Определение температуры плавления твердого вещества

Температура плавления вещества - это температура, при которой одновременно сосуществуют и находятся в равновесии жидкая и твердая фаза. Температура плавления является важной физической константой, использующейся для идентификации и контроля чистоты органического вещества.

Обычно чистое вещество плавится в интервале 0,5- 1,0⁰С, тогда как загрязненное вещество имеет более широкий интервал плавления, лежащий при более низких температурах. Поэтому перед определением температуры плавления вещество подвергают очистке, например, перекристаллизацией. Разные вещества могут плавиться при близких или одной и той же температуре. В этом случае определяют температуру плавления смешанной пробы обоих веществ (в соотношении I: I), причем если такая проба плавится при той же температуре, то это одинаковые соединения, а если при более низкой, то разные. Внешними признаками начала плавления вещества служат: уплотнение пробы, состоящей из кусочков или кристаллов, появление пузырьков воздуха, появление жидкой прозрачной фазы. Плавление некоторых веществ сопровождается разложением, на что указывает выделение кристаллизационной воды или газа, а также изменение окраски (потемнение или даже почернение пробы). Это затрудняет точное определение температуры плавления или начала разложения вещества. Для повышения надежности измерений температуру плавления обычно определяют в двух параллельных опытах.

Приступая к определению температуры плавления вещества, важно знать приблизительный интервал температур, в котором можно ожидать плавления данного соединения. Его можно установить, плавя кристаллик вещества на кончике термометра, укрепленного в горизонтальном положении (обогрев ведется на воздушной бане и использованием закрытой плитки). Так определяют температуру плавления с точностью до 2-3⁰С.

Более точно температуру плавления определяют в запаянных с одного конца капиллярах диаметром 0,8-1,0 мм и длиной 40-50 мм, изготовляемых вытягиванием чистой стеклянной трубки сечением 10-12 мм. Измельченное в небольшой ступке или на часовом стекле с помощью стеклянного “гвоздика” вещество набивают в капилляр, периодически уплотняя сбрасыванием капилляра запаянным концом вниз на часовое стекло через стеклянную ступку высотой 50-80 см и диаметром 10-12 мм. Набивку продолжают до тех пор, пока вещество в капилляре не займет 3-5 мм его высоты у запаянного конца. Если вещество при нагревании возгоняется, капилляр запаивают и на другом конце. Подготовленный капилляр с помощью резинового кольца (вырезается из силиконового шланга подходящего диаметра) укрепляют на термометре так, чтобы вещество находилось на середине или чуть выше ртутного шарика термометра. Термометр с капилляром помещают в прибор с термостатирующей жидкостью или специальный электроприбор ПТП. Прибор Тиля должен обязательно сообщаться с атмосферой (перед работой следует проверить, открыты ли соответствующие отверстия). Особую осторожность нужно соблюдать при работе с серной кислотой (очки!). Чтобы серная кислота не темнела, в нее добавляют кристаллики селитры (NaNO₃). До температур на 15-20 ⁰С ниже температуры плавления нагрев ведут со скоростью 5-10 ⁰С/мин. Точку плавления определяют по внешним изменениям образца.

Определение температуры кипения жидкого вещества

Кипение – это процесс перехода жидкости в пар с образованием пара по всему объему жидкости в виде пузырьков. При температуре кипения вещества давление насыщенного пара над кипящей жидкостью равно внешнему давлению.

В большинстве случаев за температуру кипения жидкости принимают интервал температур при перегонке вещества.

При работе с маленькими объемами для определения их температуры кипения используют методы Сиволобова и Эмиха.

Метод Сиволобова. Несколько капель вещества помещают в стеклянную запаянную с одного конца трубку диаметром 4-6 мм и длиной 4-5 см. В эту трубку вставляют открытым концом вниз капилляр, запаянный на расстоянии 1 см от нижнего погруженного в жидкость конца (при этом уровень жидкости в трубке должен быть выше места запаивания капилляра). Трубку с капилляром прикрепляют к термометру резиновым кольцом и помещают в прибор для определения температуры плавления. При нагревании из тонкого капилляра начинают выделяться пузырьки воздуха. Температурой кипения считают показания термометра в момент образования непрерывной цепочки пузырьков пара или обрыва ее при охлаждении.

Метод Эмиха. Температуру кипения определяют в трубке с оттянутым (примерно 2 см) капилляром. В капилляр засасывают каплю исследуемого вещества, а затем конец капилляра запаивают так, чтобы между запаянным концом и каплей вещества оставался небольшой пузырек воздуха. Капилляр помещают в прибор для определения температуры плавления. При нагревании пузырек воздуха расширяется и поднимает каплю вещества вверх по капилляру. Температурой кипения считают показания термометра в момент достижения каплей вещества уровня жидкости в нагревательной бане.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Органикум - М.: Мир, 1979, 1992. Т.1,2.

2. Практикум по органической химии / Под ред. О. Ф. Гинзбурга. - М., 1989.

3. Органический синтез / Под ред. Н.В. Васильевой. - М., 1986.

4. Голодников Г.В. Практикум по органическому синтезу. - Л., 1976.

5. Храмкина М.Н. Практикум по органическому синтезу. - Л., 1988.

6. Практикум по органическому синтезу. М.: Просвещ., 1974.

7. Общий практикум по органической химии / Под ред. А.Н.Коста. - М.: Мир, 1965.

8. Лабораторная техника органической химии / Под ред. Б.Кейла - М.: Мир, 1966.

9. Справочник химика: В 8-т. – Л.: Химия, Т.1, 1966, Т.2, 1963.

10. Гордон А., Форд Р. Спутник химика. - М.: Мир, 1976.

11. Свойства органических соединений: Справочник / Ред. А.А. Потехина - Л: Химия, 1984.