Determinarea punctului de fierbere

[G.Patton]

Introducere

În acest subiect, puteți găsi metoda de determinare a punctului de fierbere, care poate fi utilizată pentru evaluarea reactivilor lichizi. Atunci când obțineți un reactiv lichid ciudat, puteți măsura punctul de fierbere și compara rezultatul cu datele din literatura de specialitate ale compusului ales.

Punctul de fierbere al unui compus este temperatura la care are loc schimbarea de fază lichid-gaz. În termeni mai tehnici, este momentul în care presiunea de vapori a unui lichid este egală cu presiunea aplicată (de obicei presiunea atmosferică). Punctele de fierbere sunt foarte sensibile la modificările presiunii aplicate, astfel încât toate punctele de fierbere trebuie raportate împreună cu presiunea măsurată. "Punctul normal de fierbere" al unui compus se referă la punctul său de fierbere la o presiune de 760 mm Hg.

Punctul de fierbere al unui compus este o constantă fizică la fel ca punctul de topire și, prin urmare, poate fi utilizat pentru a susține identificarea unui compus. Cu toate acestea, spre deosebire de punctele de topire, punctele de fierbere nu sunt utilizate în general ca indicator al purității. Lichidele impure fierb pe o gamă de temperaturi (la fel ca punctele de topire), dar intervalul de temperatură nu se corelează bine cu puritatea. Prin urmare, măsurarea punctului de fierbere al unui compus este utilizată în principal pentru a susține identificarea acestuia.

Un punct de fierbere experimental este adesea comparat cu punctul de fierbere din literatura de specialitate, care este de obicei raportat pentru o atmosferă de presiune. Dacă un punct de fierbere este determinat la o presiune semnificativ diferită de 1 atmosferă, presiunea trebuie corectată. O regulă generală este că, pentru presiuni cuprinse între 10 % și o atmosferă, o scădere de 10 mm Hg a presiunii va reprezenta o scădere de 0,3-0,5 °C a punctului de fierbere. O altă regulă generală este că pentru fiecare înjumătățire a presiunii, punctul de fierbere scade cu aproximativ 10 °C.

Există o varietate de metode prin care poate fi determinat punctul de fierbere al unei probe, inclusiv distilarea, refluxul și utilizarea unui tub Thiele. Ceamai simplă metodă utilizează un tub Thiele și are avantajul de a utiliza mai puțin de 0,5 ml de material.

---

Metoda distilării

Există metode mai simple decât o distilare pentru a măsura punctul de fierbere al unui compus și se recomandă explorarea altor opțiuni (de exemplu, tubul Thiele) dacă acesta este singurul obiectiv. Cu toate acestea, dacă materialele sunt limitate sau dacă se planifică oricum o purificare, se poate utiliza o distilare pentru a determina punctul de fierbere al unui compus.

O distilare simplă ar trebui să fie suficientă pentru majoritatea situațiilor (fig. 1), iar în balonul de distilare ar trebui să se utilizeze cel puțin 5 ml de probă, împreună cu câteva pietre de fierbere sau o bară de agitare. Pe măsură ce cea mai mare parte a materialului se distilează, cea mai ridicată temperatură înregistrată pe termometru corespunde punctului de fierbere. O sursă majoră de eroare în această metodă este înregistrarea unei temperaturi prea scăzute, înainte ca vaporii fierbinți să scufunde complet bulbul termometrului. Asigurați-vă că monitorizați termometrul periodic, în special atunci când distilarea este activă. Înregistrați presiunea barometrică împreună cu punctul de fierbere.

Fig. 1 Distilare simplă

---

Metoda refluxului

O instalație de reflux poate fi, de asemenea, utilizată pentru a determina punctul de fierbere al unui compus. Refluxul este atunci când un lichid fierbe activ și se condensează, lichidul condensat revenind în balonul original. Acesta este analog cu o instalație de distilare, principala diferență fiind amplasarea verticală a condensatorului.

Fig. 2: a) Instalație de reflux, b) Introducerea termometrului digital în condensator, c) Poziția termometrului, d) Răcirea instalației

Dacă materialele sunt disponibile, cea mai bună instalație de reflux pentru această aplicație este prezentată în Fig. 2b și utilizează un condensator și un termometru digital la scară mică. Configurația utilizează 5 ml de lichid și câteva pietre de fierbere sau o bară de agitare. Condensatorul este atașat la balonul cu fund rotund, cu furtunul de apă inferior conectat la robinetul de apă, iar furtunul de apă superior se scurge în chiuvetă. Este important să se verifice dacă îmbinarea care leagă balonul și condensatorul este bine fixată. Lichidul se aduce la fierbere pe o baie de nisip, iar termometrul se plasează jos în aparat (fig. 2c), astfel încât centimetrul inferior să se afle între lichidul în fierbere și fundul condensatorului. În această poziție, termometrul poate măsura cu precizie vaporii fierbinți, iar temperatura se va stabiliza la punctul de fierbere al compusului.

Se înregistrează presiunea barometrică împreună cu punctul de fierbere.

Deși ar putea părea prudent să se plonjeze termometrul direct în lichidul care fierbe, este posibil ca lichidul să fie supraîncălzit sau mai fierbinte decât punctul său de fierbere. După determinarea punctului de fierbere, balonul trebuie ridicat din baia de nisip (fig. 2d) pentru a se răci, iar condensatorul trebuie ținut în funcțiune până când balonul este doar cald la atingere. În acest moment, instalația poate fi demontată.

În cazul în care nu este disponibil un condensator la scară microscopică, se poate utiliza și o metodă alternativă dereflux, după cum se arată în figura 3. Aproximativ 5 ml de probă se plasează într-o eprubetă medie (18 x 150 mm), cu termometrul fixat în interior, astfel încât să nu atingă părțile laterale ale sticlei. Aparatul este încălzit cu grijă pe o baie de nisip, astfel încât refluxul să se producă în mod controlabil și vaporii să nu iasă din tub. Temperatura în timpul refluxului se va stabiliza în cele din urmă (acest lucru durează ceva timp), iar cea mai ridicată temperatură înregistrată corespunde punctului de fierbere al compusului. Punctele de fierbere măsurate prin această metodă pot prezenta erori semnificative în cazul în care punctul de fierbere este foarte scăzut sau foarte ridicat (<70 °C sau >150 °C), deoarece compușii cu punct de fierbere scăzut se evaporă prea ușor, iar compușii cu punct de fierbere ridicat tind să se răcească prea ușor.

Fig. 3: Aparat de reflux folosind o baie de nisip și o eprubetă

Metoda tubului Thiele

Teoria tubului Thiele

Metoda tubului Thiele este una dintre cele mai simple metode de determinare a punctului de fierbere al unui compus și are avantajul de a utiliza cantități mici de material (mai puțin de 0,5 ml de probă). Proba este plasată într-un tub mic împreună cu un tub capilar inversat. Instalația este conectată la un termometru (figura 5) și încălzită în interiorul unui tub Thiele (figura 4) până la o temperatură puțin mai mare decât punctul de fierbere al compusului (care este evidențiat de un flux continuu de bule care ies din tubul capilar). Tubul este apoi lăsat să se răcească, iar în momentul în care lichidul este atras în tubul capilar, temperatura este punctul de fierbere al compusului.

Fig. 4: Aparatul cu tub Thiele

Această metodă utilizează definiția punctului de fierbere: temperatura la care presiunea vaporilor compusului este egală cu presiunea aplicată (atmosferică). Tubul capilar inversat acționează ca un rezervor pentru a capta vaporii compusului. Pe măsură ce aparatul este încălzit, aerul reținut inițial în tubul capilar se dilată și face să iasă bule din tub (fig. 5 b). Prin continuarea încălzirii, vaporii compusului ajung să deplaseze tot aerul prins, motiv pentru care se aplică căldură până când se formează un flux continuu de bule.

Când aparatul este răcit, presiunea din interiorul tubului capilar (datorată exclusiv vaporilor compusului) va ajunge la presiunea atmosferică, moment în care bulele vor încetini și lichidul va fi atras în tub. Temperatura lacare începe acest proces este punctul de fierbere al compusului (fig. 5 d).

Fig. 5: Determinarea punctului de fierbere: a) configurația inițială, b) după încălzirea peste punctul de fierbere, c) răcirea, d) lichidul tocmai intră în tubul capilar (temperatura este punctul de fierbere), e) lichidul se află în interiorul tubului capilar (temperatura este mai mică decât punctul de fierbere).

Procedura tubului Thiele

Fig. 6: a) Tubul Thiele, cu săgeata indicând înălțimea minimă a uleiului, b) Tub fixat de termometru cu o bandă elastică, c) Adăugarea probei, d) Introducerea tubului capilar

• Se obține un tub Thiele și se fixează pe un suport inelar în hota de fum (fig. 6a). Tubul este în mod normal umplut cu ulei mineral limpede, dar este posibil ca acesta să se fi întunecat din cauza oxidării sau a compușilor deversați. În cazul în care uleiul este foarte închis la culoare, acesta trebuie înlocuit. Uleiul trebuie umplut cu cel puțin 1 cm mai sus decât brațul triunghiular superior (un nivel adecvat al uleiului este indicat în fig. 6a), iar dacă este prea scăzut, uleiul nu va circula conform necesităților (fig. 7c).
• Introduceți un termometru într-un dop de cauciuc cu o singură gaură, cu o fantă pe o parte. Se atașează un mic flacon de sticlă ("tub Durham" sau tub de cultură de 6 x 50 mm) la termometru cu o mică bandă de cauciuc (fig. 6b). Parteainferioară a flaconului trebuie să fie la același nivel cu partea inferioară a termometrului.
• Umplețiflaconul aproximativ pe jumătate cu probă, ceea ce va necesita între 0,25-0,5 ml de probă (fig. 6c).
• Introduceți un tub capilar în probă (același tip care este utilizat pentru punctele de topire), cu capătul deschis în jos și capătul sigilat în sus (figura6d).

A-D: Secvență care arată introducerea și încălzirea tubului capilar cu termometru în interiorul tubului Thiele.
Fig. 7: a) Introducerea ansamblului în tubul Thiele, b) banda de cauciuc se află deasupra uleiului, c) încălzirea, d) bule puternice ale probei.

• Introduceți ansamblul cu dop de cauciuc și termometru în tubul Thiele, ajustând înălțimea astfel încât proba să se afle la jumătatea (dacă este posibil) în interiorul tubului (fig. 7a). Banda de cauciuc trebuie să fie mai înaltă decât partea superioară a uleiului mineral (fig. 7b), ținând seama de faptul că uleiul se poate dilata puțin în timpul încălzirii. Termometrul nu trebuie să atingă părțile laterale ale sticlei, iar dacă o face, trebuie prins în așa fel încât să nu se mai atingă.
• Se încălzește ușor uleiul pe brațul lateral al tubului Thiele cu un microbrichet, dacă este disponibil, sau cu un arzător Bunsen, folosind o mișcare înainte și înapoi (fig. 7c). Pe măsură ce uleiul se încălzește și devine mai puțin dens, acesta se va ridica și va urca pe porțiunea triunghiulară a tubului. Uleiul mai rece și mai dens se va scufunda, creând astfel un curent, așa cum se arată în Fig. 7c). Această metodă este o modalitate excelentă de încălzire indirectă și lentă a probei.
• Deși nu ar trebui să se vadă bule în tubul Thiele pe măsură ce acesta se încălzește, acestea apar frecvent dacă tubul a fost utilizat anterior pentru determinarea punctului de fierbere. În această metodă, banda de cauciuc se rupe ocazional, provocând căderea probei în ulei și contaminarea acestuia. Dacă uleiul nu este schimbat ulterior, proba poate fierbe atunci când este încălzită în tub. Este permisă continuarea încălzirii unui tub Thiele dacă se observă bule.
• Studiile privind această metodă au stabilit că este mai bine să se încălzească uleiul ușor și în mod continuu, deoarece oprirea și pornirea au afectat rezultatele.
• Se continuă încălzirea până când un flux viguros de bule iese din vârful tubului capilar (fig. 7d), astfel încât bulele individuale abia pot fi distinse. Scopul acestei etape este de a expulza aerul prezent inițial în tubul capilar și de a-l înlocui cu vaporii probei. Nu se încălzește atât de puternic încât întreaga probă să fiarbă. Atunci când bulele ies cu putere din tubul capilar, presiunea vaporilor din interiorul tubului este mai mare decât presiunea atmosferică (uleiul se află la o temperatură mai mare decât punctul de fierbere).
• Opriți arzătorul și lăsați aparatul să se răcească. Bulele vor încetini și în cele din urmă se vor opri. La un moment dat, presiunea vaporilor din interiorul tubului capilar va fi egală cu presiunea atmosferică și lichidul va fi atras în tub. Punctul de fierbere trebuie înregistrat ca fiind temperatura la care lichidul începe să intre în tubul capilar (fig. 8b).

Fig. 8: Intrarea în timp a lichidului în tubul capilar. Punctul de fierbere trebuie înregistrat ca temperatură la b)

• Înregistrați presiunea atmosferică împreună cu punctul de fierbere.

Manual video privind determinarea punctului de fierbere

Manual video de determinare a punctuluide fierbere

• G.Patton
• Jun 2, 2022

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

 

[ACAB]

Am efectuat o determinare a punctului de fierbere și aș dori să aflu părerea dumneavoastră. Scopul a fost de a determina puritatea nitroetanului. Am 3 surse diferite, o sticlă este etichetată 99+%, o sticlă este etichetată 99,99% și ultima nu este etichetată deloc.
Am următorul montaj experimental, balon cu agitator magnetic într-o manta de încălzire care controlează temperatura nitroetanului cu ajutorul unui senzor, deasupra acestuia un adaptor claisen cu termometru până la furcă și pe furcă un condensator de reflux. (Imagine)
Conform diferitelor surse, punctul de fierbere al nitroetanului este dat ca fiind 112-116°C sau 114°C sau 115°C fix.
Am reglat încălzitorul la 120°C în timp ce amestecam și am fiert la reflux timp de aproximativ 30 de minute.
Rezultate :
999hPa -->112°C (neetichetat).
999hPa-->116°C (99,99%)
1000hPa-->113°C (99+%)
Nitroetanul din balon nu a fost niciodată mai cald de 113-115°C, deși am setat 120°C.
Toate cele 3 loturi se îngălbenesc ușor, cred că este normal, adică să fi citit că se îngălbenește la oxigen și au mirosit mult mai intens după gătire, posibil pentru că a fost și ce mai cald.

Spoiler: Reflux