Ievads
Šajā tēmā atrodama viršanas punkta noteikšanas metode, ko var izmantot šķidrā reaģenta novērtēšanai. Iegūstot svešu šķidro reaģentu, var izmērīt viršanas temperatūru un salīdzināt savu rezultātu ar literatūras datiem par izvēlēto savienojumu.
Savienojuma viršanas temperatūra ir temperatūra, kurā notiek šķidruma un gāzes fāzes maiņa. Tehniski runājot, tas ir brīdis, kad šķidruma tvaika spiediens ir vienāds ar tā pielikto spiedienu (parasti atmosfēras spiedienu). Viršanas punkti ir ļoti jutīgi pret pieliktā spiediena izmaiņām, tāpēc visi viršanas punkti jānorāda kopā ar izmērīto spiedienu. Savienojuma "normālais viršanas punkts" ir tā viršanas punkts pie 760 mm Hg spiediena.
Savienojuma viršanas punkts ir fizikāla konstante, tāpat kā kušanas punkts, tāpēc to var izmantot, lai pamatotu savienojuma identifikāciju. Tomēr atšķirībā no kušanas temperatūras viršanas temperatūru parasti neizmanto kā tīrības rādītāju. Netīri šķidrumi vārās dažādos temperatūras diapazonos (līdzīgi kā kušanas punktiem ir platums), bet temperatūras diapazons nav labi saistīts ar tīrību. Tāpēc savienojuma viršanas temperatūras mērījumus galvenokārt izmanto, lai atbalstītu tā identifikāciju.
Eksperimentālo viršanas temperatūru bieži vien salīdzina ar literatūrā norādīto viršanas temperatūru, kas parasti tiek ziņota 1 atmosfēras spiedienam. Ja vārīšanās temperatūra ir noteikta pie spiediena, kas ievērojami atšķiras no 1 atmosfēras, spiediens jākoriģē. Vispārējs noteikums ir tāds, ka spiedienam 10 % robežās no vienas atmosfēras, ja spiediens samazinās par 10 mm Hg, tad vārīšanās temperatūra samazinās par 0,3-0,5 °C. Cits likums ir, ka, spiedienam samazinoties uz pusi, vārīšanās temperatūra pazeminās par aptuveni 10 °C.
Ir dažādas metodes, ar kurām var noteikt parauga vārīšanās temperatūru, tostarp destilācija, reflukss un Thiele caurules izmantošana. Visvienkāršākā metode ir izmantot Thiele caurulīti, un tās priekšrocība ir tā, ka tiek izmantots mazāk nekā 0,5 ml materiāla.
Savienojuma viršanas temperatūra ir temperatūra, kurā notiek šķidruma un gāzes fāzes maiņa. Tehniski runājot, tas ir brīdis, kad šķidruma tvaika spiediens ir vienāds ar tā pielikto spiedienu (parasti atmosfēras spiedienu). Viršanas punkti ir ļoti jutīgi pret pieliktā spiediena izmaiņām, tāpēc visi viršanas punkti jānorāda kopā ar izmērīto spiedienu. Savienojuma "normālais viršanas punkts" ir tā viršanas punkts pie 760 mm Hg spiediena.
Savienojuma viršanas punkts ir fizikāla konstante, tāpat kā kušanas punkts, tāpēc to var izmantot, lai pamatotu savienojuma identifikāciju. Tomēr atšķirībā no kušanas temperatūras viršanas temperatūru parasti neizmanto kā tīrības rādītāju. Netīri šķidrumi vārās dažādos temperatūras diapazonos (līdzīgi kā kušanas punktiem ir platums), bet temperatūras diapazons nav labi saistīts ar tīrību. Tāpēc savienojuma viršanas temperatūras mērījumus galvenokārt izmanto, lai atbalstītu tā identifikāciju.
Eksperimentālo viršanas temperatūru bieži vien salīdzina ar literatūrā norādīto viršanas temperatūru, kas parasti tiek ziņota 1 atmosfēras spiedienam. Ja vārīšanās temperatūra ir noteikta pie spiediena, kas ievērojami atšķiras no 1 atmosfēras, spiediens jākoriģē. Vispārējs noteikums ir tāds, ka spiedienam 10 % robežās no vienas atmosfēras, ja spiediens samazinās par 10 mm Hg, tad vārīšanās temperatūra samazinās par 0,3-0,5 °C. Cits likums ir, ka, spiedienam samazinoties uz pusi, vārīšanās temperatūra pazeminās par aptuveni 10 °C.
Ir dažādas metodes, ar kurām var noteikt parauga vārīšanās temperatūru, tostarp destilācija, reflukss un Thiele caurules izmantošana. Visvienkāršākā metode ir izmantot Thiele caurulīti, un tās priekšrocība ir tā, ka tiek izmantots mazāk nekā 0,5 ml materiāla.
Destilācijas metode
Lai noteiktu savienojuma viršanas temperatūru,ir vienkāršākas metodes nekā destilācija, un, ja tas ir vienīgais mērķis, ieteicams izpētīt citas iespējas (piemēram, Thiele caurulīti). Tomēr, ja materiālu ir ierobežoti vai ja attīrīšana tik un tā ir plānota, savienojuma viršanas punkta noteikšanai var izmantot destilāciju.
Lielākajā daļā gadījumu pietiek ar vienkāršu destilāciju (1. attēls), un destilācijas kolbā jāizmanto vismaz 5 ml parauga kopā ar dažiem vārošiem akmentiņiem vai maisīšanas stieni. Tā kā lielākā daļa materiāla pārtvaicējas, augstākā temperatūra, kas norādīta termometrā, atbilst viršanas temperatūrai. Galvenais kļūdu avots šajā metodē ir pārāk zemas temperatūras reģistrēšana, pirms karstie tvaiki pilnībā iegremdē termometra lodīti. Noteikti periodiski uzraugiet termometru, jo īpaši tad, kad notiek aktīva destilācija. Kopā ar viršanas temperatūru reģistrējiet arī barometrisko spiedienu.
Lielākajā daļā gadījumu pietiek ar vienkāršu destilāciju (1. attēls), un destilācijas kolbā jāizmanto vismaz 5 ml parauga kopā ar dažiem vārošiem akmentiņiem vai maisīšanas stieni. Tā kā lielākā daļa materiāla pārtvaicējas, augstākā temperatūra, kas norādīta termometrā, atbilst viršanas temperatūrai. Galvenais kļūdu avots šajā metodē ir pārāk zemas temperatūras reģistrēšana, pirms karstie tvaiki pilnībā iegremdē termometra lodīti. Noteikti periodiski uzraugiet termometru, jo īpaši tad, kad notiek aktīva destilācija. Kopā ar viršanas temperatūru reģistrējiet arī barometrisko spiedienu.
Atpakaļplūsmas metode
Lai noteiktu savienojuma viršanas temperatūru, var izmantot arī refluksa metodi. Atplūdums ir tad, kad šķidrums aktīvi vārās un kondensējas, un kondensētais šķidrums atgriežas sākotnējā kolbā. Tā ir analoga destilācijas metodei, ar galveno atšķirību, ka kondensators ir novietots vertikāli.
attēls: a) Atpakaļplūsmas iekārta, b) Digitālā termometra ievietošana kondensatorā, c) Termometra novietojums, d) Uzstādījuma dzesēšana
Ja ir pieejami materiāli, vislabākā refluksa iekārta šim lietojumam ir parādīta 2.b attēlā, un tajā izmanto mikrokategorijas kondensatoru un digitālo termometru. Uzstādījumā izmanto 5 ml šķidruma un dažus vārīšanās akmeņus vai maisīšanas stieni. Kondensatoru piestiprina kolbai ar apaļu dibenu, apakšējo ūdens šļūteni savieno ar ūdens sprauslu, bet augšējo ūdens šļūteni novada uz izlietni. Ir svarīgi pārbaudīt, vai savienojums, kas savieno kolbu un kondensatoru, ir droši piestiprināts. Šķidrumu uz smilšu vannas uzvāra līdz vārīšanās temperatūrai, un termometru ievieto zemā aparāta līmenī (2.c attēls) tā, lai apakšējais collas rādītājs būtu starp vārošo šķidrumu un kondensatora dibenu. Šādā stāvoklī termometrs var precīzi izmērīt karstos tvaikus, un temperatūra nostabilizēsies savienojuma viršanas punktā.
