Determinazione del punto di ebollizione

[G.Patton]

Introduzione

In questo argomento è riportato il metodo di determinazione del punto di ebollizione, che può essere utilizzato per la valutazione dei reagenti liquidi. Quando si ottiene uno strano reagente liquido, si può misurare il punto di ebollizione e confrontare il risultato con i dati di letteratura del composto scelto.

Il punto di ebollizione di un composto è la temperatura in cui avviene il cambiamento di fase liquido-gas. In termini più tecnici, è il momento in cui la pressione di vapore di un liquido è uguale alla pressione applicata (in genere la pressione atmosferica). I punti di ebollizione sono molto sensibili alle variazioni della pressione applicata, quindi tutti i punti di ebollizione devono essere riportati con la pressione misurata. Il "punto di ebollizione normale" di un composto si riferisce al suo punto di ebollizione a una pressione di 760 mm Hg.

Il punto di ebollizione di un composto è una costante fisica, proprio come il punto di fusione, e può quindi essere utilizzato per supportare l'identificazione di un composto. A differenza del punto di fusione, tuttavia, il punto di ebollizione non è generalmente utilizzato come indicatore di purezza. I liquidi impuri bollono in un intervallo di temperature (analogamente a quanto avviene per i punti di fusione), ma l'intervallo di temperatura non è ben correlato alla purezza. Pertanto, la misurazione del punto di ebollizione di un composto viene utilizzata principalmente per supportarne l'identificazione.

Un punto di ebollizione sperimentale viene spesso confrontato con i punti di ebollizione della letteratura, che sono tipicamente riportati per 1 atmosfera di pressione. Se un punto di ebollizione viene determinato a una pressione significativamente diversa da 1 atmosfera, la pressione deve essere corretta. Una regola generale è che per pressioni entro il 10% di un'atmosfera, una diminuzione di 10 mm Hg della pressione corrisponde a una diminuzione di 0,3-0,5 °C del punto di ebollizione. Un'altra regola empirica è che per ogni dimezzamento della pressione, il punto di ebollizione diminuisce di circa 10 °C.

Esistono diversi metodi per determinare il punto di ebollizione di un campione, tra cui la distillazione, il riflusso e l'uso di un tubo di Thiele. Il metodo più semplice utilizza una provetta di Thiele e ha il vantaggio di utilizzare meno di 0,5 mL di materiale.

---

Metodo della distillazione

Esistonometodi più semplici della distillazione per misurare il punto di ebollizione di un composto e si consiglia di esplorare altre opzioni (ad esempio, il tubo di Thiele) se questo è l'unico obiettivo. Tuttavia, se i materiali sono limitati o se è comunque prevista una purificazione, è possibile utilizzare una distillazione per determinare il punto di ebollizione di un composto.

Una semplice distillazione dovrebbe essere sufficiente per la maggior parte delle situazioni (Fig. 1) e nel pallone di distillazione dovrebbero essere utilizzati almeno 5 mL di campione insieme a qualche pietra di ebollizione o agitatore. Poiché la maggior parte del materiale distilla, la temperatura più alta annotata sul termometro corrisponde al punto di ebollizione. Una delle principali fonti di errore di questo metodo è la registrazione di una temperatura troppo bassa, prima che i vapori caldi immergano completamente il bulbo del termometro. Assicurarsi di controllare periodicamente il termometro, soprattutto quando la distillazione è attiva. Registrare la pressione barometrica insieme al punto di ebollizione.

Fig. 1 Distillazione semplice

---

Metodo a riflusso

Per determinare il punto di ebollizione di un composto si può utilizzare anche una configurazione a riflusso. Si parla di riflusso quando un liquido bolle e condensa attivamente, con il liquido condensato che ritorna nel matraccio originale. Èanalogo a un impianto di distillazione, con la principale differenza del posizionamento verticale del condensatore.

Fig. 2: a) Setup di riflusso, b) Inserimento del termometro digitale nel condensatore, c) Posizione del termometro, d) Raffreddamento del set-up

Se i materiali sono disponibili, il miglior setup a riflusso per questa applicazione è mostrato nella Fig. 2b e utilizza un condensatore in microscala e un termometro digitale. Il setup utilizza 5 mL di liquido e alcune pietre per l'ebollizione o una barra di agitazione. Il condensatore è collegato al matraccio a fondo tondo, con il tubo dell'acqua inferiore collegato al rubinetto dell'acqua e il tubo dell'acqua superiore che scarica nel lavandino. È importante verificare che il giunto che collega il matraccio e il condensatore sia ben fissato. Il liquido viene portato a ebollizione su un bagno di sabbia e il termometro viene posizionato in basso nell'apparecchio (Fig. 2c), in modo che il pollice inferiore si trovi tra il liquido in ebollizione e il fondo del condensatore. In questa posizione, il termometro può misurare con precisione i vapori caldi e la temperatura si stabilizzerà al punto di ebollizione del composto.

Registrare la pressione barometrica insieme al punto di ebollizione.

Sebbene possa sembrare prudente immergere il termometro direttamente nel liquido in ebollizione, è possibile che il liquido sia surriscaldato, ovvero più caldo del suo punto di ebollizione. Dopo aver determinato il punto di ebollizione, il matraccio deve essere sollevato dal bagno di sabbia (Fig. 2d) per raffreddarsi e il condensatore deve essere mantenuto in funzione fino a quando il matraccio è solo caldo al tatto. A questo punto, l'impianto può essere smontato.

Se non si dispone di un condensatore in microscala, è possibile utilizzare un metodo alternativo a riflusso, come illustrato nella Fig. 3. Circa 5 mL di campione vengono posti in una provetta media (18 x 150 mm) con il termometro bloccato all'interno, in modo che non tocchi i lati del vetro. L'apparecchio viene accuratamente riscaldato su un bagno di sabbia in modo che il riflusso avvenga in modo controllato e che i vapori non fuoriescano dalla provetta. La temperatura durante il riflusso si stabilizza (ci vuole un po' di tempo) e la temperatura più alta rilevata corrisponde al punto di ebollizione del composto. I punti di ebollizione misurati con questo metodo possono presentare un errore significativo se il punto di ebollizione è molto basso o alto (<70 °C o >150 °C), poiché i composti a bassa ebollizione bollono troppo facilmente e quelli ad alta ebollizione tendono a raffreddarsi troppo facilmente.

Fig. 3: Apparecchio a riflusso che utilizza un bagno di sabbia e una provetta.

Metodo della provetta di Thiele

Teoria del tubo di Thiele

Il metodo della provetta di Thiele è uno dei metodi più semplici per determinare il punto di ebollizione di un composto e ha il vantaggio di utilizzare piccole quantità di materiale (meno di 0,5 mL di campione). Il campione viene posto in una piccola provetta insieme a un tubo capillare rovesciato. L'apparecchiatura viene collegata a un termometro (Fig. 5) e riscaldata all'interno di un tubo di Thiele (Fig. 4) fino a un livello leggermente superiore al punto di ebollizione del composto (evidenziato da un flusso continuo di bolle che fuoriescono dal tubo capillare). Iltubo viene quindi lasciato raffreddare e, nel momento in cui il liquido viene aspirato nel capillare, la temperatura corrisponde al punto di ebollizione del composto.

Fig. 4: Apparecchio a tubo di Thiele

Questo metodo utilizza la definizione di punto di ebollizione: la temperatura in cui la pressione di vapore del composto è uguale alla pressione applicata (atmosferica). Il tubo capillare rovesciato funge da serbatoio per intrappolare i vapori del composto. Quando l'apparecchiatura viene riscaldata, l'aria inizialmente intrappolata nel tubo capillare si espande e fa emergere delle bolle dal tubo (Fig. 5 b). Con un ulteriore riscaldamento, i vapori del composto finiscono per spostare tutta l'aria intrappolata, motivo per cui il calore viene applicato fino a quando non si verifica un flusso continuo di bolle.

Quando l'apparecchiatura viene raffreddata, alla fine la pressione all'interno del tubo capillare (dovuta esclusivamente ai vapori del composto) corrisponderà alla pressione atmosferica, a quel punto le bolle rallenteranno e il liquido verrà aspirato nel tubo. Latemperatura in cui inizia questa fase è il punto di ebollizione del composto (Fig. 5 d).

Fig. 5: Determinazione del punto di ebollizione: a) Impostazione iniziale, b) Dopo il riscaldamento oltre il punto di ebollizione, c) Raffreddamento, d) Il liquido è appena entrato nel tubo capillare (la temperatura è il punto di ebollizione), e) Il liquido è all'interno del tubo capillare (la temperatura è inferiore al punto di ebollizione).

Procedura del tubo di Thiele

Fig. 6: a) Tubo di Thiele, con freccia che indica l'altezza minima dell'olio, b) Tubo fissato al termometro con un elastico, c) Aggiunta del campione, d) Inserimento del capillare

• Procurarsi una provetta di Thiele e fissarla a un supporto ad anello nella cappa di aspirazione (Fig. 6a). La provetta è normalmente riempita di olio minerale trasparente, ma potrebbe essersi scurita a causa dell'ossidazione o di composti versati. Se l'olio è piuttosto scuro, deve essere sostituito. L'olio deve essere riempito almeno 1 cm più in alto del braccio triangolare superiore (un livello d'olio appropriato è indicato nella Fig. 6a); se troppo basso, l'olio non circolerà come necessario (Fig. 7c).
• Inserire un termometro in un tappo di gomma a un foro con una fessura su un lato. Fissare una piccola fiala di vetro ("provetta Durham", o provetta di coltura da 6 x 50 mm) al termometro con un piccolo elastico (Fig. 6b). Ilfondo della fiala deve essere a filo con il fondo del termometro.
• Riempire la fiala per circa metà con il campione, che richiederà tra 0,25-0,5 mL di campione (Fig. 6c).
• Inserire nel campione un tubo capillare (lo stesso tipo usato per i punti di fusione), con l'estremità aperta verso il basso e quella sigillata verso l'alto (Fig. 6d).

A-D: Sequenza che mostra l'inserimento e il riscaldamento del tubo capillare con il termometro all'interno del tubo di Thiele.
Fig. 7: a) Inserimento del gruppo nel tubo di Thiele, b) L'elastico è sopra l'olio, c) Riscaldamento, d) Vigoroso gorgogliamento del campione.

• Inserire il tappo di gomma e il termometro nella provetta di Thiele, regolando l'altezza in modo che il campione si trovi a metà (se possibile) all'interno della provetta (Fig. 7a). L'elastico deve essere più alto della parte superiore dell'olio minerale (Fig. 7b), tenendo presente che l'olio può espandersi leggermente durante il riscaldamento. Iltermometro non deve toccare i lati del bicchiere e, se lo fa, deve essere bloccato in modo che non tocchi più.
• Riscaldare delicatamente l'olio sul braccio laterale della provetta di Thiele con un microbruciatore, se disponibile, o un becco Bunsen con un movimento avanti e indietro (Fig. 7c). Quando l'olio si riscalda e diventa meno denso, sale e risale la porzione triangolare del tubo. L'olio più freddo e denso affonderà, creando così una corrente come mostrato nella Fig. 7c). Questo metodo è un modo eccellente per riscaldare indirettamente e lentamente il campione.
• Sebbene non si debbano vedere bolle nella provetta di Thiele mentre si riscalda, esse si vedono comunemente se la provetta è stata usata in precedenza per determinare il punto di ebollizione. Con questo metodo, a volte l'elastico si rompe, facendo cadere il campione nell'olio e contaminandolo. Se l'olio non viene successivamente cambiato, il campione può bollire quando viene riscaldato nella provetta. È possibilecontinuare a riscaldare una provetta Thiele se si vedono bolle.
• Glistudi condotti su questo metodo hanno stabilito che è meglio riscaldare l'olio delicatamente e in modo continuo, in quanto le interruzioni e gli avvii hanno compromesso i risultati.
• Continuare a riscaldare fino a quando un flusso vigoroso di bolle emerge dalla punta del tubo capillare (Fig. 7d), tanto che le singole bolle possono essere a malapena distinte. Lo scopo di questa fase è di espellere l'aria originariamente presente nel capillare e sostituirla con il vapore del campione. Non riscaldare così vigorosamente da far bollire l'intero campione. Quando le bolle escono vigorosamente dal capillare, la pressione del vapore all'interno del tubo è superiore alla pressione atmosferica (l'olio si trova a una temperatura superiore al punto di ebollizione).
• Spegnere il bruciatore e lasciare raffreddare l'apparecchio. Le bolle rallentano e alla fine si fermano. A un certo punto, la pressione del vapore all'interno del tubo capillare sarà uguale alla pressione atmosferica e il liquido verrà aspirato nel tubo. Ilpunto di ebollizione deve essere registrato come la temperatura in cui il liquido inizia a entrare nel tubo capillare (Fig. 8b).

Fig. 8: Entrata in tempo reale del liquido nel tubo capillare. Ilpunto di ebollizione deve essere registrato come temperatura a b)

• Registrare la pressione atmosferica insieme al punto di ebollizione.

Manuale video sulla determinazione del punto di ebollizione

Manuale video sulladeterminazione del punto di ebollizione

• G.Patton
• 2 giugno 2022

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

 

[ACAB]

Ho effettuato una determinazione del punto di ebollizione e vorrei la vostra opinione. Lo scopo era quello di determinare la purezza del nitroetano. Ho 3 fonti diverse, una bottiglia è etichettata 99+%, una bottiglia è etichettata 99,99% e l'ultima non è etichettata affatto.
Ho il seguente setup sperimentale, un pallone con agitatore magnetico in un mantello riscaldante che controlla la temperatura del nitroetano tramite un sensore, sopra di esso un adattatore di claisen con termometro fino alla forcella e sulla forcella un condensatore a riflusso. (Immagine)
Secondo varie fonti, il punto di ebollizione del nitroetano è indicato come 112-116°C o 114°C o 115°C fissi.
Ho impostato il riscaldatore a 120°C mescolando e ho fatto bollire a riflusso per circa 30 minuti.
Risultati :
999hPa -->112°C (senza etichetta).
999hPa-->116°C (99,99%)
1000hPa-->113°C (99+%)
Il nitroetano nel matraccio non è mai stato più caldo di 113-115°C nonostante avessi impostato 120°C.
Tutti e tre i lotti diventano leggermente giallognoli, credo sia normale, cioè ho letto che diventa giallognolo in corrispondenza dell'ossigeno e l'odore era molto più intenso dopo la cottura, forse perché era anche quello più caldo.

Spoiler: Riflusso