Bestämning av kokpunkt

[G.Patton]

Introduktion

I detta ämne kan du hitta metod för bestämning av kokpunkt, som kan användas för bedömning av flytande reagens. När du får ett konstigt vätskereagens kan du mäta kokpunkten och jämföra ditt resultat med litteraturdata för den valda föreningen.

Kokpunkten för en förening är den temperatur där fasförändringen mellan vätska och gas inträffar. I mer tekniska termer är det när en vätskas ångtryck är lika med dess applicerade tryck (vanligtvis atmosfärstrycket). Kokpunkter är mycket känsliga för förändringar i det applicerade trycket, så alla kokpunkter ska rapporteras med det uppmätta trycket. En förenings "normala kokpunkt" avser dess kokpunkt vid ett tryck på 760 mm Hg.

En förenings kokpunkt är en fysikalisk konstant precis som smältpunkten, och kan därför användas för att stödja identifieringen av en förening. Till skillnad från smältpunkter används kokpunkter dock inte generellt som en mätare av renhet. Orena vätskor kokar visserligen över ett temperaturintervall (på samma sätt som smältpunkter har en bredd), men temperaturintervallet korrelerar inte väl med renheten. Därför används mätning av en förenings kokpunkt främst för att stödja dess identifiering.

En experimentell kokpunkt jämförs ofta med litteraturens kokpunkt, som vanligtvis rapporteras för 1 atmosfärs tryck. Om en kokpunkt bestäms vid ett tryck som skiljer sig avsevärt från 1 atmosfär, bör trycket korrigeras. En allmän tumregel är att för tryck inom 10 % av en atmosfär ger en tryckminskning på 10 mm Hg en kokpunktssänkning på 0,3-0,5 °C. En annan tumregel är att för varje halvering av trycket sjunker kokpunkten med ca 10 °C.

Det finns en mängd olika metoder för att bestämma ett provs kokpunkt, t.ex. destillation, återflöde och med hjälp av ett Thiele-rör. Denenklaste metoden använder ett Thiele-rör och har fördelen att det går åt mindre än 0,5 ml material.

---

Destillationsmetod

Detfinns enklare metoder än destillation för att mäta en sammansättnings kokpunkt, och det rekommenderas att man undersöker andra alternativ (t.ex. Thiele-rör) om detta är det enda målet. Om materialet är begränsat, eller om en rening ändå planeras, kan en destillation användas för att bestämma en förenings kokpunkt.

En enkel destillation räcker i de flesta situationer (fig. 1), och minst 5 mL prov ska användas i destillationskolven tillsammans med några kokstenar eller en omrörare. När huvuddelen av materialet destilleras motsvarar den högsta temperatur som noteras på termometern kokpunkten. En stor felkälla med denna metod är att man registrerar för låg temperatur, innan heta ångor helt dränker in termometerbulben. Kontrollera termometern med jämna mellanrum, särskilt när destillationen pågår. Registrera barometertrycket tillsammans med kokpunkten.

Fig. 1 Enkel destillation

---

Refluxmetod

En återflödesuppställning kan också användas för att bestämma en förenings kokpunkt. Reflux är när en vätska aktivt kokar och kondenserar, varvid den kondenserade vätskan återgår till den ursprungliga kolven. Det äranalogt med en destillationsuppställning, med den största skillnaden att kondensorn är vertikalt placerad.

Fig. 2: a) Refluxuppställning, b) Insättning av digital termometer i kondensorn, c) Termometerns placering, d) Kylning av uppställningen

Om material finns tillgängligt visas denbästa återflödesuppställningen för denna applikation i fig. 2b och använder en mikroskalig kondensor och digital term ometer. I uppställningen används 5 mL vätska och några kokstenar eller en omrörare. Kondensorn fästs på den rundbottnade kolven, med den nedre vattenslangen ansluten till vattenkranen och den övre vattenslangen som dräneras till diskhon. Det är viktigt att kontrollera att kopplingen mellan kolven och kondensorn sitter ordentligt fast. Vätskan kokas upp på ett sandbad och termometern placeras lågt i apparaten (fig. 2c) så att den nedersta centimetern befinner sig mellan den kokande vätskan och kondensorns botten. I detta läge kan termometern noggrant mäta de heta ångorna och temperaturen stabiliseras vid föreningens kokpunkt.

Notera barometertrycket tillsammans med kokpunkten.

Även om det kan verka klokt att sticka ner termometern direkt i den kokande vätskan, är det möjligt att vätskan är överhettad, eller varmare än sin kokpunkt. Efter att kokpunkten har bestämts ska kolven lyftas upp ur sandbadet (fig. 2d) för att svalna och kondensorn hållas igång tills kolven bara är varm vid beröring. Vid denna tidpunkt kan uppställningen demonteras.

Om en mikroskalekondensor inte finns tillgänglig kan en alternativ återflödesmetod också användas, som visas i fig. 3. Ungefär 5 ml av provet placeras i ett medelstort provrör (18 x 150 mm) med termometern fastklämd inuti, så att den inte vidrör glasets sidor. Apparaten värms försiktigt upp på ett sandbad så att återflödet sker kontrollerat och ångor inte läcker ut från röret. Temperaturen under återflödet kommer så småningom att stabiliseras (detta tar lite tid), och den högsta noterade temperaturen motsvarar föreningens kokpunkt. De kokpunkter som uppmäts med denna metod kan ha betydande fel om kokpunkten är mycket låg eller hög (<70 °C eller >150 °C) eftersom lågkokande föreningar kokar bort för lätt och högkokande föreningar tenderar att svalna för lätt.

Fig. 3: Refluxapparat med sandbad och provrör

Thieles rörmetod

Thieles rörteori

Thieles rörmetod är en av de enklaste metoderna för att bestämma en förenings kokpunkt och har fördelen att man använder små mängder material (mindre än 0,5 mL prov). Provet placeras i ett litet rör tillsammans med ett inverterat kapillärrör. Uppställningen fästs vid en termometer (fig. 5) och värms upp i ett Thiele-rör (fig. 4) till en nivå som är något högre än föreningens kokpunkt (vilket framgår av att en kontinuerlig ström av bubblor kommer ut ur kapillärröret). Röretfår sedan svalna och i samma ögonblick som vätska dras in i kapillärröret är temperaturen föreningens kokpunkt.

Fig. 4: Thieles rörapparat

Denna metod använder definitionen av kokpunkt: den temperatur där föreningens ångtryck är lika med det applicerade (atmosfäriska) trycket. Det inverterade kapillärröret fungerar som en reservoar för att fånga upp föreningens ångor. När apparaten värms upp expanderar den luft som från början var instängd i kapillärröret och bubblor tränger ut ur röret (fig. 5 b). Med ytterligare uppvärmning kommer föreningens ångor så småningom att tränga undan all den instängda luften, vilket är anledningen till att värme tillförs tills det finns en kontinuerlig ström av bubblor.

När apparaten kyls kommer trycket inuti kapillärröret (enbart på grund av föreningens ångor) så småningom att motsvara atmosfärstrycket, varvid bubblorna kommer att avta och vätska dras in i röret. Dentemperatur där detta börjar är föreningens kokpunkt (fig. 5 d).

Fig.5: Bestämning av kokpunkten: a) Initial inställning, b) Efter uppvärmning till kokpunkten, c) Kylning, d) Vätskan kommer precis in i kapillärröret (temperaturen är kokpunkten), e) Vätskan är inne i kapillärröret (temperaturen är lägre än kokpunkten).

Procedur med Thiele-rör

Fig. 6: a) Thiele-rör, med pil som anger oljans lägsta höjd, b) Röret fäst vid termometern med ett gummiband, c) Tillsats av prov, d) Kapillärröret förs in

• Skaffa ett Thiele-rör och kläm fast det på ett ringstativ i dragskåpet (fig. 6a). Röret är normalt fyllt med klar mineralolja, men den kan ha mörknat på grund av oxidation eller utspillda föreningar. Om oljan är ganska mörk bör den bytas ut. Oljanska fyllas på minst 1 cm över den övre triangulära armen (en lämplig oljenivå visas i fig. 6a), ochom den är för låg kommer oljan inte att cirkulera som den ska (fig. 7c).
• Sätt in en termometer i en enhåls gummipropp med en slits på ena sidan. Fäst en liten glasflaska ("Durham-rör" eller 6 x 50 mm odlingsrör) på termometern med ett litet gummiband (fig. 6b). Botten på flaskan ska vara i jämnhöjd med termometerns botten.
• Fyll flaskan ungefär till hälften med prov, vilket innebär att det behövs mellan 0,25-0,5 mL prov (fig. 6c).
• För in ettkapillärrör i provet (samma typ som används för smältpunkter), med den öppna änden nedåt och den förslutna änden uppåt (fig. 6d).

A-D: Sekvens som visar införande och uppvärmning av kapillärrör med termometer i Thiele-röret.
Fig. 7: a) Montering i Thiele-röret, b) Gummibandet ligger ovanför oljan, c) Uppvärmning, d) Kraftig bubblande av provet.

• Placera gummiproppen och termometerenheten i Thieleröret och justera höjden så att provet befinner sig mitt i röret (om möjligt) (fig. 7a). Gummibandet ska vara högre än mineraloljans överkant (fig.7b), tänk på att oljan kan expandera något under uppvärmningen. Termometern får inte vidröra glasets sidor, och om den gör det ska den klämmas fast så att den inte längre vidrör glaset.
• Värm oljan försiktigt på Thiele-rörets sidoarm med en mikrobrännare (om sådan finns) eller en bunsenbrännare med en rörelse fram och tillbaka (fig. 7c). När oljan värms upp och blir mindre tät kommer den att stiga och röra sig uppför den triangulära delen av röret. Den kallare, tätare oljan sjunker och skapar därmed en ström (se fig. 7c). Denna metod är ett utmärkt sätt att indirekt och långsamt värma upp provet.
• Även om man inte bör se bubblor i Thiele-röret när det värms upp, är det vanligt att man ser sådana om röret tidigare har använts för kokpunktsbestämningar. I den här metoden går gummibandet ibland sönder, vilket gör att provet faller ner i oljan och förorenar den. Om oljan inte byts ut i efterhand kan provet koka när det värms upp i röret. Det ärokej att fortsätta värma ett Thiele-rör om bubblor syns.
• Studier av denna metod har visat att det är bäst att värma oljan försiktigt och kontinuerligt, eftersom stopp och start har försämrat resultaten.
• Fortsätt värma tills en kraftig ström av bubblor kommer ut från kapillärrörets spets (fig. 7d), så att enskilda bubblor knappt kan urskiljas. Syftet med detta steg är att driva ut den luft som ursprungligen fanns i kapillärröret och ersätta den med provets ånga. Värm inte så kraftigt att hela provet kokar bort. När bubblorna stiger kraftigt ur kapillärröret är ångtrycket i röret högre än atmosfärstrycket (oljan har en högre temperatur än kokpunkten).
• Stäng av brännaren och låt apparaten svalna. Bubblorna blir långsammare och stannar så småningom. Vid någon tidpunkt kommer ångtrycket inuti kapillärröret att vara lika med atmosfärstrycket och vätska kommer att dras in i röret. Kokpunkten bör registreras som den temperatur då vätskan precis börjar tränga in i kapillärröret (fig. 8b).

Fig. 8: Tidsförlopp för vätskans inträde i kapillärröret. Kokpunkten bör registreras som temperaturen vid b)

• Antecknaatmosfärstrycket tillsammans med kokpunkten.

Videohandbok för bestämning av kokpunkt

Videohandbokför bestämning av kokpunkt

• G.Patton
• 2 juni 2022

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

 

[ACAB]

Jag har gjort en kokpunktsbestämning och skulle vilja ha din åsikt. Syftet var att bestämma renheten hos nitroetan. Jag har 3 olika källor, en flaska är märkt 99+%, en flaska är märkt 99,99% och den sista är inte märkt alls.
Jag har följande experimentuppställning, kolv med magnetomrörare i en värmemantel som kontrollerar nitroetanens temperatur med en sensor, ovanpå den en claisenadapter med termometer ner till gaffeln och på gaffeln en återflödeskondensor. (Bild)
Enligt olika källor anges kokpunkten för nitroetan som 112-116°C eller 114°C eller 115°C fast.
Jag ställde in värmaren på 120°C under omrörning och kokade på återflöde i ca 30 minuter.
Resultat :
999hPa -->112°C (omärkt).
999hPa-->116°C (99,99%)
1000hPa-->113°C (99+%)
Nitroetanen i kolven var aldrig varmare än 113-115°C trots att jag hade ställt in 120°C.
Alla 3 satserna blir något gulaktiga, det tror jag är normalt, jag menar att ha läst att det blir gulaktigt vid syret och det har luktat mycket intensivare efter kokning, möjligen för att det också var varmare.

Spoiler: Återflöde