Kopā ar viršanas punktu reģistrē arī barometrisko spiedienu.
Lai gan varētu šķist saprātīgi iegremdēt termometru tieši verdošajā šķidrumā, ir iespējams, ka šķidrums var būt pārkarsēts jeb karstāks nekā tā viršanas punkts. Pēc viršanas punkta noteikšanas kolba jāpaceļ no smilšu vannas (2.d attēls), lai atdzistu, un kondensators jātur ieslēgts, līdz kolba ir tikai silta uz tausti. Šajā brīdī var izjaukt iekārtu.
. Ja nav pieejams mikroskalas kondensators , var izmantot arī alternatīvu refluksa metodi, kā parādīts 3. attēlā. Aptuveni 5 ml parauga ievieto vidējā mēģenē (18 x 150 mm) ar termometru, kas iespiests tās iekšpusē tā, lai tas nesaskaras ar stikla malām. Aparātu uzmanīgi uzkarsē uz smilšu vannas tā, lai reflukss notiktu kontrolēti un tvaiki neizplūstu no mēģenes. Temperatūra refluksa laikā galu galā nostabilizējas (tas prasa zināmu laiku), un augstākā reģistrētā temperatūra atbilst savienojuma viršanas temperatūrai. Ar šo metodi izmērītie viršanas punkti var būt ar ievērojamu kļūdu, ja viršanas punkts ir ļoti zems vai augsts (<70 °C vai >150 °C), jo savienojumi ar zemu viršanas temperatūru vārās pārāk viegli, bet savienojumi ar augstu viršanas temperatūru mēdz pārāk viegli atdzist.
Kopā ar viršanas punktu reģistrē arī barometrisko spiedienu.
Lai gan varētu šķist saprātīgi iegremdēt termometru tieši verdošajā šķidrumā, ir iespējams, ka šķidrums var būt pārkarsēts jeb karstāks nekā tā viršanas punkts. Pēc viršanas punkta noteikšanas kolba jāpaceļ no smilšu vannas (2.d attēls), lai atdzistu, un kondensators jātur ieslēgts, līdz kolba ir tikai silta uz tausti. Šajā brīdī var izjaukt iekārtu.
. Ja nav pieejams mikroskalas kondensators , var izmantot arī alternatīvu refluksa metodi, kā parādīts 3. attēlā. Aptuveni 5 ml parauga ievieto vidējā mēģenē (18 x 150 mm) ar termometru, kas iespiests tās iekšpusē tā, lai tas nesaskaras ar stikla malām. Aparātu uzmanīgi uzkarsē uz smilšu vannas tā, lai reflukss notiktu kontrolēti un tvaiki neizplūstu no mēģenes. Temperatūra refluksa laikā galu galā nostabilizējas (tas prasa zināmu laiku), un augstākā reģistrētā temperatūra atbilst savienojuma viršanas temperatūrai. Ar šo metodi izmērītie viršanas punkti var būt ar ievērojamu kļūdu, ja viršanas punkts ir ļoti zems vai augsts (<70 °C vai >150 °C), jo savienojumi ar zemu viršanas temperatūru vārās pārāk viegli, bet savienojumi ar augstu viršanas temperatūru mēdz pārāk viegli atdzist.
Thiele caurules metode
Thiele caurules teorijaThiele mēģenes metode ir viena no vienkāršākajām metodēm savienojuma viršanas punkta noteikšanai, un tās priekšrocība ir neliela materiāla daudzuma izmantošana (mazāk nekā 0,5 ml parauga). Paraugu ievieto mazā mēģenē kopā ar apgrieztu kapilāru. Uzstādījumu pievieno termometram (5. attēls) un silda Thiele caurulītē (4. attēls) līdz temperatūrai, kas ir nedaudz augstāka par savienojuma viršanas temperatūru (par ko liecina nepārtraukta burbuļu plūsma, kas izplūst no kapilārās caurulītes). Pēc tam caurulītei ļauj atdzist, un brīdī, kad šķidrums tiek ievilkts kapilārajā caurulītē, temperatūra ir savienojuma viršanas temperatūra.
attēls: Thiele caurules aparāts
Šī metode izmanto vārīšanās temperatūras definīciju: temperatūra, kurā savienojuma tvaika spiediens ir vienāds ar pielikto (atmosfēras) spiedienu. Apgrieztā kapilārā caurulīte darbojas kā rezervuārs, kas uztver savienojuma tvaikus. Uzkarsējot aparātu, sākotnēji kapilārajā caurulītē iesprostotais gaiss izplešas un izraisa burbuļu izkļūšanu no caurules (5.b attēls). Turpinot karsēšanu, savienojuma tvaiki galu galā izspiež visu iesprostoto gaisu, tāpēc karsēšanu veic, līdz burbuļu plūsma ir nepārtraukta.
. Kad aparātu atdzesē, galu galā spiediens kapilārajā caurulītē (tikai savienojuma tvaiku dēļ) izlīdzināsies ar atmosfēras spiedienu, un tad burbuļi palēnināsies un caurulītē ieplūdīs šķidrums. Temperatūra, kurā tas sākas, ir savienojuma viršanas temperatūra (5.d attēls).
. Kad aparātu atdzesē, galu galā spiediens kapilārajā caurulītē (tikai savienojuma tvaiku dēļ) izlīdzināsies ar atmosfēras spiedienu, un tad burbuļi palēnināsies un caurulītē ieplūdīs šķidrums. Temperatūra, kurā tas sākas, ir savienojuma viršanas temperatūra (5.d attēls).
5. attēls: Viršanas punkta noteikšana: a) sākotnējā uzstādīšana, b) pēc uzkarsēšanas virs viršanas punkta, c) atdzesēšana, d) šķidrums tikko ieplūst kapilārajā caurulē (temperatūra ir viršanas punkts), e) šķidrums ir kapilārajā caurulē (temperatūra ir zemāka par viršanas punktu).
Thiele caurules procedūra
attēls: a) Thiele caurulīte ar bultiņu, kas norāda minimālo eļļas augstumu, b) caurulīte piestiprināta termometram ar gumiju, c) parauga pievienošana, d) kapilārās caurulītes ievietošana.
- Iegūst Thiele caurulīti un piestiprina to pie gredzenveida statīva tvaika nosūcējā (6.a attēls). Parasti caurulīte ir piepildīta ar dzidru minerāleļļu, bet tā var būt tumšāka no oksidēšanās vai izlijušiem savienojumiem. Ja eļļa ir diezgan tumša, tā jānomaina. Eļļai jābūt piepildītai vismaz 1 cm augstāk par augšējo trīsstūrveida sviru (atbilstošs eļļas līmenis norādīts 6.a attēlā), un, ja eļļas līmenis ir pārāk zems, eļļa necirkulēs, kā nepieciešams (7.c attēls).
- Ievietojiet termometru gumijas aizbāžnī ar vienu caurumu vienā pusē. Piestipriniet nelielu stikla flakonu ("Dērhema caurulīti" vai 6 x 50 mm kultūras caurulīti) pie termometra ar nelielu gumiju (6.b attēls). Flakona apakšai jābūt vienā līmenī ar termometra apakšdaļu.
- Piepildiet flakonu ar paraugu apmēram līdz pusei, t. i., 0,25-0,5 ml parauga (6.c attēls).
- Ievietojiet paraugā kapilāru caurulīti (tādu pašu, kādu izmanto kušanas punktu noteikšanai) ar atvērto galu uz leju un aizzīmogoto galu uz augšu (6.d attēls).
A-D: secība, kurā redzama kapilārās caurulītes ievietošana un karsēšana ar termometru Thiele caurulītē.
7. attēls: a) mezgla ievietošana Thiele caurulītē, b) gumijas lente ir virs eļļas, c) karsēšana, d) spēcīga parauga burbuļošana.
- Ievieto gumijas aizbāžņa un termometra komplektu Thiele mēģenē, pielāgojot augstumu tā, lai paraugs būtu pa vidu (ja iespējams) mēģenes iekšpusē (7.a attēls). Gumijai jābūt augstāk par minerāleļļas augšējo daļu (7.b attēls), paturot prātā, ka karsēšanas laikā eļļa var nedaudz izplesties. Termometram nevajadzētu pieskarties stikla malām, un, ja tas pieskaras, tas jānostiprina tā, lai tas vairs nesaskaras.
- Uzkarsē eļļu viegli uz Thiele caurules sānu malas, izmantojot mikro degli, ja tāds ir, vai Bunsena degli, veicot kustības uz priekšu un atpakaļ (7.c attēls). Eļļai sasilstot un kļūstot mazāk blīvai, tā pacelsies un virzīsies augšup pa caurules trīsstūrveida daļu. Vēsākā, blīvākā eļļa grimst, tādējādi radot strāvu, kā parādīts 7.c attēlā.) Šī metode ir lielisks veids, kā netieši un lēni sildīt paraugu.
- Lai gan Thiele mēģenē sasilšanas laikā burbuļi nedrīkstētu būt redzami, tie parasti ir redzami, ja mēģene iepriekš izmantota viršanas temperatūras noteikšanai. Izmantojot šo metodi, gumijas lente reizēm pārtrūkst, paraugam iekrītot eļļā un to piesārņojot. Ja eļļa pēc tam netiek nomainīta, paraugs var uzvārīties, karsējot mēģenē. Ja redzami burbuļi, Thiele mēģenē var turpināt karsēšanu.
- Šīs metodes pētījumos ir konstatēts, ka eļļu vislabāk sildīt maigi un nepārtraukti, jo, pārtraucot un sākot sildīšanu, rezultāti ir pasliktinājušies.
- Turpināt karsēšanu, līdz no kapilārās caurulītes gala parādās spēcīga burbuļu plūsma (7.d attēls), tā, ka atsevišķus burbuļus gandrīz nevar atšķirt. Šā soļa mērķis ir izspiest kapilārajā caurulītē sākotnēji esošo gaisu un aizstāt to ar parauga tvaiku. Nekarsē tik spēcīgi, lai viss paraugs izvārītos. Kad burbuļi enerģiski izplūst no kapilārās caurulītes, tvaika spiediens caurulītē ir lielāks par atmosfēras spiedienu (eļļas temperatūra ir augstāka par viršanas temperatūru).
- Izslēdz degli un ļauj aparātam atdzist. Burbuļi palēnināsies un beidzot apstāsies. Kādā brīdī tvaika spiediens kapilārajā caurulē būs vienāds ar atmosfēras spiedienu, un caurulē ieplūdīs šķidrums. Vārīšanās temperatūra jāreģistrē kā temperatūra, kad šķidrums tikko sāk ieplūst kapilārajā caurulē (8.b attēls).
attēls: Šķidruma iekļūšana kapilārajā caurulītē laikā. Vārīšanās temperatūra jāreģistrē kā temperatūra b)
- Atmosfēras spiedienu reģistrē kopā ar vārīšanās temperatūru.
Viršanas punkta noteikšanas video pamācība
Last edited: