Sissejuhatus
Selles teemas leiate keemistemperatuuri määramise meetodi, mida saab kasutada vedelate reagentide hindamiseks. Kui te saate võõra vedela reagendi, saate mõõta keemistemperatuuri ja võrrelda oma tulemust valitud ühendi kirjanduse andmetega.
Ühendi keemistemperatuur on temperatuur, kus toimub vedeliku ja gaasi faasi vahetus. Tehnilisemalt öeldes on see siis, kui vedeliku aururõhk on võrdne selle rakendatud rõhuga (tavaliselt atmosfäärirõhk). Keemistemperatuur on väga tundlik rakendatud rõhu muutuste suhtes, seega tuleb kõik keemistemperatuurid esitada koos mõõdetud rõhuga. Ühendi "normaalne keemistemperatuur" on selle keemistemperatuur rõhu 760 mm Hg juures.
Ühendi keemistemperatuur on füüsikaline konstant, nagu ka sulamistemperatuur, ja seega saab seda kasutada ühendi identifitseerimiseks. Erinevalt sulamistemperatuurist ei kasutata keemistemperatuuri siiski üldiselt puhtuse mõõtjana. Ebapuhtad vedelikud keevad küll teatud temperatuurivahemikus (sarnaselt sellele, kuidas sulamispunktidel on laius), kuid temperatuurivahemik ei ole puhtusega hästi korrelatsioonis. Seega kasutatakse ühendi keemistemperatuuri mõõtmist peamiselt selle identifitseerimise toetamiseks.
Eksperimentaalset keemistemperatuuri võrreldakse sageli kirjanduse keemistemperatuuriga, mis on tavaliselt esitatud 1 atmosfääri rõhu kohta. Kui keemistemperatuur määratakse 1 atmosfäärist oluliselt erineva rõhu juures, tuleb rõhku korrigeerida. Üldine rusikareegel on, et rõhu puhul, mis jääb 10 % piiresse ühest atmosfäärist, tähendab 10 mm Hg rõhu langus 0,3-0,5 °C langust keemistemperatuuris. Teine rusikareegel on, et iga rõhu poole võrra väheneb keemistemperatuur umbes 10 °C võrra.
Proovi keemistemperatuuri määramiseks on mitmeid meetodeid, sealhulgas destilleerimine, tagasivool ja Thiele'i toru kasutamine. Kõige lihtsam meetod kasutab Thiele'i toru ja selle eeliseks on see, et selleks kulub vähem kui 0,5 ml materjali.
Ühendi keemistemperatuur on temperatuur, kus toimub vedeliku ja gaasi faasi vahetus. Tehnilisemalt öeldes on see siis, kui vedeliku aururõhk on võrdne selle rakendatud rõhuga (tavaliselt atmosfäärirõhk). Keemistemperatuur on väga tundlik rakendatud rõhu muutuste suhtes, seega tuleb kõik keemistemperatuurid esitada koos mõõdetud rõhuga. Ühendi "normaalne keemistemperatuur" on selle keemistemperatuur rõhu 760 mm Hg juures.
Ühendi keemistemperatuur on füüsikaline konstant, nagu ka sulamistemperatuur, ja seega saab seda kasutada ühendi identifitseerimiseks. Erinevalt sulamistemperatuurist ei kasutata keemistemperatuuri siiski üldiselt puhtuse mõõtjana. Ebapuhtad vedelikud keevad küll teatud temperatuurivahemikus (sarnaselt sellele, kuidas sulamispunktidel on laius), kuid temperatuurivahemik ei ole puhtusega hästi korrelatsioonis. Seega kasutatakse ühendi keemistemperatuuri mõõtmist peamiselt selle identifitseerimise toetamiseks.
Eksperimentaalset keemistemperatuuri võrreldakse sageli kirjanduse keemistemperatuuriga, mis on tavaliselt esitatud 1 atmosfääri rõhu kohta. Kui keemistemperatuur määratakse 1 atmosfäärist oluliselt erineva rõhu juures, tuleb rõhku korrigeerida. Üldine rusikareegel on, et rõhu puhul, mis jääb 10 % piiresse ühest atmosfäärist, tähendab 10 mm Hg rõhu langus 0,3-0,5 °C langust keemistemperatuuris. Teine rusikareegel on, et iga rõhu poole võrra väheneb keemistemperatuur umbes 10 °C võrra.
Proovi keemistemperatuuri määramiseks on mitmeid meetodeid, sealhulgas destilleerimine, tagasivool ja Thiele'i toru kasutamine. Kõige lihtsam meetod kasutab Thiele'i toru ja selle eeliseks on see, et selleks kulub vähem kui 0,5 ml materjali.
Destillatsioonimeetod
Ühendi keemistemperatuuri mõõtmisekson olemas lihtsamaid meetodeid kui destillatsioon ja kui see on ainus eesmärk, on soovitatav uurida teisi võimalusi (nt Thiele'i toru). Kui aga materjali on vähe või kui niikuinii on kavas puhastamine, võib ühendi keemistemperatuuri määramiseks kasutada destillatsiooni.
Enamikus olukordades peaks piisama lihtsast destillatsioonist (joonis 1), kusjuures destillatsioonikolbi tuleks panna vähemalt 5 ml proovi koos mõne keedukivi või segamispulgaga. Kuna suurem osa materjalist destilleerub, vastab termomeetril märgitud kõrgeim temperatuur keemistemperatuurile. Selle meetodi peamine vigade allikas on liiga madala temperatuuri registreerimine, enne kui kuumad aurud termomeetri kolvi täielikult sisse kastavad. Kindlasti tuleb termomeetrit korrapäraselt jälgida, eriti kui destilleerimine on aktiivne. Koos keemistemperatuuriga registreeritakse ka baromeetriline rõhk.
Enamikus olukordades peaks piisama lihtsast destillatsioonist (joonis 1), kusjuures destillatsioonikolbi tuleks panna vähemalt 5 ml proovi koos mõne keedukivi või segamispulgaga. Kuna suurem osa materjalist destilleerub, vastab termomeetril märgitud kõrgeim temperatuur keemistemperatuurile. Selle meetodi peamine vigade allikas on liiga madala temperatuuri registreerimine, enne kui kuumad aurud termomeetri kolvi täielikult sisse kastavad. Kindlasti tuleb termomeetrit korrapäraselt jälgida, eriti kui destilleerimine on aktiivne. Koos keemistemperatuuriga registreeritakse ka baromeetriline rõhk.
Tagasivoolumeetod
Ühendite keemistemperatuuride määramiseks võib kasutada ka refluksseadet. Refluks on siis, kui vedelik aktiivselt keeb ja kondenseerub, kusjuures kondenseerunud vedelik naaseb esialgsesse kolbi. Seeon analoogne destillatsiooniseadeldisega, mille peamine erinevus on kondensaatori vertikaalne paigutus.
Joonis 2: a) Refluksseadeldis, b) Digitaalse termomeetri asetamine kondensaatorisse, c) Termomeetri asend, d) Seadeldise jahutamine.
Kui materjalid on kättesaadavad, on parim tagasivoolu seadeldis selle rakenduse jaoks esitatud joonisel 2b ja selles kasutatakse mikroskaala kondensaatorit ja digitaalset termomeetrit. Seade kasutab 5 mL vedelikku ja mõned keedukivid või segamisvarras. Kondensaator on kinnitatud ümarpõhjalise kolvi külge, kusjuures alumine veevoolik on ühendatud veekraaniga ja ülemine veevoolik voolab kraanikaussi. Oluline on kontrollida, et kolbi ja kondensaatori ühenduskoht oleks kindlalt kinnitatud. Vedelik viiakse liivavannil keemiseni ja termomeeter asetatakse madalale seadmesse (joonis 2c) nii, et alumine tollipunkt jääb keeva vedeliku ja kondensaatori põhja vahele. Sellises asendis saab termomeeter täpselt mõõta kuuma auru ja temperatuur stabiliseerub ühendi keemistemperatuuril.
Koos keemistemperatuuriga registreeritakse ka baromeetriline rõhk.
Kuigi võib tunduda mõistlik sukeldada termomeeter otse keeva vedeliku sisse, on võimalik, et vedelik on ülekuumenenud ehk keemistemperatuurist kuumem. Pärast keemistemperatuuri määramist tuleb kolb liivavannilt (joonis 2d) välja tõsta jahtuma ja hoida kondensaatorit käimas, kuni kolb on vaid puudutamisel soe. Sel hetkel võib seadeldise demonteerida.
Kui mikroskoopiline kondensaator ei ole kättesaadav, võib kasutada ka alternatiivset tagasivoolumeetodit, nagu on näidatud joonisel 3. Umbes 5 ml proovi pannakse keskmise suurusega katseklaasi (18 x 150 mm), mille sees on termomeeter kinni, nii et see ei puutu klaasi külgedega kokku. Seadet kuumutatakse ettevaatlikult liivavannil nii, et tagasivool toimuks kontrollitavalt ja aurud ei pääseks torust välja. Tagasivoolutemperatuur stabiliseerub lõpuks (see võtab aega) ja täheldatud kõrgeim temperatuur vastab ühendi keemistemperatuurile. Selle meetodiga mõõdetud keemistemperatuurid võivad olla märkimisväärselt vigased, kui keemistemperatuur on väga madal või kõrge (<70 °C või >150 °C), sest madalalt keevad ühendid keevad liiga kergesti ära ja kõrge keemistemperatuuriga ühendid kipuvad liiga kergesti jahtuma.
Koos keemistemperatuuriga registreeritakse ka baromeetriline rõhk.
Kuigi võib tunduda mõistlik sukeldada termomeeter otse keeva vedeliku sisse, on võimalik, et vedelik on ülekuumenenud ehk keemistemperatuurist kuumem. Pärast keemistemperatuuri määramist tuleb kolb liivavannilt (joonis 2d) välja tõsta jahtuma ja hoida kondensaatorit käimas, kuni kolb on vaid puudutamisel soe. Sel hetkel võib seadeldise demonteerida.
Kui mikroskoopiline kondensaator ei ole kättesaadav, võib kasutada ka alternatiivset tagasivoolumeetodit, nagu on näidatud joonisel 3. Umbes 5 ml proovi pannakse keskmise suurusega katseklaasi (18 x 150 mm), mille sees on termomeeter kinni, nii et see ei puutu klaasi külgedega kokku. Seadet kuumutatakse ettevaatlikult liivavannil nii, et tagasivool toimuks kontrollitavalt ja aurud ei pääseks torust välja. Tagasivoolutemperatuur stabiliseerub lõpuks (see võtab aega) ja täheldatud kõrgeim temperatuur vastab ühendi keemistemperatuurile. Selle meetodiga mõõdetud keemistemperatuurid võivad olla märkimisväärselt vigased, kui keemistemperatuur on väga madal või kõrge (<70 °C või >150 °C), sest madalalt keevad ühendid keevad liiga kergesti ära ja kõrge keemistemperatuuriga ühendid kipuvad liiga kergesti jahtuma.
Thiele'i katseklaasi meetod
Thiele'i toru teooriaThiele katseklaasi meetod on üks lihtsamaid meetodeid ühendi keemistemperatuuri määramiseks ning selle eeliseks on väikeste materjalikoguste kasutamine (vähem kui 0,5 ml proovi). Proov pannakse väikesesse torusse koos ümberpööratud kapillaartoruga. Seade kinnitatakse termomeetrile (joonis 5) ja kuumutatakse Thiele'i toru (joonis 4) sees veidi kõrgemale kui ühendi keemistemperatuur (mida näitab kapillaartorust väljuv pidev mullide voog). Seejärel lastakse torul jahtuda ja hetkel, mil kapillaartorusse tõmmatakse vedelik, on temperatuur ühendite keemistemperatuur.
Joonis 4: Thiele'i toruaparaat
Selle meetodi puhul kasutatakse keemistemperatuuri määratlust: temperatuur, mille puhul ühendi aururõhk on võrdne rakendatud (atmosfääri)rõhuga. Ümberpööratud kapillaartoru toimib reservuaarina, mis püüab ühendi auru kinni. Kui seadet kuumutatakse, paisub kapillaartorusse algselt suletud õhk ja põhjustab mullide väljumise torust (joonis 5 b). Edasisel kuumutamisel tõrjuvad ühendi aurud lõpuks kogu lõksu jäänud õhu välja, mistõttu kuumutatakse, kuni tekib pidev mullivool.
Kui aparaati jahutatakse, jõuab rõhk kapillaartorus (üksnes ühendi aurude tõttu) lõpuks atmosfäärirõhuni, misjärel mullid aeglustuvad ja toru tõmbab vedelikku. Temperatuur, kus see algab, on ühendi keemistemperatuur (joonis 5 d).
Kui aparaati jahutatakse, jõuab rõhk kapillaartorus (üksnes ühendi aurude tõttu) lõpuks atmosfäärirõhuni, misjärel mullid aeglustuvad ja toru tõmbab vedelikku. Temperatuur, kus see algab, on ühendi keemistemperatuur (joonis 5 d).
Joonis 5. Keemistemperatuuri määramine: a) algseadistus, b) pärast kuumutamist üle keemistemperatuuri, c) jahutamine, d) vedelik siseneb just kapillaartorusse (temperatuur on keemistemperatuur), e) vedelik on kapillaartorus (temperatuur on madalam kui keemistemperatuur).
Thiele'i toru menetlus
Joonis 6: a) Thiele'i toru, nool näitab õli minimaalset kõrgust, b) toru kinnitatakse termomeetri külge kummiga, c) proovi lisamine, d) kapillaartoru sisestamine.
- Hankige Thiele'i toru ja kinnitage see rõngaga statiivi külge suitsutuskapis (joonis 6a). Toru on tavaliselt täidetud selge mineraalõliga, kuid see võib olla oksüdeerumise või valatud ühendite tõttu tumedaks värvunud. Kui õli on üsna tume, tuleb see välja vahetada. Õli peaks olema täidetud vähemalt 1 cm kõrgemale kui ülemine kolmnurkne varras (sobiv õlitase on näidatud joonisel 6a); kui õli on liiga madalal, ei ringelda see nii, nagu vaja (joonis 7c).
- Sisestage termomeeter ühe auguga kummist korki, mille ühel küljel on pilu. Kinnitage väike klaasviaal ("Durhami toru" või 6 x 50 mm kultuurtoru) väikese kummipaelaga termomeetri külge (joonis 6b). Viaali põhi peab olema termomeetri põhjaga samal tasapinnal.
- Täitke viaali umbes poolenisti prooviga, milleks on vaja 0,25-0,5 ml proovi (joonis 6c).
- Sisestage proovi sisse kapillaartoru (sama tüüpi, mida kasutatakse sulamispunktide määramiseks), avatud otsaga alla ja suletud otsaga üles (joonis 6d).
A-D: järjestus, mis näitab kapillaartoru sisestamist ja kuumutamist koos termomeetriga Thiele'i toru sees.
Joonis 7: a) koostu sisestamine Thiele'i torusse, b) kummipael on õli kohal, c) kuumutamine, d) proovi jõuline mullitamine.
- Asetage kummist kork ja termomeetri koost Thiele'i torusse, reguleerides kõrgust nii, et proov oleks (võimaluse korral) keskel toru sees (joonis 7a). Kummipael peaks olema kõrgemal kui mineraalõli ülaosa (joonis 7b), pidades silmas, et õli võib kuumutamise ajal mõnevõrra paisuda. Termomeeter ei tohiks puudutada klaasi külgi, ja kui see juhtub, tuleb see kinnitada nii, et see ei puutuks enam kokku.
- Kuumutage õli ettevaatlikult Thiele'i toru külgvarrel mikropõletiga (kui see on olemas) või Bunseni põletiga, tehes edasi-tagasi liigutusi (joonis 7c). Kui õli soojeneb ja muutub vähem tihedaks, tõuseb see üles ja liigub ülespoole toru kolmnurkses osas. Jahedam ja tihedam õli vajub, tekitades voolu, nagu on näidatud joonisel 7c). See meetod on suurepärane viis proovi kaudseks ja aeglaseks kuumutamiseks.
- Kuigi Thiele'i torus ei tohiks soojenedes mullid ilmneda, on neid tavaliselt näha, kui toru on varem kasutatud keemistemperatuuri määramiseks. Selle meetodi puhul puruneb aeg-ajalt kummipael, mille tagajärjel proov langeb õli sisse ja saastab seda. Kui õli hiljem ei vahetata, võib proov toru kuumutamisel keema minna. Thiele'i toru kuumutamist võib jätkata, kui ilmnevad mullid.
- Selle meetodi uuringutes on kindlaks tehtud, et õli on kõige parem kuumutada õrnalt ja pidevalt, sest peatumine ja alustamine on põhjustanud tulemuste halvenemist.
- Jätkata kuumutamist, kuni kapillaartoru otsast tuleb välja tugev mullivool (joonis 7d), nii et üksikuid mullid on vaevu eristatavad. Selle sammu eesmärk on kõrvaldada kapillaartorus algselt olev õhk ja asendada see proovi auruga. Ärge kuumutage nii tugevalt, et kogu proov keeb ära. Kuikapillaartorust kerkivad jõuliselt mullid, on aururõhk toru sees suurem kui atmosfäärirõhk (õli on keemistemperatuurist kõrgemal temperatuuril).
- Lülitage põleti välja ja laske seadmel jahtuda. Mullid aeglustuvad ja lõpuks peatuvad. Mingil hetkel on aururõhk kapillaartorus võrdne atmosfäärirõhuga ja vedelik tõmbub torusse. Keemistemperatuur tuleb registreerida temperatuurina, kui vedelik hakkab just sisenema kapillaartorusse (joonis 8b).
Joonis 8. Aeglustatud vedeliku sisenemine kapillaartorusse. Keemistemperatuur tuleks registreerida kui temperatuur temperatuuril b)
- Koos keemistemperatuuriga registreeritakse ka õhurõhk.
Keemistemperatuuri määramise video käsiraamat
Last edited: