Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Химическая технология органических веществ. Учебное пособие-1
.pdf
Чтобы выделить нужное вещество, растворитель отгоняют.
Эту операцию проводят обычным путем, т.е. собирают прибор,
состоящий из колбы Вюрца, холодильника и приемника. Колбу Вюрца
нагревают на водяной бане, отгоняющийся растворитель собирают в
приемник (растворитель можно использовать снова). Когда
растворитель отогнан, нужное вещество переводят из колбы Вюрца в
приготовленный сосуд.
2.6 Определение физических свойств органических
соединений
Для идентификации органических веществ и доказательства
чистоты того или иного вещества используют методы определения
физических констант органических соединений. Чаще всего для
выяснения степени чистоты кристаллического вещества достаточно
определить температуру его плавления, а для жидкости – плотность,
температуру кипения и показатель преломления / 2 /.
.6.1 Температура плавления
2
Температурой плавления считается та температура, при
которой замечается первое появление жидкой фазы. Разность между
температурой, при которой появляется жидкая фаза, и температурой
полного расплавления вещества для чистых соединений не должна
превышать 0,50С. Незначительные загрязнения вещества иногда
сильно понижают температуру его плавления и плавление происходит
в более широком интервале температур, составляющем несколько
градусов. Прибор для определения температуры плавления изображен
на рис. 2.48.
Он представляет собой колбу, в которую налита серная
кислота. К пришлифованному горлу колбы присоединяется
специальная пробирка, снабженная каучуковой пробкой с
закрепленным в ней термометром. Обычно на шлифованных частях
пробирки и колбы имеются отверстия, которые при сборке прибора
следует совместить для того, чтобы внутренняя часть прибора
сообщалась с атмосферой.
121
Если эти отверстия в приборе
отсутствуют, в каучуковой пробке
необходимо сделать продольный паз
/3/.
Вещество, температуру
плавления которого надо
определить, помещают в капилляр,
запаянный с нижнего конца.
Капилляр для определения
температуры плавления вытягивают
из нетугоплавкой трубки диаметром
5–10 мм. Полученная капиллярная
нить должна иметь внутренний
диаметр 0,8–1,0 мм.
Нить разрезают острым
напильником на кусочки длиной
0–50 мм, обращая вниманием на то,
4
чтобы линия отреза была ровной, так
как иначе наполнение капилляра
будет затруднено.
Кусочки капилляров нужного
диаметра запаивают с одного конца,
осторожно внося их сбоку в пламя
горелки.
Капилляр наполняют
веществом так, чтобы плотный слой
Рис. 2.48. Прибор для
определения температуры
плавления
собирают его в кучку и погружают в нее открытый конец капилляра.
При этом небольшое количество вещества попадает внутрь капилляра.
Сместить это вещество вниз к запаянному концу и утрамбовать его
можно, бросая капилляр с веществом запаянным концом вниз в
стеклянную трубку длиной 90–100 см, поставленную вертикально на
пластинку из стекла или на часовое стекло.
его занимал около 0,5 см. Для этого
небольшое количество вещества
тонко измельчают на часовом стекле
с помощью стеклянного «гвоздика»,
122
Таким способом обычно наполняют два капилляра и
прикрепляют их посредством резинового кольца по обе стороны
термометра на уровне шарика так, чтобы было видно одновременно и
шкалу термометра, и содержимое капилляра на просвет. Прибор
нагревают на горелке. Сначала быстро, а когда показания термометра
достигнут величины на 10–15 0С ниже предполагаемой температуры
плавления, пламя горелки регулируют так, чтобы столбик ртути
поднимался со скоростью не более 1–2 0С/мин. В противном случае
шарик термометра не будет успевать нагреваться так же быстро, как
вещество в капилляре, и определенная температура плавления
окажется заниженной. Следует иметь ввиду, что внешний вид
вещества перед плавлением обычно несколько изменяется: оно
уплотняется и между отдельными кусочками его могут появиться
пузырьки воздуха. Этот момент считают началом плавления. Когда
все вещество превратится в прозрачную жидкость, определение
температуры плавления заканчивают. Интервал между началом
плавления и его окончанием тем меньше, чем чище вещество. На
практике обычно считают допустимым, когда вещество плавиться в
пределах 1–2
0
С.
В том случае, когда температура плавления вещества
превышает 2000С, ее определение проводят в металлическом блоке,
представленном на рис. 2.49.
Блок представляет собой медный цилиндр с двумя
вертикальными и одним горизонтальным каналом. В широкий
вертикальный канал вставляется термометр (желательно палочковый
на 500 0С), а в узкий – капилляр с веществом.
Блок закрепляется в штативе (обычно в маленьком кольце)
таким образом, чтобы его можно было нагревать непосредственно
горелкой и чтобы через горизонтальный канал была хорошо видна
нижняя часть капилляра с веществом.
Порядок заполнения капилляра веществом, скорость
нагревания блока и собственно определение температуры плавления
описаны выше.
Следует отметить, что для высокоплавких веществ поправка
123
на выступающий столбик
бывает весьма значительной
и достигает 6 – 8 0С.
Высокоплавкие вещества часто разлагаются
еще до плавления при
длительном пребывании их в
нагреваемом блоке.
В этих случаях капилляр с
исследуемым веществом
следует вносить в блок
только после того, как он
будет нагрет до температуры
приблизительно на 20
0
С
ниже предполагаемой температуры плавления.
Последняя ориентировочно может быть
определена следующим
образом: кристаллик вещества помещается на шарик
термометра, который держат
в горизонтальном положении
шкалою вверх на сетке,
Рис. 2.49. Блок для
определения температуры
плавления высокоплавких
веществ
обогреваемой пламенем
горелки.
2.6.2 Температура кипения
Температура кипения – это температура, при которой давление
пара жидкости становится равным внешнему давлению. Температура
кипения в значительной степени зависит от молекулярного веса
вещества, его строения, состава, межмолекулярного взаимодействия и
давления / 2 /.
124
Самый простой прибор для определения температуры кипения
– это обычный прибор для перегонки, состоящий из круглодонной
колбы, термометра, холодильника, аллонжа и приемника. В
круглодонную колбу наливают до 1/4 объема колбы жидкость,
температуру кипения которой нужно определить. Шарик термометра
находится на небольшом расстоянии от поверхности жидкости. Если
же определяют температуру кипения раствора, то шарик термометра
опускают в жидкость. Чтобы избежать сильного перегрева жидкости,
для нагревания при определении температуры кипения применяют
соответствующие бани. Разность температур начала и конца кипения
для чистых веществ не должна превышать 0,50С. Кипение жидкости в
широком интервале говорит о смеси жидкостей.
При определении температуры кипения следует помнить о
поправке на отклонение от нормального давления. Для многих
веществ в справочной литературе есть таблицы поправок температур
кипения при разных давлениях для приведения их к 760 мм рт.ст.
Если же таблиц нет, то можно вычислить поправку на отклонение от
атмосферного давления исходя из того, что температура кипения
многих веществ при 760 мм рт.ст. изменяется приблизительно на 3/80
с изменением давления на 1 мм рт.ст.
Если давление А, при котором идет определение температуры
кипения, меньше 760 мм рт.ст., то поправку n
на отклонение можно
1
вычислить с достаточной степенью точности по уравнению:
n1 = 3/80 (760 – A). (2.11)
Если давление А выше, то поправку n2 получают из уравнения:
n2 = 3/80 (A – 760). (2.12)
При работе с малыми количествами жидкости используют
метод Сиволобова.
В трубочку длиной 2,5–3 см и внутренним диаметром 2–3 мм
помещают 0,2–0,3 мл перегнанной жидкости. В эту же трубочку
опускают тонкий капилляр (внутренний диаметр 0,2–0,5 мм, длина
4
–5 см), запаянный с верхнего конца (рис. 2.50) / 3 /.
125
Трубочку с помощью
резинового кольца прикрепляют к
термометру (подобно тому, как это
делают при определении
температуры плавления) и вносят в
прибор для определения температуры плавления (см. рис. 2.48).
При медленном нагревании прибора
сначала наблюдается слабое, а затем
и бурное выделение пузырьков
воздуха из внутреннего капилляра.
Когда выделение пузырьков
становится быстрым, считают, что
жидкость закипела. Тогда отмечают
температуру и прекращают нагрев.
Как только выделение
пузырьков прекратится и жидкость
начнет затягиваться в капилляр,
Рис. 2.50. Прибор для
определения температуры
кипения по Сиволобову
отмечают температуру второй раз.
Найденный температурный
интервал принимают за температуру
кипения жидкости.
2.6.3 Плотность
Плотностью вещества называют отношение массы этого
вещества к его объему:
ρ = m / V, (2.13)
где m – масса вещества; V – объем вещества / 2 /.
Обычно в лабораторной практике пользуются относительной
плотностью, представляющей собой отношение плотности данного
вещества к плотности другого вещества при определенных условиях.
126
Относительную плотность d вещества обычно определяют по
отношению к плотности дистиллированной воды:
d = ρ / ρВ, (2.14)
где ρ – плотность вещества; ρВ – плотность дистиллированной воды
при 4 0С.
Относительная плотность выражается отвлеченным числом.
Так как все тела изменяют свой объем в зависимости от температуры,
то ясно, что и величина плотности будет колебаться в результате
изменения температуры, при которой ее определяют. Поэтому всегда
приводят температуру, при которой делали определение, и
температуру воды, объем которой принят за единицу.
Обычно относительную плотность определяют при 20 или 15
0
С и обозначают с помощью соответствующих индексов, например
15
d
; приведенное обозначение указывает, что относительная
4
плотность определена при 150С и за единицу для сравнения взята
плотность воды при 40С.
Относительную плотность можно определить с помощью
ареометров, пикнометров, гидростатических весов и т.п.
Определение плотности ареометром
В простейших случаях для быстрого определения
относительной плотности жидкости применяют так называемые
ареометры (рис. 2.51).
Определение плотности при помощи ареометров основано на
том, что если тело, погруженное в жидкость, не тонет, а плавает, то
глубина его погружения зависит от плотности данной жидкости.
Ареометр представляет собой стеклянную трубку,
расширяющуюся внизу и имеющую на конце стеклянный шарик,
заполненный дробью или специальной массой, чтобы во время
измерения ареометр находился в вертикальном положении.
В верхней узкой части ареометра помещена шкала с
делениями. Чем меньше относительная плотность жидкости, тем
глубже погружается в нее ареометр, поэтому на его шкале вверху
127
нанесено наименьшее значение относительной плотности, внизу
наибольшее (рис.2.51 а).
Иногда ареометры снабжены термометрами (рис. 2.51, б), что
позволяет одновременно измерять температуру, при которой
проводится определение.
а – без термометра; б – с термометром
Рис. 2.51. Ареометры:
а б
128
Для определения
относительной плотности с
помощью ареометра жидкость
наливают в стеклянный цилиндр
емкостью не менее 0,5 л и
осторожно погружают в него
ареометр. Ареометр должен
находиться в центре цилиндра, ни в
коем случае не касаться стенок или
дна цилиндра (рис.2.52.).
Деление, против которого
установился верхний мениск
жидкости, характеризует величину
плотности.
Определение плотности
пикнометром
Для определения
относительной плотности
жидкостей с точностью до
четвертого знака пользуются
пикнометрами (рис. 2.53).
Сначала на аналитических
весах с точностью до 0,0001г
определяют массу пустого
пикнометра, потом с водой, а затем
с исследуемой жидкостью и находят
массы равных объемов исследуемой жидкости.
Взяв отношение этих масс, получают значение относительной
плотности d:
d = (p1 – p) / (p
– p), (2.15)
2
где р–масса пустого пикнометра; р
жидкостью; р
– масса пикнометра с водой.
2
– масса пикнометра с исследуемой
1
Рис. 2.52. Положение
ареометра при измерении
плотности
129
Рис. 2.53. Определение плотности
жидкости с помощью пикнометра
«Водное число» или «водную константу» пикнометра, т.е.
массу воды в объеме пикнометра, приведенную к массе воды при 4 0С
(температура, соответствующая максимальной плотности воды),
определяют следующим образом.
В стаканчике кипятят небольшое количество
дистиллированной воды (с целью удаления растворенного в ней
воздуха) в течение 10—15 мин и, охладив воду до 200С,
наполняют ею пикнометр (с помощью капиллярной пипетки,
снабженной резиновой грушей) на 0,3—0,5 см выше метки,
нанесенной на шейке пикнометра. Наполненный водой пикнометр
закрепляют в специальном держателе и погружают в стакан с водой
130
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]