Wprowadzenie
W tym temacie można znaleźć metodę określania temperatury wrzenia, którą można wykorzystać do oceny odczynników ciekłych. Gdy otrzymasz dziwny odczynnik ciekły, możesz zmierzyć temperaturę wrzenia i porównać wynik z danymi literaturowymi wybranego związku.
Temperatura wrzenia związku to temperatura, w której zachodzi przemiana fazowa ciecz-gaz. Mówiąc bardziej technicznie, jest to moment, w którym ciśnienie pary cieczy jest równe ciśnieniu przyłożonemu (zazwyczaj ciśnieniu atmosferycznemu). Punkty wrzenia są bardzo wrażliwe na zmiany przyłożonego ciśnienia, więc wszystkie punkty wrzenia powinny być podawane wraz ze zmierzonym ciśnieniem. "Normalna temperatura wrzenia" związku odnosi się do jego temperatury wrzenia przy ciśnieniu 760 mm Hg.
Temperatura wrzenia związku jest stałą fizyczną, podobnie jak temperatura topnienia, a zatem może być wykorzystana do identyfikacji związku. Jednak w przeciwieństwie do temperatury topnienia, temperatury wrzenia nie są zwykle używane jako miernik czystości. Nieczyste ciecze gotują się w pewnym zakresie temperatur (podobnie jak punkty topnienia), ale zakres temperatur nie koreluje dobrze z czystością. Dlatego pomiar temperatury wrzenia związku jest wykorzystywany głównie do jego identyfikacji.
Eksperymentalna temperatura wrzenia jest często porównywana z literaturową temperaturą wrzenia, która jest zwykle podawana dla 1 atmosfery ciśnienia. Jeśli temperatura wrzenia jest określana przy dowolnym ciśnieniu znacznie różniącym się od 1 atmosfery, ciśnienie należy skorygować. Ogólna zasada mówi, że dla ciśnień w zakresie 10% jednej atmosfery, spadek ciśnienia o 10 mm Hg spowoduje spadek temperatury wrzenia o 0,3-0,5 °C. Inna zasada mówi, że na każde zmniejszenie ciśnienia o połowę, temperatura wrzenia spada o około 10 °C.
Istnieje wiele metod, za pomocą których można określić temperaturę wrzenia próbki, w tym destylacja, refluks i za pomocą rurki Thiele. Najprostsza metoda wykorzystuje rurkę Thiele'a i ma tę zaletę, że wykorzystuje mniej niż 0,5 ml materiału.
Temperatura wrzenia związku to temperatura, w której zachodzi przemiana fazowa ciecz-gaz. Mówiąc bardziej technicznie, jest to moment, w którym ciśnienie pary cieczy jest równe ciśnieniu przyłożonemu (zazwyczaj ciśnieniu atmosferycznemu). Punkty wrzenia są bardzo wrażliwe na zmiany przyłożonego ciśnienia, więc wszystkie punkty wrzenia powinny być podawane wraz ze zmierzonym ciśnieniem. "Normalna temperatura wrzenia" związku odnosi się do jego temperatury wrzenia przy ciśnieniu 760 mm Hg.
Temperatura wrzenia związku jest stałą fizyczną, podobnie jak temperatura topnienia, a zatem może być wykorzystana do identyfikacji związku. Jednak w przeciwieństwie do temperatury topnienia, temperatury wrzenia nie są zwykle używane jako miernik czystości. Nieczyste ciecze gotują się w pewnym zakresie temperatur (podobnie jak punkty topnienia), ale zakres temperatur nie koreluje dobrze z czystością. Dlatego pomiar temperatury wrzenia związku jest wykorzystywany głównie do jego identyfikacji.
Eksperymentalna temperatura wrzenia jest często porównywana z literaturową temperaturą wrzenia, która jest zwykle podawana dla 1 atmosfery ciśnienia. Jeśli temperatura wrzenia jest określana przy dowolnym ciśnieniu znacznie różniącym się od 1 atmosfery, ciśnienie należy skorygować. Ogólna zasada mówi, że dla ciśnień w zakresie 10% jednej atmosfery, spadek ciśnienia o 10 mm Hg spowoduje spadek temperatury wrzenia o 0,3-0,5 °C. Inna zasada mówi, że na każde zmniejszenie ciśnienia o połowę, temperatura wrzenia spada o około 10 °C.
Istnieje wiele metod, za pomocą których można określić temperaturę wrzenia próbki, w tym destylacja, refluks i za pomocą rurki Thiele. Najprostsza metoda wykorzystuje rurkę Thiele'a i ma tę zaletę, że wykorzystuje mniej niż 0,5 ml materiału.
Metoda destylacji
Istniejąprostsze metody niż destylacja do pomiaru temperatury wrzenia związku i zaleca się zbadanie innych opcji (np. rurki Thiele'a), jeśli jest to jedyny cel. Jednakże, jeśli materiały są ograniczone lub jeśli i tak planowane jest oczyszczanie, destylacja może być wykorzystana do określenia temperatury wrzenia związku.
Prosta destylacja powinna wystarczyć w większości sytuacji (rys. 1), a co najmniej 5 ml próbki powinno być użyte w kolbie destylacyjnej wraz z kilkoma kamieniami do gotowania lub mieszadłem. Ponieważ większość materiału destyluje, najwyższa temperatura odnotowana na termometrze odpowiada temperaturze wrzenia. Głównym źródłem błędów w tej metodzie jest rejestrowanie zbyt niskiej temperatury, zanim gorące opary całkowicie zanurzą bańkę termometru. Należy okresowo monitorować termometr, zwłaszcza gdy destylacja jest aktywna. Wraz z temperaturą wrzenia należy rejestrować ciśnienie barometryczne.
Prosta destylacja powinna wystarczyć w większości sytuacji (rys. 1), a co najmniej 5 ml próbki powinno być użyte w kolbie destylacyjnej wraz z kilkoma kamieniami do gotowania lub mieszadłem. Ponieważ większość materiału destyluje, najwyższa temperatura odnotowana na termometrze odpowiada temperaturze wrzenia. Głównym źródłem błędów w tej metodzie jest rejestrowanie zbyt niskiej temperatury, zanim gorące opary całkowicie zanurzą bańkę termometru. Należy okresowo monitorować termometr, zwłaszcza gdy destylacja jest aktywna. Wraz z temperaturą wrzenia należy rejestrować ciśnienie barometryczne.
Metoda refluksowa
Do określenia temperatury wrzenia związku można również użyć konfiguracji refluksu. Refluks ma miejsce, gdy ciecz aktywnie wrze i skrapla się, a skroplona ciecz powraca do pierwotnej kolby. Jest toanalogiczne do destylacji, z główną różnicą polegającą na pionowym umieszczeniu skraplacza.
Rys. 2: a) Układ refluksu, b) Umieszczenie termometru cyfrowego w skraplaczu, c) Położenie termometru, d) Chłodzenie układu.
Jeśli dostępne są materiały, najlepsza konfiguracjarefluksu dla tego zastosowania jest pokaz ana na Rys. 2b i wykorzystuje skraplacz w mikroskali i termometr cyfrowy. Konfiguracja wykorzystuje 5 ml cieczy i kilka kamieni do gotowania lub mieszadeł. Skraplacz jest przymocowany do kolby okrągłodennej, z dolnym wężem wodnym podłączonym do króćca wodnego i górnym wężem wodnym odprowadzającym wodę do zlewu. Ważne jest, aby sprawdzić, czy złącze łączące kolbę i skraplacz jest dobrze zamocowane. Ciecz doprowadza się do wrzenia na łaźni piaskowej, a termometr umieszcza się nisko w aparacie (rys. 2c), tak aby dolny cal znajdował się między wrzącą cieczą a dnem skraplacza. W tej pozycji termometr może dokładnie zmierzyć gorące opary, a temperatura ustabilizuje się w punkcie wrzenia związku.
Zapisz ciśnienie barometryczne wraz z punktem wrzenia.
Chociaż może wydawać się rozsądne zanurzenie termometru bezpośrednio we wrzącej cieczy, możliwe jest, że ciecz może być przegrzana lub gorętsza niż jej punkt wrzenia. Po określeniu temperatury wrzenia, kolba powinna zostać wyjęta z łaźni piaskowej (rys. 2d) w celu ostygnięcia, a skraplacz powinien pracować tak długo, aż kolba będzie ciepła w dotyku. W tym momencie zestaw można zdemontować.
Jeśli skraplacz w mikroskali nie jest dostępny, można również zastosować alternatywną metodęrefluksu, jak pokazano na Rys. 3. Około 5 ml próbki umieszcza się w średniej probówce (18 x 150 mm) z termometrem zaciśniętym wewnątrz, tak aby nie dotykał boków szkła. Aparat jest ostrożnie podgrzewany na łaźni piaskowej, tak aby refluks zachodził w sposób kontrolowany, a opary nie wydostawały się z probówki. Temperatura podczas refluksu ostatecznie ustabilizuje się (zajmuje to trochę czasu), a najwyższa odnotowana temperatura odpowiada temperaturze wrzenia związku. Temperatury wrzenia zmierzone tą metodą mogą być obarczone znacznym błędem, jeśli temperatura wrzenia jest bardzo niska lub wysoka (<70 °C lub >150 °C), ponieważ związki o niskiej temperaturze wrzenia zbyt łatwo się gotują, a związki o wysokiej temperaturze wrzenia mają tendencję do zbyt łatwego chłodzenia.
Zapisz ciśnienie barometryczne wraz z punktem wrzenia.
Chociaż może wydawać się rozsądne zanurzenie termometru bezpośrednio we wrzącej cieczy, możliwe jest, że ciecz może być przegrzana lub gorętsza niż jej punkt wrzenia. Po określeniu temperatury wrzenia, kolba powinna zostać wyjęta z łaźni piaskowej (rys. 2d) w celu ostygnięcia, a skraplacz powinien pracować tak długo, aż kolba będzie ciepła w dotyku. W tym momencie zestaw można zdemontować.
Jeśli skraplacz w mikroskali nie jest dostępny, można również zastosować alternatywną metodęrefluksu, jak pokazano na Rys. 3. Około 5 ml próbki umieszcza się w średniej probówce (18 x 150 mm) z termometrem zaciśniętym wewnątrz, tak aby nie dotykał boków szkła. Aparat jest ostrożnie podgrzewany na łaźni piaskowej, tak aby refluks zachodził w sposób kontrolowany, a opary nie wydostawały się z probówki. Temperatura podczas refluksu ostatecznie ustabilizuje się (zajmuje to trochę czasu), a najwyższa odnotowana temperatura odpowiada temperaturze wrzenia związku. Temperatury wrzenia zmierzone tą metodą mogą być obarczone znacznym błędem, jeśli temperatura wrzenia jest bardzo niska lub wysoka (<70 °C lub >150 °C), ponieważ związki o niskiej temperaturze wrzenia zbyt łatwo się gotują, a związki o wysokiej temperaturze wrzenia mają tendencję do zbyt łatwego chłodzenia.
Metoda probówki Thiele'a
Teoria probówki Thiele'aMetoda probówkowa Thiele'a jest jedną z najprostszych metod określania temperatury wrzenia związku i ma tę zaletę, że wykorzystuje niewielkie ilości materiału (mniej niż 0,5 ml próbki). Próbka jest umieszczana w małej probówce wraz z odwróconą rurką kapilarną. Zestaw jest przymocowany do termometru (rys.5) i podgrzewany wewnątrz rurki Thiele'a (rys. 4) do temperatury nieco wyższej niż temperatura wrzenia związku (o czym świadczy ciągły strumień pęcherzyków wydobywających się z rurki kapilarnej). Następnie rurkę pozostawia się do ostygnięcia, a w momencie zassania cieczy do rurki kapilarnej, temperatura jest równa temperaturze wrzenia związku.
Rys. 4: Aparat z rurką Thiele'a
Metoda ta wykorzystuje definicję temperatury wrzenia: temperaturę, w której ciśnienie pary związku jest równe przyłożonemu ciśnieniu (atmosferycznemu). Odwrócona rurka kapilarna działa jak zbiornik zatrzymujący opary związku. Gdy aparat jest podgrzewany, powietrze początkowo uwięzione w rurce kapilarnej rozszerza się i powoduje pojawienie się pęcherzyków z rurki (rys. 5 b). Przy dalszym ogrzewaniu, opary związku w końcu wypierają całe uwięzione powietrze, dlatego ciepło jest stosowane do momentu, aż pojawi się ciągły strumień pęcherzyków.
Gdy aparat zostanie schłodzony, w końcu ciśnienie wewnątrz rurki kapilarnej (spowodowane wyłącznie oparami związku) dorówna ciśnieniu atmosferycznemu, w którym to momencie pęcherzyki zwolnią, a ciecz zostanie wciągnięta do rurki. Temperatura, w której to się zaczyna, jest temperaturą wrzenia związku (rys. 5d).
Gdy aparat zostanie schłodzony, w końcu ciśnienie wewnątrz rurki kapilarnej (spowodowane wyłącznie oparami związku) dorówna ciśnieniu atmosferycznemu, w którym to momencie pęcherzyki zwolnią, a ciecz zostanie wciągnięta do rurki. Temperatura, w której to się zaczyna, jest temperaturą wrzenia związku (rys. 5d).
Rys. 5: Określanie temperatury wrzenia: a) Ustawienie początkowe, b) Po podgrzaniu do temperatury wrzenia, c) Chłodzenie, d) Ciecz właśnie wchodzi do rurki kapilarnej (temperatura jest równa temperaturze wrzenia), e) Ciecz znajduje się wewnątrz rurki kapilarnej (temperatura jest niższa niż temperatura wrzenia).
Procedura rurki Thiele'a
Rys. 6: a) Rurka Thiele'a ze strzałką wskazującą minimalną wysokość oleju, b) Rurka przymocowana do termometru za pomocą gumki, c) Dodanie próbki, d) Włożenie rurki kapilarnej.
- Uzyskaj rurkę Thiele'a i przymocuj ją do stojaka pierścieniowego w wyciągu (Rys. 6a). Rurka jest zwykle wypełniona przezroczystym olejem mineralnym, ale może być ciemna z powodu utleniania lub rozlanych związków. Jeśli olej jest dość ciemny, należy go wymienić. Olej powinien być napełniony co najmniej 1 cm powyżej górnego trójkątnego ramienia (odpowiedni poziom oleju wskazano na rys. 6a), a jeśli jest zbyt niski, olej nie będzie krążył zgodnie z potrzebami (rys. 7c).
- Włóż termometr do gumowego korka z jednym otworem i nacięciem z jednej strony. Przymocuj małą szklaną fiolkę ("probówkę Durhama" lub probówkę hodowlaną 6 x 50 mm) do termometru za pomocą małej gumki (rys.6b). Dno fiolki powinno znajdować się na równi z dnem termometru.
- Napełnijfiolkę do połowy próbką, co będzie wymagało 0,25-0,5 ml próbki (rys.6c).
- Włóżrurkę kapilarną do próbki (ten sam typ, który jest używany do punktów topnienia), otwartym końcem w dół i uszczelnionym końcem do góry (rys.6d).
A-D: Sekwencja pokazująca wkładanie i ogrzewanie rurki kapilarnej z termometrem wewnątrz rurki Thiele'a.
Rys. 7: a) Wkładanie zespołu do rurki Thiele'a, b) Gumowa opaska znajduje się nad olejem, c) Ogrzewanie, d) Energiczne bulgotanie próbki.
- Umieść gumowy korek i zespół termometru w rurce Thiele'a, dostosowując wysokość tak, aby próbka znajdowała się w połowie (jeśli to możliwe) wewnątrz rurki (rys. 7a). Gumowa opaska powinna znajdować się wyżej niż górna część oleju mineralnego (rys.7b), pamiętając, że olej może się nieco rozszerzyć podczas ogrzewania. Termometr nie powinien dotykać boków szklanki, a jeśli tak się stanie, należy go zacisnąć w taki sposób, aby już nie dotykał.
- Podgrzej delikatnie olej na bocznym ramieniu rurki Thiele'a za pomocą mikropalnika, jeśli jest dostępny, lub palnika Bunsena, wykonując ruchy tam i z powrotem (rys. 7c). Gdy olej się rozgrzeje i stanie się mniej gęsty, podniesie się i przesunie w górę trójkątnej części rurki. Chłodniejszy, gęstszy olej opadnie, tworząc prąd, jak pokazano na rys. 7c). Metoda ta jest doskonałym sposobem na pośrednie i powolne podgrzewanie próbki.
- Chociaż pęcherzyki powietrza nie powinny być widoczne w rurce Thiele'a podczas jej ogrzewania, są one często widoczne, jeśli rurka była wcześniej używana do oznaczania temperatury wrzenia. W tej metodzie gumka czasami pęka, powodując, że próbka wpada do oleju i zanieczyszcza go. Jeśli olej nie zostanie później wymieniony, próbka może się zagotować po podgrzaniu w probówce. Można kontynuować podgrzewanie probówki Thiele, jeśli widoczne są pęcherzyki powietrza.
- Badania tej metody wykazały, że najlepiej jest podgrzewać olej delikatnie i w sposób ciągły, ponieważ zatrzymywanie i rozpoczynanie powodowało pogorszenie wyników.
- Kontynuuj podgrzewanie, aż z końcówki rurki kapilarnej wyłoni się energiczny strumień pęcherzyków (rys. 7d), tak że poszczególne pęcherzyki będą ledwo rozróżnialne. Celem tego etapu jest usunięcie powietrza pierwotnie obecnego w rurce kapilarnej i zastąpienie go oparami próbki. Nie należy podgrzewać tak energicznie, aby cała próbka się zagotowała. Gdy z rurki kapilarnej energicznie wydobywają się pęcherzyki, ciśnienie pary wewnątrz rurki jest wyższe niż ciśnienie atmosferyczne (olej ma wyższą temperaturę niż temperatura wrzenia).
- Wyłącz palnik i pozwól urządzeniu ostygnąć. Pęcherzyki spowolnią i ostatecznie zatrzymają się. W pewnym momencie ciśnienie pary wewnątrz rurki kapilarnej zrówna się z ciśnieniem atmosferycznym i ciecz zostanie wciągnięta do rurki. Temperatura wrzenia powinna zostać zarejestrowana jako temperatura, w której ciecz zaczyna wpływać do rurki kapilarnej (rys.8b).
Rys. 8: Wejście cieczy do rurki kapilarnej po upływie czasu. Temperatura wrzenia powinna być rejestrowana jako temperatura w punkcie b)
- Zapisz ciśnienie atmosferyczne wraz z temperaturą wrzenia.
Instrukcja wideo określania temperatury wrzenia
Last edited: