2. Температура кипіння

Температура кипіння – це температура, при якій тиск пари рідини стає рівним зовнішньому тиску. Температура кипіння в значній мірі залежить від молекулярної маси речовини, її будови, складу, міжмолекулярної взаємодії і тиску.

Найпростіший прилад для визначення температури кипіння – це звичайний прилад для перегонки, що складається з круглодонної колби, термометра, холодильника, алонжа і приймача. В круглодонну колбу наливають до ¹/₄ об'єму колби рідину, температуру кипіння якої потрібно визначити. Кулька термометра знаходиться на невеликій відстані від поверхні рідини. Якщо ж визначають температуру кипіння розчину, то кульку термометра опускають в рідину. Щоб уникнути сильного перегріву рідини, для нагрівання при визначенні температури кипіння застосовують відповідні бані. Різниця температур початку і кінця кипіння для чистих речовин не повинна перевищувати 0,5 °С. Кипіння рідини в широкому інтервалі говорить про суміш рідин.

При визначенні температури кипіння слід пам'ятати про поправку на відхилення від нормального тиску. Для багатьох речовин у довідковій літературі є таблиці поправок температур кипіння при різному тиску для приведення їх до 760 мм рт. ст. Якщо ж таблиць немає, то можна обчислити поправку на відхилення від атмосферного тиску виходячи з того, що температура кипіння багатьох речовин при 760 мм рт. ст. змінюється приблизно на ³/₈₀ зі зміною тиску на 1 мм рт. ст.

Якщо тиск А, при якому йде визначення температури кипіння, менше 760 мм рт. ст., то поправку n₁ на відхилення можна обчислити з достатнім ступенем точності за рівнянням:

Якщо тиск А вище, то поправку n₂ одержують з рівняння:

При роботі з малими кількостями речовини використовують метод Сиволобова. За цим методом 0,5 мл досліджуваної рідини наливають у скляну трубку діаметром ~6 мм, в яку занурюють незапаянним кінцем вниз капіляр для визначення температури плавлення. Трубку прикріплюють до термометра, як показано на рис. 61. Термометр поміщають у прилад для визначення температури плавлення. При повільному нагріванні спочатку спостерігається слабке, а потім і бурхливе виділення пухирців пари з капіляра. Температурою кипіння вважають дані термометра в той момент, коли починається бурхливе утворення пухирців. Помилки цього методу можуть складати +5°С.

Точне визначення температури кипіння можливе за допомогою ебуліоскопів (рис. 62). Принцип їх дії оснований на тому, що рідину нагрівають зі зворотним холодильником до кипіння і вимірюють температуру; при відповідній конструкції виключаються теплові втрати і перегрів пари. Проте ці прилади вимагають, як правило, великих кількостей речовини (декілька мілілітрів).

Рис. 61. Спосіб кріплення трубки з речовиною до термометра при визначенні температури кипіння методом Сиволобова.	Рис. 62. Ебуліоскоп.

3. Відносна густина

Відносна густина – одна з найважливіших фізико-хімічних характеристик речовини, і її визначення є однією з найзвичайніших операцій у лабораторній практиці. Густина має велике значення для розпізнавання багатьох рідких ізомерів, характеристики сумішей, обчислення молекулярної рефракції і т.п.

Густиною речовини називають відношення маси цієї речовини до її об'єму:

де т – маса речовини; V – об'єм речовини.

Як правило, в лабораторній практиці користуються відносною густиною, яка є відношенням густини даної речовини до густини іншої речовини за певних умов. Відносну густину d речовини визначають по відношенню до густини дистильованої води:

де  – густина речовини; _в – густина дистильованої води при 4 °С.

Відносна густина виражається стороннім числом. Оскільки всі тіла змінюють свій об'єм залежно від температури, то ясно, що і величина густини коливатиметься в результаті зміни температури, при якій її визначають. Тому завжди приводять температуру, при якій робили визначення, і температуру води, об'єм якої був прийнятий за одиницю. Як правило, відносну густину визначають при 20 або 15°С і позначають за допомогою відповідних індексів, наприклад d⁴₁₅; наведене позначення вказує, що відносна густина була визначена при 15 °С і за одиницю для порівняння була взята густина води при 4°С.

Відносну густину можна визначити за допомогою ареометрів, пікнометрів, гідростатичних терезів і т.п. У найпростіших випадках для швидкого визначення відносної густини рідини застосовують так звані ареометри (рис. 63). Визначення густини за допомогою ареометрів основане на тому, що якщо тіло, занурене в рідину, не тоне, а плаває, то глибина його занурення залежить від густини даної рідини. Ареометр є скляною трубкою, що розширяється внизу і має на кінці скляну кульку, заповнену дробом або спеціальною масою, щоб під час вимірювання ареометр знаходився у вертикальному положенні. У верхній вузькій частині ареометра розміщена шкала з поділками. Чим менша відносна густина рідини, тим глибше занурюється в неї ареометр, тому на його шкалі вгорі нанесено якнайменше значення відносної густини, знизу найбільше. Іноді ареометри забезпечені термометрами (рис. 63, б), що дозволяє одночасно вимірювати температуру, при якій проводиться визначення.

Рис. 63. Ареометри: а – без термометра, б – з термометром.	Рис. 64. Положення ареометра при вимірюванні густини.

Для визначення відносної густини за допомогою ареометра рідину наливають у скляний циліндр місткістю не менше 0,5 л і обережно занурюють в нього ареометр. Ареометр повинен знаходитися в центрі циліндра, у жодному випадку не торкатися стінок або дна циліндра (рис. 64). Поділка, проти якої встановився верхній меніск рідини, характеризує величину густини.

Для визначення відносної густини рідин з точністю до четвертого знака користуються пікнометрами (рис. 65). Спочатку на аналітичних терезах з точністю до 0,0001 г визначають масу порожнього пікнометра, потім з водою, а потім з досліджуваною рідиною і знаходять маси рівних об'ємів досліджуваної рідини. Узявши відношення цих мас, добувають значення відносної густини d:

де р – маса порожнього пікнометра; р₁ – маса пікнометра з досліджуваною рідиною; р₂ – маса пікнометра з водою.

Вимірювання слід проводити двічі, причому при одній і тій же температурі.

Для визначення відносної густини рідини і твердого тіла з успіхом можна застосовувати гідростатичні терези. Ними можуть служити звичайні аналітичні терези. Щоб визначити відносну густину рідини, на ліву чашку терезів поміщають циліндрову судину з досліджуваною рідиною, а до гачка, на якому висить дужка з чашкою, підвішують циліндрове скляне грузило.

Рис. 65. Пікнометри.

Спочатку зважують грузило на повітрі, потім визначають масу його в дистильованій воді, а потім у досліджуваній рідині і за формулою знаходять відносну густину даної рідини:

де р₀ – маса грузила в повітрі; р_в – маса грузила в дистильованій воді; р – маса грузила в досліджуваній рідині.

Для визначення відносної густини твердого тіла останнє прикріплюють замість грузила і зважують його на повітрі і в дистильованій воді. Якщо тіло на повітрі врівноважують вантажем р, а при зануренні цього тіла у воду – вантажем р_в, то відносна густина тіла буде рівна:

тобто масі тіла, діленій на масу води, що витісняється ним.