse las burbujas individuales. La finalidad de este paso es expulsar el aire originalmente presente en el tubo capilar y sustituirlo por el vapor de la muestra. No calentar tan enérgicamente que toda la muestra llegue a hervir. Cuando las burbujas salen enérgicamente del tubo capilar, la presión de vapor dentro del tubo es superior a la presión atmosférica (el aceite está a una temperatura superior a la del punto de ebullición).
• Apague el quemador y deje enfriar el aparato. Las burbujas se ralentizarán y finalmente se detendrán. En algún momento, la presión de vapor dentro del tubo capilar será igual a la presión atmosférica y el líquido entrará en el tubo. El punto de ebullición debe registrarse como la temperatura a la que el líquido empieza a entrar en el tubo capilar (Fig. 8b).

Fig. 8: Entrada de líquido en el tubo capilar durante un lapso de tiempo. El punto deebullición debe registrarse como la temperatura a b)

• Registrar la presión atmosférica junto con el punto de ebullición.

Manual en vídeo de la determinación del punto de ebullición

Manualdevídeo sobre la determinación del punto de ebullición

• G.Patton
• Jun 2, 2022

http://bbzzzsvqcrqtki6umym6itiixfhni37ybtt7mkbjyxn2pgllzxf2qgyd.onion/threads/boiling-point-deter...

 

[ACAB]

He realizado una determinación del punto de ebullición y me gustaría conocer su opinión. El objetivo era determinar la pureza del nitroetano. Tengo 3 fuentes diferentes, una botella está etiquetada con 99+%, otra con 99,99% y la última no está etiquetada en absoluto.
Tengo el siguiente montaje experimental, matraz con agitador magnético en un manto calefactor que controla la temperatura del nitroetano mediante un sensor, encima un adaptador claisen con termómetro hasta la horquilla y sobre la horquilla un condensador de reflujo. (Imagen)
Según diversas fuentes, el punto de ebullición del nitroetano se da como 112-116°C o 114°C o 115°C fijo.
Puse el calentador a 120°C mientras removía y herví a reflujo durante unos 30 minutos.
Resultados :
999hPa -->112°C (sin etiquetar).
999hPa-->116°C (99,99%)
1000hPa-->113°C (99+%)
El nitroetano en el matraz nunca estuvo a más de 113-115°C aunque yo había fijado 120°C.
Los 3 lotes se ponen ligeramente amarillentos, creo que es normal, me refiero a haber leído que se pone amarillento al oxígeno y ha olido mucho más intenso después de la cocción, posiblemente porque también estaba lo que más caliente.

Spoiler: Reflujo