Учебная практика (бакалавры). Учебное пособие

По принципу действия

Термометры подразделяются на:

На дилатометрические – изменение объема рабочего тела (жидкости):

•трубчатые – стеклянная трубка с капиляром или резервуаром и с вложенной пластинкой;

•палочковые – толстенный капилляр сверху нанесены метки.

Взависимости от диапазона измерений в качестве рабочего тела может быть использована:

На манометрические – изменение давления в замкнутом пространстве, рабочее тело ‒ газ, пары жидкости.

На электрические:

•сопротивления – болометры;

•термоэлектрические – термопары;

•полупроводниковые – термисторы (используют в труднодоступных местах из-за их малых размеров);

На оптические:

•радиационные – по тепловому потоку

•оптические – по яркости излучения

На термохимические – по изменению окраски.

Для поддержания постоянной температуры, сигнализации и включении и выключении прибора предусмотрены контактные термометры.

Наиболее простым прибором для измерения температуры является жидкостной (ртутный, галлиевый, спиртовой) термометр. Ртутный термометр применяют для измерения температур от ‒30 до +630 °С, а в отдельных случаях и до 800 0С. Ртутный термометр состоит из почти цилиндрического резервуара, заполненного ртутью, и вакуумированной капиллярной трубки. Ртутные термометры бывают палочными (толстостенный капилляр, шкала снаружи) (рис. 4.3,а) и трубчатыми с вставной пластинкой (рис. 4.3,б ‒ д), на которой нанесена температурная шкала.

41

Ртутные термометры не обладают высокой точностью измерения температуры (предел точности 0,001 °С), но зато они удобны в обращении, а их стеклянная оболочка в достаточной мере термически и химически устойчива.

Сравнительно большие размеры ртутного резервуара не позволяют применять жидкостные термометры для измерения температур малых объектов Непригодны ртутные термометры и для дистанционного измерения температуры.

Рис. 4.3 Ртутные стеклянные термометры:

а– палочный; б-в – с вставной пластинкой;

д– со шлифом:

1 – предохранительное расширение; 2 – капилляр; 3 – расширение капилляра; 4 – ртутный резервуар; 5 – пробка; 6 – вставная шкала; 7 – шлиф

Палочные термометры (рис. 4.3,а) представляют собой толстостенные капиллярные трубки с внешним диаметром 5-8 мм на вне ш- ней стороне которых вытравлены деления, закрашеные черной или красной краской.

Такие термометры обладают достаточной механической прочностью и виброустойчивостью. Палочные термометры применяют для измерения высоких температур. Эталонные термометры делают всегда палочными.

42

Недостатком этих термометров является то, что они имеют узкий капилляр, в котором движение ртути при медленном изменении температуры может прекратиться на некоторое время из-за капиллярного сопротивления.

Термометры с пластинкой ‒ трубчатые тонкостенные термометры с вложенной пластинкой 6 (см. рис. 4.3,б) из молочного стекла, на которой нанесены деления. Пластинка расположена сзади капилляра 2 и скреплена с ним. Недостаток таких термометров ‒ возможность смешения пластинчатой шкалы относительно капилляра.

Термометры с удлиненной ножкой с ртутным резервуаром (рис. 4.3,в) применяют для контроля в сосудах с узким горлом или имеющих значительную высоту.

Термометры с изогнутым капилляром (рис. 4.3,г) применяют для измерения температур объектов, имеющих только боковые отверстия.

Для точного измерения небольшой разности температур (не выше 5 °С) в температурном интервале от 20 до 150 °С применяют термометры Бекмана.

Рис. 4.4. Термометр Бекмана: а – общий вид, б – верхняя часть: 1 – камера; 2, 9 – капилляры; 3 – вспомогательная шкала; 4 – разделительная капельница; 5, 7 – расширенные части капилляров; 6 ‒ основной резервуар; 8 – основная шкала

43

Термометры Бекмана, или метастатические термометры (рис. 4.4), имеют основную шкалу 8 длиной 25 ‒ 30 см, поделенную всего на 1 ‒ 5 градусов, с отметками между ними каждые 0,01 oC. В верхней части термометра расположена сифонообразная камера 1, в которую переливают часть ртути из нижнего резервуара 6, или наоборот. Чем выше интервал измеряемых температур, тем больше ртути должно быть перелито из нижнего резервуара 6 в верхнюю камеру 1. Термометр помимо основной имеет еще вспомогательную шкалу 3 для предварительного определения нижнего предела измерения при переливании ртути из резервуара 6 в камеру 1.

44

5. ОБЩИЕ МЕТОДЫ АНАЛИЗОВ

Химические методы анализа основаны на проведении определенных химических реакций, в ходе которых определяемое соединение, элемент или ион, претерпевают количественное изменение, которое может быть точно измерено.

