13.9. Определение температур плавления и кипения

Определение температур плавления небольших количеств твер­дой фазы капиллярным методом рассмотрено в разд. 7.8 (рис. 145 и 146), а температур кипения жидкостей - в разд. 8.7, где приведен на рис. 174,6 прибор Сиволобова. В том и другом слу­чаях для определения этих физических констант требуется всего 20 - 50 мг вещества. Ниже рассмотрена другая лабораторная техника.

Определение температур плавления вещества под микроско­пом происходит с применением специальных блоков нагрева­ния. Рассмотрим схемы наиболее типичных из них.

Самый простой блок (нагревательный столик) применяют для определения температуры плавления вещества в интервале 30 -200 °С. Электронагревателем служит медное кольцо 6 (рис. 323,а), на котором расположен плоский стеклянный сосуд 3 с прозрачным силиконовым маслом. В центре верхней поверхности сосуда находится углубление для размещения нескольких кристалликов вещества, закрытое сверху покровным стеклом 2. В сосуд введена термопара 4, откалиброванная в дан­ном блоке по реперным веществам (см. разд. 5.6). Медное коль­цо теплоизолировано от столика микроскопа 7 асбестовой прокладкой 5.

Температуру плавления вещества отмечают в тот момент, I когда грани и углы кристаллов, рассматриваемые в микроскоп 1, начинают расплываться и появляются первые микрокапли жидкой фазы.

Блок с теплоизоляционной камерой 3 (рис. 323,6) имеет два покровных стекла 6, между которыми располагают кристаллы вещества 7 и спай термопары 5, изготовленной из тонкой проволоки диаметром 0,10-0,15 мм. Место спая и вещество находят­ся в поле зрения исследователя (микроскоп 1). Зазор между по­кровными стеклами составляет всего 0,2 мм. Сверху и снизу покровных стекол располагают электронагреватели 4 либо в виде медных колец, имеющих по бокам отростки с нихромовой спиралью, либо в виде кольцевой кварцевой трубки с такой же спиралью. В интервале предполагаемой температуры плавления вещества скорость нагрева снижают до 4 - 6 °С/мин.

Рис 323 Блоки для определения температур плавления веществ под микроско­пом (а - в).

Капилляр Эмиха (г) и капилляр для определения плотности ве­щества (д)

Температуру плавления веществ ниже О °С определяют под микроскопом 1, предметный столик 6 которого оборудован мед­ным плоским блоком 2 (рис. 323,в), соединенным толстым мед­ным стержнем 7 с сосудом Дьюара 8 с жидким азотом. Запоте­вание предметных стекол 3 устраняют смазыванием их глицери­ном или нанесением тонкого слоя желатина. Зазор между пред­метными стеклами герметизируют смесью вазелина с парафи­ном или другими замазками (см. разд. 1.7). Нижнее предметное стекло нагревают медным кольцом 5, снабженным электрона­гревательной спиралью, а температуру контролируют термопа­рой 4.

Температуру кипения жидкости (0,1 - 2,0 мл) определяют при помощи капилляра Эмиха (рис. 323,г). Конец трубки 3 диа­метром 0,5 - 1,0 мм вытягивают в капилляр диаметром около 0,1 мм и длиной 10-15 мм. Обрезают его конец, полученной таким способом микропипеткой касаются капли жидкости, которая тотчас же заполняет капилляр. Конец капилляра быстро запаи­вают в пламени микрогорелки так, чтобы под жидкостью 2 остался маленький пузырек воздуха 1. Приготовленный капилляр при­крепляют к термометру и погружают вместе с ним в жидкост­ную баню. В качестве бани удобно использовать химический стакан полностью обернутый асбестом, в котором с противопо­ложных сторон прорезаны два окошка для наблюдения за пу­зырьком воздуха при помощи лупы или микроскопа.

При медленном нагревании бани пузырек поднимается и до­стигает уровня жидкости в бане в тот момент, когда термометр показывает тепературу кипения жидкости, находящейся в ка­пилляре. При первых признаках движения пузырька или стол­бика жидкости вверх нагревание бани прекращают. Для провер­ки полученного значения температуры кипения баню охлаждают на 10 - 15 °С и снова медленно нагревают. В полученное значе­ние температуры кипения вводят поправку на атмосферное дав­ление (см. разд. 8.7).

Гарсиа предложил обходиться без пузырька воздуха. По его методу жидкость в капилляр вносят баллончиком и переводят ее в запаянную часть капилляра центрифугированием. Затем капилляр, прикрепленный к термометру, погружают в баню, которую медленно нагревают до тех пор, пока на открытом конце капилляра не образуется капля жидкости, после чего на­гревание прекращают, чтобы капля затянулась в капилляр.

Температура, при которой мениск жидкости в капилляре совпадает с уровнем жидкости в бане, принимают за температу­ру кипения жидкости, введенной в капилляр. В этом методе пространство ниже капли полностью заполнено паром жид­кости, что более приближается к условиям равновесия между паром и жидкостью, чем в присутствии воздуха.