Introduction
Dans cette rubrique, vous trouverez la méthode de détermination du point d'ébullition, qui peut être utilisée pour l'évaluation des réactifs liquides. Lorsque vous obtenez un réactif liquide étrange, vous pouvez mesurer le point d'ébullition et comparer votre résultat avec les données bibliographiques du composé choisi.
Le point d'ébullition d'un composé est la température à laquelle se produit le changement de phase entre le liquide et le gaz. En termes plus techniques, c'est le moment où la pression de vapeur d'un liquide est égale à la pression appliquée (généralement la pression atmosphérique). Les points d'ébullition sont très sensibles aux variations de la pression appliquée, c'est pourquoi tous les points d'ébullition doivent être indiqués avec la pression mesurée. Le "point d'ébullition normal" d'un composé correspond à son point d'ébullition à une pression de 760 mm Hg.
Le point d'ébullition d'un composé est une constante physique, tout comme le point de fusion, et peut donc être utilisé pour appuyer l'identification d'un composé. Toutefois, contrairement au point de fusion, le point d'ébullition n'est généralement pas utilisé comme indicateur de pureté. Les liquides impurs bouillonnent effectivement sur une plage de températures (de la même manière que les points de fusion ont une largeur), mais la plage de températures n'est pas bien corrélée à la pureté. Par conséquent, la mesure du point d'ébullition d'un composé est principalement utilisée pour étayer son identification.
Un point d'ébullition expérimental est souvent comparé au point d'ébullition de la littérature, qui est généralement indiqué pour une atmosphère de pression. Si un point d'ébullition est déterminé à une pression significativement différente de 1 atmosphère, la pression doit être corrigée. Une règle générale veut que pour des pressions se situant à moins de 10 % d'une atmosphère, une baisse de 10 mm Hg de la pression représente une baisse de 0,3 à 0,5 °C du point d'ébullition. Une autre règle empirique est que pour chaque réduction de moitié de la pression, le point d'ébullition baisse d'environ 10 °C.
Il existe plusieurs méthodes pour déterminer le point d'ébullition d'un échantillon, notamment la distillation, le reflux et l'utilisation d'un tube de Thiele. Laméthode la plus simple utilise un tube de Thiele et présente l'avantage d'utiliser moins de 0,5 ml de matériau.
Le point d'ébullition d'un composé est la température à laquelle se produit le changement de phase entre le liquide et le gaz. En termes plus techniques, c'est le moment où la pression de vapeur d'un liquide est égale à la pression appliquée (généralement la pression atmosphérique). Les points d'ébullition sont très sensibles aux variations de la pression appliquée, c'est pourquoi tous les points d'ébullition doivent être indiqués avec la pression mesurée. Le "point d'ébullition normal" d'un composé correspond à son point d'ébullition à une pression de 760 mm Hg.
Le point d'ébullition d'un composé est une constante physique, tout comme le point de fusion, et peut donc être utilisé pour appuyer l'identification d'un composé. Toutefois, contrairement au point de fusion, le point d'ébullition n'est généralement pas utilisé comme indicateur de pureté. Les liquides impurs bouillonnent effectivement sur une plage de températures (de la même manière que les points de fusion ont une largeur), mais la plage de températures n'est pas bien corrélée à la pureté. Par conséquent, la mesure du point d'ébullition d'un composé est principalement utilisée pour étayer son identification.
Un point d'ébullition expérimental est souvent comparé au point d'ébullition de la littérature, qui est généralement indiqué pour une atmosphère de pression. Si un point d'ébullition est déterminé à une pression significativement différente de 1 atmosphère, la pression doit être corrigée. Une règle générale veut que pour des pressions se situant à moins de 10 % d'une atmosphère, une baisse de 10 mm Hg de la pression représente une baisse de 0,3 à 0,5 °C du point d'ébullition. Une autre règle empirique est que pour chaque réduction de moitié de la pression, le point d'ébullition baisse d'environ 10 °C.
Il existe plusieurs méthodes pour déterminer le point d'ébullition d'un échantillon, notamment la distillation, le reflux et l'utilisation d'un tube de Thiele. Laméthode la plus simple utilise un tube de Thiele et présente l'avantage d'utiliser moins de 0,5 ml de matériau.
Méthode de distillation
Ilexiste des méthodes plus simples que la distillation pour mesurer le point d'ébullition d'un composé, et il est recommandé d'explorer d'autres options (par exemple le tube de Thiele) si c'est le seul objectif. Cependant, si les matériaux sont limités, ou si une purification est prévue de toute façon, une distillation peut être utilisée pour déterminer le point d'ébullition d'un composé.
Une simple distillation devrait suffire dans la plupart des situations (Fig. 1), et au moins 5 mL d'échantillon devraient être utilisés dans le ballon de distillation avec quelques pierres d'ébullition ou une barre d'agitation. Lorsque la majeure partie de la matière est distillée, la température la plus élevée notée sur le thermomètre correspond au point d'ébullition. L'une des principales sources d'erreur de cette méthode est l'enregistrement d'une température trop basse, avant que les vapeurs chaudes n'immergent complètement le bulbe du thermomètre. Veillez à contrôler régulièrement le thermomètre, en particulier lorsque la distillation est active. Enregistrez la pression barométrique en même temps que le point d'ébullition.
Une simple distillation devrait suffire dans la plupart des situations (Fig. 1), et au moins 5 mL d'échantillon devraient être utilisés dans le ballon de distillation avec quelques pierres d'ébullition ou une barre d'agitation. Lorsque la majeure partie de la matière est distillée, la température la plus élevée notée sur le thermomètre correspond au point d'ébullition. L'une des principales sources d'erreur de cette méthode est l'enregistrement d'une température trop basse, avant que les vapeurs chaudes n'immergent complètement le bulbe du thermomètre. Veillez à contrôler régulièrement le thermomètre, en particulier lorsque la distillation est active. Enregistrez la pression barométrique en même temps que le point d'ébullition.
Méthode du reflux
Une installation à reflux peut également être utilisée pour déterminer le point d'ébullition d'un composé. On parle de reflux lorsqu'un liquide est en ébullition active et se condense, le liquide condensé retournant dans le ballon d'origine. Il estanalogue à un dispositif de distillation, la principale différence étant le placement vertical du condenseur.
Fig. 2 : a) Installation de reflux, b) Insertion d'un thermomètre numérique dans le condenseur, c) Position du thermomètre, d) Refroidissement de l'installation
Si les matériaux sont disponibles, le meilleur montage de reflux pour cette application est illustré à la figure 2b et utilise un condenseur à micro-échelle et un thermomètre numérique. Le dispositif utilise 5 ml de liquide et quelques pierres d'ébullition ou une barre d'agitation. Le condenseur est fixé au ballon à fond rond, le tuyau d'eau inférieur étant relié au robinet d'eau et le tuyau d'eau supérieur s'écoulant dans l'évier. Il est important de vérifier que le joint reliant la fiole et le condenseur est solidement fixé. Le liquide est porté à ébullition sur un bain de sable et le thermomètre est placé bas dans l'appareil (figure 2c) de telle sorte que le pouce inférieur se trouve entre le liquide en ébullition et le fond du condenseur. Dans cette position, le thermomètre peut mesurer avec précision les vapeurs chaudes et la température se stabilisera au point d'ébullition du composé.
Enregistrez la pression barométrique en même temps que le point d'ébullition.
Bien qu'il puisse sembler prudent de plonger le thermomètre directement dans le liquide en ébullition, il est possible que le liquide soit surchauffé, ou plus chaud que son point d'ébullition. Après avoir déterminé le point d'ébullition, le ballon doit être retiré du bain de sable (figure 2d) pour refroidir et le condenseur doit continuer à fonctionner jusqu'à ce que le ballon ne soit plus que tiède au toucher. À ce stade, le dispositif peut être démonté.
Si un condenseur à micro-échelle n'est pas disponible, une autre méthode dereflux peut également être utilisée, comme illustré à la figure 3. Environ 5 ml d'échantillon sont placés dans un tube à essai de taille moyenne (18 x 150 mm) avec le thermomètre fixé à l'intérieur, de manière à ce qu'il ne touche pas les parois du verre. L'appareil est soigneusement chauffé sur un bain de sable de manière à ce que le reflux se produise de manière contrôlée et que les vapeurs ne s'échappent pas du tube. La température pendant le reflux finit par se stabiliser (cela prend un certain temps), et la température la plus élevée notée correspond au point d'ébullition du composé. Les points d'ébullition mesurés avec cette méthode peuvent présenter une erreur significative si le point d'ébullition est très bas ou très élevé (<70 °C ou >150 °C), car les composés à faible point d'ébullition s'évaporent trop facilement et les composés à point d'ébullition élevé ont tendance à se refroidir trop facilement.
Enregistrez la pression barométrique en même temps que le point d'ébullition.
Bien qu'il puisse sembler prudent de plonger le thermomètre directement dans le liquide en ébullition, il est possible que le liquide soit surchauffé, ou plus chaud que son point d'ébullition. Après avoir déterminé le point d'ébullition, le ballon doit être retiré du bain de sable (figure 2d) pour refroidir et le condenseur doit continuer à fonctionner jusqu'à ce que le ballon ne soit plus que tiède au toucher. À ce stade, le dispositif peut être démonté.
Si un condenseur à micro-échelle n'est pas disponible, une autre méthode dereflux peut également être utilisée, comme illustré à la figure 3. Environ 5 ml d'échantillon sont placés dans un tube à essai de taille moyenne (18 x 150 mm) avec le thermomètre fixé à l'intérieur, de manière à ce qu'il ne touche pas les parois du verre. L'appareil est soigneusement chauffé sur un bain de sable de manière à ce que le reflux se produise de manière contrôlée et que les vapeurs ne s'échappent pas du tube. La température pendant le reflux finit par se stabiliser (cela prend un certain temps), et la température la plus élevée notée correspond au point d'ébullition du composé. Les points d'ébullition mesurés avec cette méthode peuvent présenter une erreur significative si le point d'ébullition est très bas ou très élevé (<70 °C ou >150 °C), car les composés à faible point d'ébullition s'évaporent trop facilement et les composés à point d'ébullition élevé ont tendance à se refroidir trop facilement.
Méthode de l'éprouvette de Thiele
Théorie de l'éprouvette de ThieleLa méthode du tube de Thiele est l'une des méthodes les plus simples pour déterminer le point d'ébullition d'un composé et présente l'avantage d'utiliser de petites quantités de matériau (moins de 0,5 ml d'échantillon). L'échantillon est placé dans un petit tube avec un tube capillaire inversé. Le dispositif est relié à un thermomètre (Fig. 5) et chauffé dans un tube de Thiele (Fig. 4) à un niveau légèrement supérieur au point d'ébullition du composé (ce qui est mis en évidence par un flux continu de bulles émergeant du tube capillaire). On laisse ensuite le tube refroidir et, au moment où le liquide est aspiré dans le tube capillaire, la température correspond au point d'ébullition du composé.
Fig. 4 : Appareil à tube de Thiele
Cette méthode utilise la définition du point d'ébullition : la température à laquelle la pression de vapeur du composé est égale à la pression appliquée (atmosphérique). Le tube capillaire inversé sert de réservoir pour piéger les vapeurs du composé. Lorsque l'appareil est chauffé, l'air initialement piégé dans le tube capillaire se dilate et fait sortir des bulles du tube (figure 5 b). En chauffant davantage, les vapeurs du composé finissent par déplacer tout l'air emprisonné, c'est pourquoi la chaleur est appliquée jusqu'à ce qu'il y ait un flux continu de bulles.
Lorsque l'appareil est refroidi, la pression à l'intérieur du tube capillaire (due uniquement aux vapeurs du composé) finit par correspondre à la pression atmosphérique, à ce moment-là les bulles ralentissent et le liquide est aspiré dans le tube. Latempérature à laquelle ce phénomène commence est le point d'ébullition du composé (Fig. 5 d).
Lorsque l'appareil est refroidi, la pression à l'intérieur du tube capillaire (due uniquement aux vapeurs du composé) finit par correspondre à la pression atmosphérique, à ce moment-là les bulles ralentissent et le liquide est aspiré dans le tube. Latempérature à laquelle ce phénomène commence est le point d'ébullition du composé (Fig. 5 d).
Fig. 5 : Détermination du point d'ébullition : a) Configuration initiale, b) Après chauffage au-delà du point d'ébullition, c) Refroidissement, d) Le liquide pénètre juste dans le tube capillaire (la température correspond au point d'ébullition), e) Le liquide se trouve à l'intérieur du tube capillaire (la température est inférieure au point d'ébullition).
Procédure du tube de Thiele
Fig. 6 : a) Tube de Thiele, avec une flèche indiquant la hauteur minimale de l'huile, b) Tube fixé au thermomètre par un élastique, c) Ajout de l'échantillon, d) Insertion du tube capillaire.
- Se procurer un tube de Thiele et le fixer à un support annulaire dans la hotte (Fig. 6a). Le tube est normalement rempli d'huile minérale claire, mais il peut avoir noirci à cause de l'oxydation ou de composés renversés. Si l'huile est très foncée, elle doit être remplacée. L'huile doit être remplie jusqu'à au moins 1 cm au-dessus du bras triangulaire supérieur (un niveau d'huile approprié est indiqué sur la figure 6a), et si le niveau est trop bas, l'huile ne circulera pas comme il se doit (figure 7c).
- Insérez un thermomètre dans un bouchon en caoutchouc à un trou avec une fente sur un côté. Fixer un petit flacon en verre ("tube Durham" ou tube de culture de 6 x 50 mm) au thermomètre à l'aide d'un petit élastique (figure 6b). Le fond de la fiole doit affleurer le fond du thermomètre.
- Remplir la fiole à moitié avec l'échantillon, ce qui nécessitera entre 0,25 et 0,5 ml d'échantillon (Fig.6c).
- Insérer un tube capillaire dans l'échantillon (le même type que celui utilisé pour les points de fusion), extrémité ouverte vers le bas et extrémité scellée vers le haut (figure 6d).
A-D : Séquence montrant l'insertion et le chauffage du tube capillaire avec thermomètre dans le tube de Thiele.
Fig. 7 : a) Insertion de l'ensemble dans le tube de Thiele, b) L'élastique est au-dessus de l'huile, c) Chauffage, d) Bouillonnement vigoureux de l'échantillon.
- Placer l'ensemble bouchon en caoutchouc et thermomètre dans le tube de Thiele, en ajustant la hauteur de manière à ce que l'échantillon se trouve à mi-chemin (si possible) à l'intérieur du tube (Fig. 7a). L'élastique doit être plus haut que le dessus de l'huile minérale (figure 7b), en gardant à l'esprit que l'huile peut se dilater quelque peu pendant le chauffage. Lethermomètre ne doit pas toucher les parois du verre et, si c'est le cas, il doit être serré de manière à ce qu'il ne touche plus les parois.
- Chauffer doucement l'huile sur le bras latéral du tube de Thiele à l'aide d'un microbrûleur, si possible, ou d'un bec Bunsen en effectuant un mouvement de va-et-vient (figure 7c). À mesure que l'huile se réchauffe et devient moins dense, elle s'élève et remonte le long de la partie triangulaire du tube. L'huile plus froide et plus dense s'enfonce, créant ainsi un courant, comme le montre la figure 7c). Cette méthode est un excellent moyen de chauffer indirectement et lentement l'échantillon.
- Bien que l'on ne doive pas voir de bulles dans le tube de Thiele lorsqu'il se réchauffe, on en voit souvent si le tube a été utilisé précédemment pour déterminer le point d'ébullition. Dans cette méthode, il arrive que l'élastique se rompe et que l'échantillon tombe dans l'huile et la contamine. Si l'huile n'est pas changée par la suite, l'échantillon peut bouillir lorsqu'il est chauffé dans le tube. Il est possible de continuer à chauffer un tube de Thiele si des bulles sont observées.
- Les études menées sur cette méthode ont montré qu'il est préférable de chauffer l'huile doucement et de manière continue, car les arrêts et les démarrages ont nui aux résultats.
- Continuer à chauffer jusqu'à ce qu'un flux vigoureux de bulles émerge de l'extrémité du tube capillaire (figure 7d), de sorte que les bulles individuelles puissent à peine être distinguées. Le but de cette étape est d'expulser l'air initialement présent dans le tube capillaire et de le remplacer par la vapeur de l'échantillon. Ne pas chauffer si vigoureusement que l'échantillon entier entre en ébullition. Lorsque des bulles sortent vigoureusement du tube capillaire, la pression de vapeur à l'intérieur du tube est supérieure à la pression atmosphérique (l'huile est à une température plus élevée que le point d'ébullition).
- Éteignez le brûleur et laissez l'appareil refroidir. Les bulles ralentissent et finissent par s'arrêter. À un moment donné, la pression de la vapeur à l'intérieur du tube capillaire sera égale à la pression atmosphérique et le liquide sera aspiré dans le tube. Lepoint d'ébullition doit être enregistré comme la température à laquelle le liquide commence à entrer dans le tube capillaire (Fig.8b).
Fig. 8 : Entrée du liquide dans le tube capillaire en fonction du temps. Le point d'ébullition doit être enregistré comme la température au moment où le liquide commence à entrer dans le tube capillaire (Fig. 8b).
- Enregistrez la pression atmosphérique en même temps que le point d'ébullition.
Manuel vidéo sur la détermination du point d'ébullition
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