К химическим реакциям, используемым в аналитических целях, предъявляют определенные требования: избирательность или селективность, протекание реакции в одном направлении, отсутствие побочных реакций; полнота протекания реакции; возможно большая скорость протекания реакции; возможность визуального обнаружения эффекта реакции по изменению цвета раствора, выделению газа, образованию осадка.

Гравиметрическим анализом называют метод количествен-

ного химического анализа, при котором о количестве элемента (вещества) в исследуемой пробе судят по массе вещества, полученного

врезультате анализа.

Воснове титриметрических (объемных) методов лежит измерение объема раствора реагента с известной концентрацией, израсходованного на взаимодействие с анализируемым веществом. По расходу реагента на основании закона эквивалентов вычисляют количество анализируемого вещества.

5.1. Гравиметрический анализ

Разложение – гравиметрический метод – один из основных при проведении элементного анализа нефтепродуктов, а также при определении таких показателей качества, как зольность, содержание кокса, механических примесей и некоторых других. Процесс анализа, как правило, включает две стадии:

•предварительное разложение образца;

•определение содержания соответствующего элемента или золы весовым методом.

Методы разложения:

•сжигание в тигле, чаше (фарфоровые, кварцевые или платиновые), металлической бомбе, заполненной кислородом;

•сплавление в тигле или термостойком сосуде (бомбе);

45

•«мокрая» минерализация ‒ обработка пробы сильными концентрированными кислотами в колбах из термостойкого стекла или специальных аппаратах;

•воздействие электромагнитного поля, ультразвука или токов высокой частоты в специальных приборах-минерализаторах.

Выбор метода разложения определяется природой исходного продукта, а также особенностями способа конечного определения элементов.

Оптимальную массу пробы для анализа устанавливают в зависимости от предполагаемого содержания элемента и чувствительности конечного способа измерения.

Анализируемый продукт должен занимать не более 2/3 вместимости тигля. Нагревать тигель с продуктом следует осторожно, при помощи горелки или на электроплитке, и следить за тем, чтобы нефтепродукт выпаривался постепенно, без перетекания жидкости за края тигля. Когда основная масса испарится и в тигле останется углистый осадок, его переносят в муфельную печь и прокаливают при красном калении до полного озоления осадка. Горячий тигель переносят в эксикатор, где его охлаждают в течение 30 мин до комнатной температуры, а затем взвешивают. Прокаливание, охлаждение и взвешивание тигля с осадком повторяют до получения постоянной массы.

Осаждение – перевод в осадок определяемого компонента продукта ‒ осаждаемой формы ‒ с последующим его взвешиванием.

Осадок должен быть чистым и такой формы, которая позволяет хорошо отфильтровать и промыть его. Для полного осаждения требуется определенный избыток осадителя (примерно в 1,5 раза больше, чем вычислено по уравнению реакции). Слишком большой избыток осадителя вызывает повышение растворимоти осадка.

Осаждение проводят в химических стаканах, осадитель приливают аккуратно по внутренней стенке стакана, в котором ведется осаждение, а не каплями в середину. Для избежания потерь нельзя допускать разбрызгивания раствора, необходимо непрерывно перемешивать раствор стеклянной палочкой, так чтобы она не прикасалась к стенкам и дну стакана и не царапала стекло.

Полноту осаждения проверяют после отстаивания осадка и образования над ним прозрачного раствора: к нему осторожно

46

добавляют несколько капель раствора осадителя; отсутствие помутнения указывает на полноту осаждения.

Фильтрование – отделение взвешенных в жидкости частиц нерастворимого вещества при помощи фильтра, через поры которого жидкость легко проходит, а нерастворимые частицы задерживаются в виде осадка. Освобожденная от взвешенных частиц жидкость называется фильтратом.

Фильтры:

•бумажный беззольный фильтр (при их сгорании остается незначительное количество золы). Фильтры упакованы в пачки, снабженные этикетками, на которых указаны диаметр фильтра и масса золы, образующейся после его сжигания. Пачки обернуты бумажными лентами различного цвета: синего, красного, белого ‒ цвет ленты указывает на плотность фильтра;

•вырезают из листов фильтровальной бумаги, обладающей

необходимой пористостью. Фильтровальная бумага применяется для разделения: нейтральных суспензий до температуры 100 0С; 10%-х щелочных растворов и разбавленных растворов кислот при комнатной температуре.

•фильтр Шотта – фильтрующие воронки или тигли с пористыми стеклянными пластинками. Они предназначены для фильтрования любых жидкостей, за исключением плавиковой кислоты, горячей фосфорной кислоты и концентрированных растворов щелочей. Их тщательно промывают соляной кислотой и водой, высушивают в сушильном шкафу до постоянной массы. При использовании пористого фильтра фильтрацию ведут с помощью водоструйного насоса через отсасывающую колбу. После употребления такие фильтры необходимо промывать обратным током растворителя или пропуская под вакуумом жидкость, растворяющую или разрушающую застрявший в порах осадок.

•складчатый фильтр ‒ для ускорения фильтрования, фильтрующая поверхность значительно больше, чем у простого фильтра (рис.

5.1).

47

Рис. 5.1 Схема укладки складчатого фильтра

• фильтры Гуча – на основе бумаг и тканей из различных синтетических материалов (полиамидов, полиэфиров, полиэтилена и полипропилена, поливинилхлорида). Такие фильтры обладают высокой механической прочностью.

Техника фильтрования

1.Применяемая для фильтрования воронка должна соответствовать размеру фильтра.

2.Вкладывают сложенный фильтр в воронку, расправляют его и, смочив растворителем, плотно прижимают к стенкам воронки так, чтобы между стеклом и бумагой не оставалось пузырьков воздуха.

3.Неправильно вложенный фильтр сильно замедляет фильтрование.

4.Воронку с фильтром вставляют в кольцо штатива, под который помещают стакан или колбу для фильтрата.

5.Фильтрацию ведут, декантируя жидкость: сливают на

фильтр при помощи стеклянной палочки с оплавленными концами отстоявшуюся жидкость, не взмучивая осадок. Струйка жидкости должна стекать на фильтр по палочке, которую следует держать отвесно таким образом, чтобы нижний конец ее был приблизительно на середине фильтра.

6. Когда почти весь раствор слит, добавляют небольшое количество промывной жидкости, перемешивают осадок, дают ему отстояться и вновь декантируют. Декантацию повторяют два-три раза, и, наконец, сливают на фильтр жидкость вместе с осадком.

48

7. Емкость, в которой находился осадок, споласкивают несколько раз маленькими порциями промывной жидкости и сливают на фильтр. Промывную жидкость удобно подавать из промывалки.

8.Затем ополаскивают стеклянную палочку, по которой сливался осадок, и стенки сосуда. При этом недопустима потеря частиц осадка – он должен быть перенесен на фильтр

количественно.

9.Наполнять фильтр жидкостью рекомендуется не более чем на

три четверти.

10.Осадок, перенесенный на фильтр, промывают, чтобы окончательно удалить растворимые вещества струей растворителя из промывалки, избегая разбрызгивания; для этого необходимо, чтобы струя попадала вначале на верхнюю часть фильтра, не занятую осадком, а затем постепенно спускалась на осадок.

11.Последний промывают до тех пор, пока в фильтрате не будет обнаруживаться следов отмываемого вещества.

12.Собранный на фильтре и промытый осадок высушивают и взвешивают. Для этого фильтр с осадком переносят в стаканчик для взвешивания (бюкс) и высушивают.

Для повышения скорости фильтрования фильтрование ведут под вакуумом. Для этого используют специальные колбы Бунзена

(плоскодонная коническая толстостенная колба с боковым отростком) или обычные круглодонные колбы. В качестве воронок применяют воронки Бюхнера (цилиндрическая фарфоровая воронка с перфорированным горизонтальным дном) или воронки с пористым стеклянным фильтром.

Горячее фильтрование применяется при фильтровании вязких жидкостей и концентрированных растворов солей (повышение температуры препятствует кристаллизации).

Высушивание. Фильтр с осадком высушивают в сушильном шкафу при температуре 105-110 0С до постоянной массы.

Просушивание и периодическое взвешивание повторяют до тех пор, пока два последующих (одно за другим) взвешивания не дадут одинаковых результатов.

При высушивании температура в шкафу должна быть постоянной и не выходить из указанных выше пределов. Бюкс при высушивании должен быть открыт, чтобы из него могли выходить пары. После высушивания бюкс охлаждают в эксикаторе в течение 30 мин и взвешивают на аналитических весах.

49

5.2. Приготовление растворов

Растворы – однородные гомогенные системы, образованные не менее чем двумя независимыми компонентами.

Растворитель – среда в которой растворенное вещество равномерно распределено (вода: органический растворитель)

Классификация растворов По характеру растворителя:

•водные;

•неводные.

По растворенному веществу:

•растворы твердых веществ;

•растворы жидкостей;

•растворы газов.

По концентрации:

•приблизительные;

•точные.

Процесс растворения является не только механическим распределением частиц растворенного вещества между молекулами растворителя. Свойства раствора определяются характером межмолекулярного взаимодействия как между молекулами растворенного вещества и растворителя, так и между молекулами одного компонента. Растворенные вещества могут образовывать устойчивые комплексы с растворителем ‒ сольваты. Если растворителем является вода, то такие комплексы называют гидратами. В растворе возможно и химическое взаимодействие компонентов, приводящее к образованию химических соединений, которые могут быть выделены в чистом виде.

Количество вещества, которое можно растворить в данном количестве растворителя, имеет предел ‒ растворимость, который соответствует концентрации насыщенного раствора.

Растворимость вещества зависит от природы растворителя, растворяемого вещества и от условий процесса растворения (давления

50