Uvod
V tej temi najdete metodo določanja vrelišča, ki se lahko uporablja za ocenjevanje tekočih reagentov. Ko dobite nenavaden tekoči reagent, lahko izmerite temperaturo vrelišča in svoj rezultat primerjate z literaturnimi podatki izbrane spojine.
Temperatura vrelišča spojine je temperatura, pri kateri pride do fazne spremembe med tekočino in plinom. V bolj tehničnem smislu je to trenutek, ko je parni tlak tekočine enak uporabljenemu tlaku (običajno atmosferskemu tlaku). Temperature vrelišča so zelo občutljive na spremembe uporabljenega tlaka, zato je treba vse temperature vrelišča navesti z izmerjenim tlakom. "Normalno vrelišče" spojine pomeni njeno vrelišče pri tlaku 760 mm Hg.
Vrelišče spojine je fizikalna konstanta tako kot tališče, zato se lahko uporabi za identifikacijo spojine. Za razliko od tališča pa se vrelišča na splošno ne uporabljajo kot merilo čistosti. Nečiste tekočine sicer vrejo pri različnih temperaturah (podobno kot so tališča široka), vendar temperaturni razpon ni dobro povezan s čistostjo. Zato se merjenje vrelišča spojine uporablja predvsem za podporo njene identifikacije.
Eksperimentalno vrelišče se pogosto primerja z vreliščem iz literature, ki je običajno navedeno za 1 atmosfero tlaka. Če je vrelišče določeno pri tlaku, ki se bistveno razlikuje od 1 atmosfere, je treba tlak popraviti. Splošno pravilo je, da pri tlakih, ki so v območju 10 % ene atmosfere, padec tlaka za 10 mm Hg pomeni padec vrelišča za 0,3-0,5 °C. Drugo pravilo pravi, da se za vsako polovico tlaka vrelišče zniža za približno 10 °C.
Obstajajo različne metode, s katerimi lahko določimo vrelišče vzorca, vključno z destilacijo, refluksom in z uporabo Thielejeve cevi. Najbolj enostavna metoda je uporaba Thielejeve epruvete, njena prednost pa je, da se pri njej porabi manj kot 0,5 ml materiala.
Temperatura vrelišča spojine je temperatura, pri kateri pride do fazne spremembe med tekočino in plinom. V bolj tehničnem smislu je to trenutek, ko je parni tlak tekočine enak uporabljenemu tlaku (običajno atmosferskemu tlaku). Temperature vrelišča so zelo občutljive na spremembe uporabljenega tlaka, zato je treba vse temperature vrelišča navesti z izmerjenim tlakom. "Normalno vrelišče" spojine pomeni njeno vrelišče pri tlaku 760 mm Hg.
Vrelišče spojine je fizikalna konstanta tako kot tališče, zato se lahko uporabi za identifikacijo spojine. Za razliko od tališča pa se vrelišča na splošno ne uporabljajo kot merilo čistosti. Nečiste tekočine sicer vrejo pri različnih temperaturah (podobno kot so tališča široka), vendar temperaturni razpon ni dobro povezan s čistostjo. Zato se merjenje vrelišča spojine uporablja predvsem za podporo njene identifikacije.
Eksperimentalno vrelišče se pogosto primerja z vreliščem iz literature, ki je običajno navedeno za 1 atmosfero tlaka. Če je vrelišče določeno pri tlaku, ki se bistveno razlikuje od 1 atmosfere, je treba tlak popraviti. Splošno pravilo je, da pri tlakih, ki so v območju 10 % ene atmosfere, padec tlaka za 10 mm Hg pomeni padec vrelišča za 0,3-0,5 °C. Drugo pravilo pravi, da se za vsako polovico tlaka vrelišče zniža za približno 10 °C.
Obstajajo različne metode, s katerimi lahko določimo vrelišče vzorca, vključno z destilacijo, refluksom in z uporabo Thielejeve cevi. Najbolj enostavna metoda je uporaba Thielejeve epruvete, njena prednost pa je, da se pri njej porabi manj kot 0,5 ml materiala.
Metoda destilacije
Za merjenje vrelišča spojineobstajajo preprostejše metode kot destilacija, zato je priporočljivo raziskati druge možnosti (npr. Thielejevo cevko), če je to edini cilj. Če pa so materiali omejeni ali če je čiščenje vseeno načrtovano, lahko za določitev vrelišča spojine uporabimo destilacijo.
V večini primerov zadostuje preprosta destilacija (slika 1), v destilacijski bučki pa je treba uporabiti vsaj 5 ml vzorca in nekaj vreliščnih kamnov ali mešalne palice. Ko se destilira večji del snovi, najvišja temperatura na termometru ustreza temperaturi vrelišča. Glavni vir napak pri tej metodi je zapisovanje prenizke temperature, preden vroča para popolnoma potopi bučko termometra. Termometer redno spremljajte, še posebej, ko je destilacija aktivna. Skupaj s temperaturo vrelišča zabeležite tudi barometrični tlak.
V večini primerov zadostuje preprosta destilacija (slika 1), v destilacijski bučki pa je treba uporabiti vsaj 5 ml vzorca in nekaj vreliščnih kamnov ali mešalne palice. Ko se destilira večji del snovi, najvišja temperatura na termometru ustreza temperaturi vrelišča. Glavni vir napak pri tej metodi je zapisovanje prenizke temperature, preden vroča para popolnoma potopi bučko termometra. Termometer redno spremljajte, še posebej, ko je destilacija aktivna. Skupaj s temperaturo vrelišča zabeležite tudi barometrični tlak.
Metoda refluksa
Za določanje vrelišča spojine lahko uporabimo tudi metodo refluksa. Refluks je stanje, ko tekočina aktivno vre in kondenzira, pri čemer se kondenzirana tekočina vrača v prvotno bučko. To je analogno destilaciji, glavna razlika pa je v navpični postavitvi kondenzatorja.
Slika 2: a) Naprava za refluks, b) Vstavitev digitalnega termometra v kondenzator, c) Položaj termometra, d) Hlajenje naprave
Če so na voljo materiali, je najboljša nastavitev refluksa za to uporabo prikaz ana na sliki 2b in uporablja kondenzator in digitalni termometer v mikrorazsežnosti. Pri tej nastavitvi se uporablja 5 mL tekočine in nekaj vreliščnih kamnov ali mešalnih palic. Kondenzator je pritrjen na bučko z okroglim dnom, pri čemer je spodnja vodna cev priključena na pipo za vodo, zgornja vodna cev pa se odvaja v umivalnik. Pomembno je preveriti, ali je spoj, ki povezuje bučko in kondenzator, dobro pritrjen. Tekočina zavre na peščeni kopeli, termometer pa se namesti nizko v aparat (slika 2c), tako da je spodnji palec med vrelo tekočino in dnom kondenzatorja. V tem položaju lahko termometer natančno meri vroče pare, temperatura pa se ustali na vrelišču spojine.
Skupaj s temperaturo vrelišča zabeležite tudi barometrični tlak.
Čeprav se zdi preudarno, da termometer potopite neposredno v vrelo tekočino, je možno, da je tekočina pregreta ali bolj vroča od svojega vrelišča. Po določitvi vrelišča je treba erlenmajerico dvigniti iz peščene kopeli (slika 2d), da se ohladi, kondenzator pa mora delovati, dokler je erlenmajerica topla na dotik. Na tej točki lahko napravo razstavimo.
Če kondenzator v mikrorazsežnosti ni na voljo, lahko uporabimo tudi alternativno metodorefluksa, kot je prikazana na sliki 3. Približno 5 ml vzorca se postavi v srednje veliko epruveto (18 x 150 mm), v katero se vpne termometer, tako da se ne dotika stranic stekla. Aparat se previdno segreva na peščeni kopeli, tako da je refluks nadzorovan in da hlapi ne uhajajo iz epruvete. Temperatura med refluksom se sčasoma ustali (to traja nekaj časa), najvišja zabeležena temperatura pa ustreza vrelišču spojine. Temperature vrelišča, izmerjene s to metodo, so lahko zelo napačne, če je temperatura vrelišča zelo nizka ali visoka (<70 °C ali >150 °C), saj spojine z nizkim vreliščem prelahko zavrejo, spojine z visokim vreliščem pa se prehitro ohladijo.
Skupaj s temperaturo vrelišča zabeležite tudi barometrični tlak.
Čeprav se zdi preudarno, da termometer potopite neposredno v vrelo tekočino, je možno, da je tekočina pregreta ali bolj vroča od svojega vrelišča. Po določitvi vrelišča je treba erlenmajerico dvigniti iz peščene kopeli (slika 2d), da se ohladi, kondenzator pa mora delovati, dokler je erlenmajerica topla na dotik. Na tej točki lahko napravo razstavimo.
Če kondenzator v mikrorazsežnosti ni na voljo, lahko uporabimo tudi alternativno metodorefluksa, kot je prikazana na sliki 3. Približno 5 ml vzorca se postavi v srednje veliko epruveto (18 x 150 mm), v katero se vpne termometer, tako da se ne dotika stranic stekla. Aparat se previdno segreva na peščeni kopeli, tako da je refluks nadzorovan in da hlapi ne uhajajo iz epruvete. Temperatura med refluksom se sčasoma ustali (to traja nekaj časa), najvišja zabeležena temperatura pa ustreza vrelišču spojine. Temperature vrelišča, izmerjene s to metodo, so lahko zelo napačne, če je temperatura vrelišča zelo nizka ali visoka (<70 °C ali >150 °C), saj spojine z nizkim vreliščem prelahko zavrejo, spojine z visokim vreliščem pa se prehitro ohladijo.
Metoda Thielejeve epruvete
Teorija Thielejeve epruveteMetoda Thielejeve epruvete je ena najpreprostejših metod za določanje vrelišča spojine, njena prednost pa je uporaba majhnih količin materiala (manj kot 0,5 ml vzorca). Vzorec se namesti v majhno epruveto skupaj z obrnjeno kapilarno cevko. Sestava se pritrdi na termometer (slika 5) in segreje v Thielejevi cevi (slika 4) na temperaturo, ki je nekoliko višja od vrelišča spojine (kar dokazuje neprekinjen tok mehurčkov iz kapilarne cevi). Cev se nato ohladi in v trenutku, ko se v kapilarno cevko vsrka tekočina, je temperatura vrelišča spojine.
Slika 4: Thielejeva cevna naprava
Ta metoda uporablja definicijo vrelišča: temperatura, pri kateri je parni tlak spojine enak uporabljenemu (atmosferskemu) tlaku. Obrnjena kapilarna cev deluje kot rezervoar, v katerem se zadržujejo hlapi spojine. Ko se aparat segreva, se zrak, ki je sprva ujet v kapilarni cevi, razširi in povzroči, da iz cevi izhajajo mehurčki (slika 5 b). Z nadaljnjim segrevanjem hlapi spojine sčasoma izpodrinejo ves ujet zrak, zato se segreva, dokler se ne pojavi neprekinjen tok mehurčkov.
Ko se aparat ohladi, se tlak v kapilarni cevi (izključno zaradi hlapov spojine) sčasoma izenači z atmosferskim tlakom in takrat se mehurčki upočasnijo, v cev pa se vsrka tekočina. Temperatura, pri kateri se to začne, je vrelišče spojine (slika 5 d).
Ko se aparat ohladi, se tlak v kapilarni cevi (izključno zaradi hlapov spojine) sčasoma izenači z atmosferskim tlakom in takrat se mehurčki upočasnijo, v cev pa se vsrka tekočina. Temperatura, pri kateri se to začne, je vrelišče spojine (slika 5 d).
Slika 5: Določanje vrelišča: a) začetna nastavitev, b) po segrevanju preko vrelišča, c) hlajenje, d) tekočina pravkar vstopa v kapilarno cevko (temperatura je vrelišče), e) tekočina je v kapilarni cevi (temperatura je nižja od vrelišča).
Postopek s Thielejevo cevjo
Slika 6: a) Thielejeva cevka s puščico, ki označuje najmanjšo višino olja, b) cevka, pritrjena na termometer z gumico, c) dodajanje vzorca, d) vstavljanje kapilarne cevke
- Pridobite Thielejevo cevko in jo pritrdite na obročno stojalo v digestoriju (slika 6a). Cevka je običajno napolnjena s prozornim mineralnim oljem, vendar je lahko potemnela zaradi oksidacije ali razlitih spojin. Če je olje precej temno, ga je treba zamenjati. Olje mora biti napolnjeno vsaj 1 cm višje od zgornje trikotne roke (ustrezna raven olja je označena na sliki 6a), če je prenizko, olje ne bo krožilo, kot je potrebno (slika 7c).
- Termometer vstavite v gumijasti zamašek z enim ušesom in zarezo na eni strani. Na termometer z majhnim gumijastim trakom pritrdite majhno stekleno vialo ("Durhamova epruveta" ali epruveta za kulturo 6 x 50 mm) (slika 6b). Dno viale mora biti poravnano z dnom termometra.
- Vialo napolnite z vzorcem približno do polovice, kar pomeni, da potrebujete 0,25-0,5 ml vzorca (slika 6c).
- V vzorec vstavite kapilarno cevko (enako, kot se uporablja za določanje tališča), odprtim koncem navzdol in zatesnjenim koncem navzgor (slika 6d).
A-D: Zaporedje, ki prikazuje vstavljanje in segrevanje kapilarne cevke s termometrom v Thielejevi cevi.
Slika 7: a) vstavljanje sklopa v Thielejevo cevko, b) gumijasti trak je nad oljem, c) segrevanje, d) intenzivno mehurjenje vzorca.
- V Thielejevo epruveto vstavite sklop gumijastega zamaška in termometra ter prilagodite višino tako, da je vzorec na sredini (če je mogoče) znotraj epruvete (slika 7a). Gumijasti trak mora biti višje od vrha mineralnega olja (slika 7b), pri čemer je treba upoštevati, da se lahko olje med segrevanjem nekoliko razširi. Termometer se ne sme dotikati stranic stekla, če pa se dotika, ga je treba vpenjati tako, da se ne dotika več.
- Olje na stranski ročici Thielejeve epruvete nežno segrevajte z mikrovalnikom, če ga imate na voljo, ali Bunsenovim gorilnikom z gibanjem naprej in nazaj (slika 7c). Ko se olje segreje in postane manj gosto, se dvigne in potuje navzgor po trikotnem delu cevi. Hladnejše in gostejše olje se bo potopilo in tako ustvarilo tok, kot je prikazano na sliki 7c). Ta metoda je odličen način za posredno in počasno segrevanje vzorca.
- Čeprav med segrevanjem v Thielejevi epruveti ne bi smeli opaziti mehurčkov, jih pogosto opazimo, če je bila epruveta predhodno uporabljena za določanje vrelišča. Pri tej metodi se gumijasti trak občasno pretrga, zaradi česar vzorec pade v olje in ga onesnaži. Če olja pozneje ne zamenjamo, lahko vzorec med segrevanjem v epruveti zavre. Če se pojavijo mehurčki, je dovoljeno nadaljevati segrevanje Thielejeve epruvete.
- Študije te metode so pokazale, da je najbolje olje segrevati nežno in neprekinjeno, saj so se rezultati zaradi ustavljanja in zagona poslabšali.
- Segrevanje nadaljujte, dokler se iz konice kapilarne cevke ne pojavi močan tok mehurčkov (slika 7d), tako da je posamezne mehurčke komaj mogoče razločiti. Namen tega koraka je izločiti zrak, ki je bil prvotno prisoten v kapilarni cevi, in ga nadomestiti s paro vzorca. Ne segrevajte tako močno, da bi celoten vzorec zavrel. Ko se mehurčki intenzivno pojavljajo iz kapilarne cevi, je tlak pare v cevi večji od atmosferskega tlaka (olje ima višjo temperaturo od temperature vrelišča).
- Izklopite gorilnik in počakajte, da se aparat ohladi. Mehurčki se bodo upočasnili in sčasoma ustavili. V nekem trenutku bo parni tlak v kapilarni cevki enak atmosferskemu tlaku in v cevko se bo vsesala tekočina. Temperaturovrelišča zabeležite kot temperaturo, ko tekočina šele začne vstopati v kapilarno cevko (slika 8b).
Slika 8: Časovni potek vstopa tekočine v kapilarno cevko. Temperaturovrelišča je treba zabeležiti kot temperaturo pri b)
- Skupaj s temperaturo vrelišča zabeležite tudi atmosferski tlak.
Video priročnik za določanje vrelišča
Last edited: