книги из ГПНТБ / Гусев В.П. Технический анализ при отделке тканей и трикотажных изделий учебник

Г Л А В А III

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ КОНСТАНТ ТЕКСТИЛЬНО-ВСПОМОГАТЕЛЬНЫХ ВЕЩЕСТВ

Качество текстильно-вспомогательных веществ часто характе­ ризуют их физическими свойствами. Основными физическими кон­ стантами веществ являются: температуры плавления или кристал­ лизации, температура кипения, плотность жидких веществ или рас­ творов, показатель преломления, вязкость жидкостей.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ ПЛАВЛЕНИЯ

Температурой плавления называют температуру перехода ве­ щества из твердого состояния в жидкое. Температура плавления химически чистого вещества является постоянной величиной, по­ этому температура плавления характеризует сте­ пень чистоты продукта. Присутствие примесей

или влаги снижает температуру плавления.

Для определения температуры плавления при­ меняют прибор (рис. 2), который состоит из круглодонной колбы 1 емкостью 150—200 мл с горлом длиной не менее 100 мм и диаметром 30—40 мм, и пробирки 2 длиной 150 мм и диа­ метром 20—25 мм с приплавленными к ней че­ тырьмя отростками 3 на расстоянии 30 мм от ее

или серную кислоту в таком количестве, чтобы резервуар термо­ метра был погружен в жидкость, а если температура плавления превышает 250° С, то в пробирку наливают смесь серной кислоты и сульфата калия. Пробирка от дна колбы должна быть на рас­ стоянии 1—2 см, а нижний конец термометра должен находиться на несколько миллиметров выше дна пробирки.

Перед определением температуры плавления испытуемое веще­ ство должно быть предварительно высушено до постоянной массы

60

в условиях, указанных в стандарте на вещество, и тонко растерто

впорошок. Им наполняют стеклянный капилляр, запаянный с од­ ного конца и имеющий длину 40—50 мм и диаметр 0,8—1,0 мм. Слой испытуемого вещества в капилляре уплотняют до высоты 2—3 мм, для чего капилляр пять-шесть раз бросают в стеклянную трубку высотой около 0,8 м, установленную вертикально на стек­ лянную пластинку.

Если твердое вещество, взятое для определения, не растирается

впорошок (жиры, воск, смолы, парафин и др.), его расплавляют

вфарфоровой чашке на водяной бане при возможно более низкой температуре, перемешивают, заполняют им капиллярную трубочку длиной 60 мм с внутренним диаметром 1—2 мм, открытую с обоих концов, погружая ее в расплавленное вещество. Когда в трубочке образуется слой вещества высотой 10 мм, ее охлаждают при тем­ пературе + 10° С в течение 24 ч или помещают на лед на 2 ч.

Капилляр с испытуемым веществом с помощью резинового кольца прикрепляют к термометру так, чтобы центр слоя вещества

вкапилляре был на уровне середины ртутного резервуара термо­ метра. Термометр и капилляр помещают в пробирку прибора так, чтобы они не касались дна и стенок пробирки.

Прибор закрепляют в лапке штатива над асбестированной сет­ кой и нагревают газовой горелкой или электроплиткой до темпе­ ратуры на 20—30° С ниже предполагаемой температуры плавления вещества. Затем продолжают медленно нагревать со скоростью 1—2° С в минуту, замедляя скорость нагревания за 5° С до пред­ полагаемой температуры плавления до 0,5° С в минуту.

Наблюдение за процессом плавления ведут через защитный двухслойный экран из силикатного и органического стекла.

Началом плавления считают появление первой капли расплав­ ленного вещества и мениска в капилляре, а концом — момент пол­ ного расплавления вещества. Обе температуры отмечают и счи­ тают интервалом плавления вещества. Этот интервал обычно не более 1—2° С. Большой температурный интервал указывает на на­ личие примесей в испытуемом веществе.

Если применяют неукороченные термометры, к температуре плав­ ления выше 40° С вносят поправку на выступающий над пробкой столбик ртути. При этом, когда наблюдаемая температура плав­ ления лежит в пределах 41—60° С, поправку вносят, если столбик

пающем ртутном столбике на 2° и больше.

Величину температурной поправки вычисляют по формуле:

At = 0,00016/г —12),

где h — высота выступающего над пробкой столбика ртути, выра­ женная в градусах шкалы термометра;

ti — наблюдаемая температура плавления, °С;

t2— температура окружающего воздуха вблизи середины стол-

61

бика ртути, выступающего над пробкой, измеренная вто­ рым термометром, °С.

Истинную температуру плавления находят, добавляя поправку к наблюдаемой температуре.

Допускаемое отклонение в параллельных определениях темпе­ ратуры плавления 0,2° С.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ

Температурой кристаллизации (затвердевания) называют тем­ пературу перехода вещества из жидкого состояния в твердое. У химически однородных веществ температура кристаллизации должна совпадать с температурой плавления. Присутствие приме­ сей снижает температуру кристаллизации.

На результаты определения оказывает влияние степень пере­ охлаждения вещества перед началом кристаллизации. Если веще­ ство перед кристаллизацией не переохлаждается, то при его кри­ сталлизации температура остается постоянной, а после окончания кристаллизации — понижается. В тех случаях, когда вещество пе­ ред кристаллизацией переохлаждается, при его кристаллизации температура вначале повышается, затем на некоторое время ос­ тается постоянной, а потом — понижается. В последнем случае за температуру кристаллизации принимают наиболее высокую тем­ пературу этого процесса. Для веществ, способных к переохлажде­ нию, кристаллизацию ускоряют перемешиванием или добавлением в охлажденный продукт кристаллика этого же вещества («за­ травки»).

Для определения температуры кристаллизации веществ, имею­ щих температуру плавления в пределах от —10 до +100° С, поль­

п е р а т у р ы к р и с т а л л и з а ц и и н и з к о п л а в к и х в е щ е с т в представляет собой стеклянный сосуд с двой­ ными стенками, между которыми создано разряжение для обеспечения медленного охлаждения веществ в со­ суде. Прибор закрывают корковой пробкой со вставлен­ ным в нее укороченным термометром с ценой деления 0,1 или 0,2° С. Для определения температуры кристаллиза­ ции в пределах 30—100°С рекомендуется пользоваться специальным термометром, прилагаемым к этому при­ бору. При применении обычного неукороченного термо­ метра к наблюдаемой температуре вносят поправку на выступающий над верхним срезом пробки столбик ртути.

Рис. 3. Прибор Жукова

62

Перед определением температуры кристаллизации вещество

жидкость, то для высушивания 100 мл его помещают в кониче­ скую колбу или стакан емкостью 250 мл, нагревают в термостате до 80° С, а затем насыпают в колбу 50 г высушенного гипса, взбалтывают и оставляют на 30 мин при комнатной температуре, периодически взбалтывая. Верхний слой жидкости после отстаи­ вания сливают в сосуд прибора Жукова.

Для высушивания кристаллического при комнатной темпера­ туре вещества 100 г его помещают в стакан и расплавляют в тер­ мостате при температуре на 10—20° С выше его температуры плав­ ления. Затем добавляют 50 г высушенного гипса и выдерживают 30 мин в термостате при той же температуре, периодически взбал­ тывая, после чего осторожно сливают расплав с осадка в сосуд прибора Жукова, выдержанный предварительно в термостате при той же температуре, что и испытуемое вещество.

Определение температуры кристаллизации в приборе Жукова проводят после заполнения сосуда прибора жидким или расплав­ ленным испытуемым веществом на 3Д объема. Прибор закрывают пробкой со вставленным в нее термометром и оставляют для ох­ лаждения на воздухе, если температура кристаллизации выше ком­ натной температуры не менее чем на 10° С, или в охлаждающей бане, если температура кристаллизации ниже. Резервуар термометра дол­ жен находиться в середине слоя налитого в сосуд испытуемого вещества и не должен касаться стенок и дна сосуда.

Во время охлаждения вещества в приборе наблюдают за изме­ нением температуры. Для веществ, которые при переходе в твер­ дое состояние способны перед кристаллизацией охлаждаться до температуры более низкой, чем температура кристаллизации, после охлаждения их до температуры на 2—-3°С ниже предпола­ гаемой температуры кристаллизации проводят осторожное переме­ шивание продукта термометром, не касаясь стенок и дна сосуда. Если при этом кристаллизация ие начинается, добавляют кристал­ лик испытуемого вещества и продолжают перемешивание. Чтобы приготовить «затравку» низкоплавящегося вещества, берут в про­ бирку небольшое количество жидкого вещества и охлаждают его в бане, температура которой на 10—15° С ниже температуры плав­ ления вещества.

Когда температура исследуемого вещества прекращает пони­ жаться или начинает подниматься, перемешивание прекращают, и за температуру кристаллизации принимают максимальную темпе­ ратуру, после которой снова начинается ее понижение.

Т е м п е р а т у р у к р и с т а л л и з а ц и и в ы с о к о п л а в к и х в е ще с т в , плавящихся выше 100° С, определяют в приборе

63

с баней для расплавления веществ. Этот прибор (рис. 4) имеет ста­ кан 1 со вставленной в него на корковой пробке или впаянной про­ биркой 2, в которой на корковой пробке помещена пробирка 3, имеющая диаметр около 21 мм и длину около 150 мм. Стакан при­ бора снабжен термометром 4 с ценой деления 1—2° С и проволоч­ ной кольцевой мешалкой 5. Пробирку 3 закрывают пробкой со вставленным в нее укороченным термометром 6 с ценой деления 0,1 или 0,2° С. При применении неукороченных термометров вводят по­

пправку на выступающий за пробку стол­ бик ртути, как это указано в описании оп­ ределения температуры плавления.

за тем, чтобы ртутный резервуар термометра не касался стенок пробирки и находился от ее дна на 1—2 см.

В процессе охлаждения следят за понижением температуры вещества и, когда температура не будет понижаться, прекращают перемешивание и укрепляют термометр в пробирке так, чтобы ртутный резервуар его находился в середине слоя расплавленного вещества и не касался стенок пробирки. За температуру кристал­ лизации принимают максимальную температуру в процессе ее по­ вышения, а затем быстрого понижения при кристаллизации.

Допускаемое отклонение в параллельных определениях темпе­ ратуры кристаллизации 0,2° С.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ КИПЕНИЯ ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ

Температурой кипения называют ту постоянную температуру, при которой жидкость закипает при давлении 760 мм рт. ст. Име­ ются следующие методы определения температуры кипения;

64

1.Определение температуры кипения по Сиволобову.

2.Определение температуры кипения по Павлевскому (ориен­ тировочный метод для идентификации органических веществ).

3.Определение температуры кипения в эбуллиометре (наибо­ лее точный метод для индивидуальных веществ с температурой кипения ниже 200°С).

4.Определение температуры кипения вещества путем его пере­

гонки.

Определение температуры кипения по методу Павлевского

Для определения температуры кипения по методу Павлевского пользуются прибором для определения температуры плавления (см. рис. 2). В чистую сухую пробирку прибора наливают 1,5 мл испытуемой жидкости и бросают в нее несколько мелких стеклян­ ных запаянных капилляров для равномерного кипения жидкости. В корковую пробку вставляют термометр так, чтобы при закрыва­ нии пробирки пробкой ртутный шарик термометра находился над поверхностью жидкости в пробирке на расстоянии 2 см. В колбу прибора наливают серную кислоту в таком количестве, чтобы ее уровень был выше уровня жидкости в пробирке. Если в приборе вместо специальной пробирки с отростками и отверстием исполь­ зуют обычную пробирку, то корковая пробка, в которую вставлен термометр, и пробка, в которой удерживается пробирка, должны иметь узкие продольные прорези для сообщения с атмосфе­ рой.

Колбу закрепляют в штативе с помощью лапки и нагревают на асбестовой сетке. За 10—15° С до предполагаемой температуры кипения скорость нагрева уменьшают до 2° С в минуту. В процессе нагревания температура жидкости повышается и, достигнув опре­ деленной точки, остается некоторое время постоянной. Эту тем­ пературу записывают, приводят ее к нормальному давлению (760 мм рт. ст.) и принимают за температуру кипения. Если не требуется большой точности, то наблюдаемую температуру кипе­ ния (без приведения ее к нормальному давлению) принимают за температуру кипения.

По результатам испытания проводят следующие расчеты:

1. Приводят наблюдаемое давление к температуре 0°С, вычи­ тая из показаний барометра:

2 мм рт. ст. при температуре окружающей среды 13—20° С, 3 мм рт. ст. при температуре окружающей среды 21—28° С, 4 мм рт. ст. при температуре окружающей среды 29—35° С.

2. Для приведения наблюдаемой температуры кипения к нор­ мальному давлению вносят поправку в °С на каждый 1 мм ртут­ ного столба разности между нормальным и наблюдаемым давле­ нием, приведенным к 0°С.

Ниже даны приближенные поправки в зависимости от темпе­ ратурных пределов кипения вещества.

65

3.При давлении ниже 760 мм рт. ст. поправку прибавляют, при давлении выше 760 мм рт. ст. — вычитают.

4.Если применяют обычный неукороченный термометр, то вно­ сят поправку At на высоту выступающего над пробкой колбы столбика ртути термометра. Поправку вычисляют по формуле

Д? = 0,00016/i f t —/2),

где h — высота столбика ртути, выступающего над пробкой, вы­ раженная в градусах шкалы термометра;

t\ — наблюдаемая температура в °С;

t2— температура окружающего воздуха вблизи середины столбика ртути, выступающего над пробкой, измеряемая вторым термометром в °С.

Найденную поправку прибавляют к температуре, вычисленной

всоответствии с приведенным выше расчетом.

Пр и м е р . Наблюдаемая температура кипения жидкости, измеренная укоро­ ченным термометром 132° С; показания барометра 750 мм рт. ст.; температура

132° С + 0,65° С = 132,65° С,

т. е. температура кипения, приведенная к нормальному давлению, составит

132,65° С.

Определение температуры кипения по методу перегонки

Прибор для перегонки (рис. 5) состоит из перегонной колбы (колба Вюрца) 1, холодильника 2 и приемного цилиндра или при­ емной колбы 3.

66

В перегонную колбу с помощью мерного цилиндра наливают 100 мл испытуемой жидкости и помещают несколько стеклянных запаянных капилляров. С помощью корковой пробки в колбу вставляют укороченный термометр 4 так, чтобы ртутный шарик

Рис. 5. Прибор для определения температуры кипения ме­ тодом перегонки

его был на уровне отводной трубки перегонной колбы. В холо­ дильник пускают воду, если температура кипения жидкости ниже 150° С, а если выше, то применяют воздушное охлаждение, и на­ гревают колбу с жидкостью на сетке (для высококипящих жидко­ стей) или на водяной бане (для иизкокипящих жидкостей). Нагре­ вание ведут до образования первых капель жидкости, падающих в приемную колбу. Температуру кипения записывают и в случае необходимости более точных результатов приводят к нормальному давлению.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЛОТНОСТИ ЖИДКОСТЕЙ

Плотностью вещества называют массу единицы объема. В си­ стеме единиц СИ она имеет размерность кг/м3, а в системе единиц

СГС—г/см3.

Чтобы перевести плотность из системы СГС в систему СИ, нужно плотность в г/см3 умножить на 1000.

Плотность является постоянной величиной для каждого хими­ чески однородного вещества. Она зависит от температуры, при которой производят определение, поэтому всегда указывают тем­ пературу при ее определении. При повышении температуры плот­ ность уменьшается, а при понижении — повышается. Зная плот­ ность данного X. ч. вещества, можно судить об его идентичности, чистоте и концентрации. Чаще всего плотность определяют при

67

~

По плотности раствора вещества можно найти его концентра­ цию в процентах или граммах на 1 л и, наоборот, зная концентра­ цию, можно найти плотность вещества.

Так как в системе единиц СИ за единицу массы принимается масса 1 м3 воды при температуре 4° С, то плотность, выраженная

68

в кг/м5, будет численно равна удельному весу по отношению к воде при температуре 4° С.

Плотность растворов кислот, щелочей, солей и других жидко­ стей определяют с помощью следующих приборов:

1)денсиметров (ареометров);

2)гидростатических весов (весов Мора-Вестфаля);

3)пикнометров.

Определение плотности жидкости с помощью денсиметров (ареометров)

Метод определения плотности жидкости с помощью денсимет­ ров основан на законе Архимеда. Этот метод является наиболее быстрым методом определения плотности жидкостей и применя­ ется для определения плотности растворов кислот, щелочей и со­ лей, несильнолетучих жидких органических веществ (спирт и др), темноокрашенных органических жидкостей (нефтепродуктов и

ДР-)-

Денсиметр (ареометр) (рис. 6) представляет собой стеклянное веретенообразное тело. Верхняя часть его выполнена в виде узкой трубки, внутри которой находится бумажная шкала с делениями. Книзу трубка расширяется и заканчивается шариком, в который помещают дробь или ртуть, чтобы этот груз (балласт) за­ ставлял ареометр плавать вертикально. Трубка с обоих кон­ цов запаяна.

Для удобства пользования и для повышения точности из­ мерения обычно изготовляют набор из нескольких ареомет­ ров, отличающихся определенным диапазоном плотностей. Градуируют ареометры при температуре 20° С по отношению

кплотности воды при 4° С (р|°).

Внекоторых ареометрах имеется шкала для измерения температуры раствора. У ареометров, предназначенных для

жидкостей легче воды, шкала градуирована от 1,00 до 0,700, а для жидкостей тяжелее воды — от 1,00 до 1,85.

Существуют также денсиметры специального назначения: нефтеденсиметр, спиртомер, лактометр и др.

При определении плотности испытуемую жидкость нали­ вают в чистый сухой стеклянный цилиндр емкостью 100—250 мл (диаметр цилиндра должен быть примерно в два раза больше диаметра ареометра) и, когда температура жидкости будет 20° С, медленно и осторожно опускают в раствор чистый и сухой ареометр, держа его за верхний конец. В растворе не должно быть пузырьков воздуха или пены. Ареометр не вы­ пускают из рук до тех пор, пока не станет видно, что он плавает. При этом необходимо следить за тем, чтобы арео­ метр не касался стенок и дна цилиндра, а цилиндр должен

Рис. 6. Ареометр

69