Johdanto
Tästä aiheesta löydät kiehumispisteen määritysmenetelmän, jota voidaan käyttää nestemäisten reagenssien arviointiin. Kun saat oudon nestemäisen reagenssin, voit mitata kiehumispisteen ja verrata tulosta valitun yhdisteen kirjallisuustietoihin.
Yhdisteen kiehumispiste on lämpötila, jossa tapahtuu neste-kaasu-faasimuutos. Teknisemmin ilmaistuna se on silloin, kun nesteen höyrynpaine on yhtä suuri kuin siihen kohdistuva paine (tyypillisesti ilmakehän paine). Kiehumispisteet ovat hyvin herkkiä sovelletun paineen muutoksille, joten kaikki kiehumispisteet on ilmoitettava yhdessä mitatun paineen kanssa. Yhdisteen "normaali kiehumispiste" tarkoittaa sen kiehumispistettä 760 mm Hg:n paineessa.
Yhdisteen kiehumispiste on fysikaalinen vakio aivan kuten sulamispiste, joten sitä voidaan käyttää yhdisteen tunnistamisen tukena. Toisin kuin sulamispistettä, kiehumispistettä ei kuitenkaan yleensä käytetä puhtauden mittarina. Epäpuhtaat nesteet kiehuvat useissa eri lämpötiloissa (samaan tapaan kuin sulamispisteillä on laajuus), mutta lämpötilaväli ei korreloi hyvin puhtauden kanssa. Näin ollen yhdisteen kiehumispisteen mittausta käytetään lähinnä sen tunnistamisen tukena.
Kokeellista kiehumispistettä verrataan usein kirjallisuuden kiehumispisteisiin, jotka ilmoitetaan tyypillisesti 1 atmosfäärin paineessa. Jos kiehumispiste määritetään paineessa, joka poikkeaa merkittävästi 1 ilmakehän paineesta, paine on korjattava. Yleisenä nyrkkisääntönä voidaan pitää, että kun paine on 10 %:n sisällä yhdestä ilmakehästä, 10 mm Hg:n paineen lasku vastaa 0,3-0,5 °C:n laskua kiehumispisteessä. Toinen nyrkkisääntö on, että kiehumispiste laskee noin 10 °C jokaista paineen puolittumista kohti.
Näytteen kiehumispiste voidaan määrittää monin eri menetelmin, kuten tislaamalla, refluksoimalla ja Thiele-putken avulla. Yksinkertaisimmassa menetelmässä käytetään Thiele-putkea, ja sen etuna on, että siihen tarvitaan alle 0,5 ml materiaalia.
Yhdisteen kiehumispiste on lämpötila, jossa tapahtuu neste-kaasu-faasimuutos. Teknisemmin ilmaistuna se on silloin, kun nesteen höyrynpaine on yhtä suuri kuin siihen kohdistuva paine (tyypillisesti ilmakehän paine). Kiehumispisteet ovat hyvin herkkiä sovelletun paineen muutoksille, joten kaikki kiehumispisteet on ilmoitettava yhdessä mitatun paineen kanssa. Yhdisteen "normaali kiehumispiste" tarkoittaa sen kiehumispistettä 760 mm Hg:n paineessa.
Yhdisteen kiehumispiste on fysikaalinen vakio aivan kuten sulamispiste, joten sitä voidaan käyttää yhdisteen tunnistamisen tukena. Toisin kuin sulamispistettä, kiehumispistettä ei kuitenkaan yleensä käytetä puhtauden mittarina. Epäpuhtaat nesteet kiehuvat useissa eri lämpötiloissa (samaan tapaan kuin sulamispisteillä on laajuus), mutta lämpötilaväli ei korreloi hyvin puhtauden kanssa. Näin ollen yhdisteen kiehumispisteen mittausta käytetään lähinnä sen tunnistamisen tukena.
Kokeellista kiehumispistettä verrataan usein kirjallisuuden kiehumispisteisiin, jotka ilmoitetaan tyypillisesti 1 atmosfäärin paineessa. Jos kiehumispiste määritetään paineessa, joka poikkeaa merkittävästi 1 ilmakehän paineesta, paine on korjattava. Yleisenä nyrkkisääntönä voidaan pitää, että kun paine on 10 %:n sisällä yhdestä ilmakehästä, 10 mm Hg:n paineen lasku vastaa 0,3-0,5 °C:n laskua kiehumispisteessä. Toinen nyrkkisääntö on, että kiehumispiste laskee noin 10 °C jokaista paineen puolittumista kohti.
Näytteen kiehumispiste voidaan määrittää monin eri menetelmin, kuten tislaamalla, refluksoimalla ja Thiele-putken avulla. Yksinkertaisimmassa menetelmässä käytetään Thiele-putkea, ja sen etuna on, että siihen tarvitaan alle 0,5 ml materiaalia.
Tislausmenetelmä
Yhdisteen kiehumispisteen mittaamiseenon olemassa yksinkertaisempia menetelmiä kuin tislaus, ja on suositeltavaa tutkia muita vaihtoehtoja (esim. Thiele-putki), jos tämä on ainoa tavoite. Jos materiaalia on kuitenkin rajoitetusti tai jos puhdistus on joka tapauksessa suunnitteilla, yhdisteen kiehumispiste voidaan määrittää tislaamalla.
Yksinkertaisen tislauksen pitäisi riittää useimmissa tilanteissa (kuva 1), ja tislauspullossa olisi käytettävä vähintään 5 ml näytettä sekä muutama kiehumakivi tai sekoituspalkki. Kun suurin osa aineesta tislautuu, lämpömittariin merkitty korkein lämpötila vastaa kiehumispistettä. Tärkein virhelähde tässä menetelmässä on liian alhaisen lämpötilan kirjaaminen, ennen kuin kuumat höyryt upottavat lämpömittarin polttimon kokonaan. Lämpömittaria on tarkkailtava säännöllisesti erityisesti silloin, kun tislaus on käynnissä. Kirjataan barometrinen paine kiehumispisteen ohella.
Yksinkertaisen tislauksen pitäisi riittää useimmissa tilanteissa (kuva 1), ja tislauspullossa olisi käytettävä vähintään 5 ml näytettä sekä muutama kiehumakivi tai sekoituspalkki. Kun suurin osa aineesta tislautuu, lämpömittariin merkitty korkein lämpötila vastaa kiehumispistettä. Tärkein virhelähde tässä menetelmässä on liian alhaisen lämpötilan kirjaaminen, ennen kuin kuumat höyryt upottavat lämpömittarin polttimon kokonaan. Lämpömittaria on tarkkailtava säännöllisesti erityisesti silloin, kun tislaus on käynnissä. Kirjataan barometrinen paine kiehumispisteen ohella.
Refluksimenetelmä
Yhdisteen kiehumispisteen määrittämiseen voidaan käyttää myös refluksimenetelmää. Refluksi tarkoittaa, että neste kiehuu ja tiivistyy aktiivisesti, ja tiivistynyt neste palaa takaisin alkuperäiseen pulloon. Se on analoginen tislausasetelman kanssa, ja suurin ero on lauhduttimen pystysuora sijoittaminen.
Kuva 2: a) Refluksiasetelma, b) Digitaalisen lämpömittarin asettaminen lauhduttimeen, c) Lämpömittarin asento, d) Asetelman jäähdyttäminen.
Jos materiaaleja on saatavilla, paras refluksisovitus tähän sovellukseen on esitetty kuvassa 2b, ja siinä käytetään mikroskooppista lauhdutinta ja digitaalista lämpömittaria. Asetelmassa käytetään 5 mL nestettä ja muutama kiehumakivi tai sekoituspalkki. Lauhdutin on kiinnitetty pyöreäpohjaiseen kolviin, ja alempi vesiletku on liitetty vesihanaan ja ylempi vesiletku valuu lavuaariin. On tärkeää tarkistaa, että kolvin ja lauhduttimen yhdistävä liitos on tukevasti kiinni. Neste saatetaan kiehuvaksi hiekkakylvyssä, ja lämpömittari asetetaan laitteeseen (kuva 2c) siten, että sen alin tuuma on kiehuvan nesteen ja lauhduttimen pohjan välissä. Tässä asennossa lämpömittari voi mitata tarkasti kuumat höyryt, ja lämpötila vakiintuu yhdisteen kiehumispisteeseen.
Kirjataan barometrinen paine kiehumispisteen lisäksi.
Vaikka tuntuukin järkevältä upottaa lämpömittari suoraan kiehuvaan nesteeseen, on mahdollista, että neste on ylikuumentunut eli kuumempi kuin kiehumispisteensä. Kun kiehumispiste on määritetty, pullo on nostettava hiekkakylvystä (kuva 2d) jäähtymään ja lauhdutinta on pidettävä käynnissä, kunnes pullo on vain kosketuslämmin. Tässä vaiheessa laitteisto voidaan purkaa.
Jos mikroskooppilauhdutinta ei ole käytettävissä, voidaan käyttää myös vaihtoehtoista refluksimenetelmää, kuten kuvassa 3 on esitetty. Noin 5 ml näytettä asetetaan keskikokoiseen koeputkeen (18 x 150 mm) ja lämpömittari kiinnitetään sen sisään niin, että se ei kosketa lasin reunoja. Laitetta lämmitetään varovasti hiekkakylvyssä siten, että refluksi tapahtuu hallitusti ja että höyryt eivät pääse poistumaan putkesta. Refluksin aikana lämpötila vakiintuu lopulta (tämä vie jonkin aikaa), ja korkein havaittu lämpötila vastaa yhdisteen kiehumispistettä. Tällä menetelmällä mitatuissa kiehumispisteissä voi olla merkittävä virhe, jos kiehumispiste on hyvin alhainen tai korkea (<70 °C tai >150 °C), koska matalalla kiehuvat yhdisteet kiehuvat liian helposti ja korkealla kiehuvat yhdisteet jäähtyvät liian helposti.
Kirjataan barometrinen paine kiehumispisteen lisäksi.
Vaikka tuntuukin järkevältä upottaa lämpömittari suoraan kiehuvaan nesteeseen, on mahdollista, että neste on ylikuumentunut eli kuumempi kuin kiehumispisteensä. Kun kiehumispiste on määritetty, pullo on nostettava hiekkakylvystä (kuva 2d) jäähtymään ja lauhdutinta on pidettävä käynnissä, kunnes pullo on vain kosketuslämmin. Tässä vaiheessa laitteisto voidaan purkaa.
Jos mikroskooppilauhdutinta ei ole käytettävissä, voidaan käyttää myös vaihtoehtoista refluksimenetelmää, kuten kuvassa 3 on esitetty. Noin 5 ml näytettä asetetaan keskikokoiseen koeputkeen (18 x 150 mm) ja lämpömittari kiinnitetään sen sisään niin, että se ei kosketa lasin reunoja. Laitetta lämmitetään varovasti hiekkakylvyssä siten, että refluksi tapahtuu hallitusti ja että höyryt eivät pääse poistumaan putkesta. Refluksin aikana lämpötila vakiintuu lopulta (tämä vie jonkin aikaa), ja korkein havaittu lämpötila vastaa yhdisteen kiehumispistettä. Tällä menetelmällä mitatuissa kiehumispisteissä voi olla merkittävä virhe, jos kiehumispiste on hyvin alhainen tai korkea (<70 °C tai >150 °C), koska matalalla kiehuvat yhdisteet kiehuvat liian helposti ja korkealla kiehuvat yhdisteet jäähtyvät liian helposti.
Thiele-putkimenetelmä
Thiele-putken teoriaThiele-putkimenetelmä on yksi yksinkertaisimmista menetelmistä yhdisteen kiehumispisteen määrittämiseksi, ja sen etuna on, että siinä käytetään pieniä ainemääriä (alle 0,5 ml näytettä). Näyte asetetaan pieneen putkeen yhdessä käännetyn kapillaariputken kanssa. Asetelma kiinnitetään lämpömittariin (kuva 5) ja kuumennetaan Thiele-putken (kuva 4) sisällä hieman yhdisteen kiehumispistettä korkeammaksi (mikä näkyy kapillaariputkesta nousevana jatkuvana kuplavirtana). Tämän jälkeen putken annetaan jäähtyä, ja sillä hetkellä, kun kapillaariputkeen imetään nestettä, lämpötila on yhdisteen kiehumispiste.
Kuva 4: Thielen putkilaite
Tässä menetelmässä käytetään kiehumispisteen määritelmää: lämpötila, jossa yhdisteen höyrynpaine on yhtä suuri kuin sovellettu (ilmakehän) paine. Käänteinen kapillaariputki toimii säiliönä, johon yhdisteen höyryt jäävät. Kun laitetta lämmitetään, kapillaariputkeen alun perin suljettu ilma laajenee ja saa aikaan kuplia, jotka tulevat ulos putkesta (kuva 5 b). Kuumennuksen jatkuessa yhdisteen höyryt syrjäyttävät lopulta kaiken loukkuun jääneen ilman, minkä vuoksi kuumennusta jatketaan, kunnes kuplia virtaa jatkuvasti.
Kun laite jäähdytetään, kapillaariputken sisäinen paine (joka johtuu yksinomaan yhdisteen höyrystymisestä) vastaa lopulta ilmakehän painetta, jolloin kuplat hidastuvat ja putkeen imeytyy nestettä. Lämpötila, jossa tämä alkaa, on yhdisteen kiehumispiste (kuva 5 d).
Kun laite jäähdytetään, kapillaariputken sisäinen paine (joka johtuu yksinomaan yhdisteen höyrystymisestä) vastaa lopulta ilmakehän painetta, jolloin kuplat hidastuvat ja putkeen imeytyy nestettä. Lämpötila, jossa tämä alkaa, on yhdisteen kiehumispiste (kuva 5 d).
Kuva 5: Kiehumispisteen määritys: a) Alkuperäinen asetus, b) Kuumentamisen jälkeen kiehumispisteen yli, c) Jäähdytys, d) Neste on juuri tulossa kapillaariputkeen (lämpötila on kiehumispiste), e) Neste on kapillaariputken sisällä (lämpötila on alhaisempi kuin kiehumispiste).
Thielen putkimenetelmä
Kuva 6: a) Thiele-putki, jossa nuoli osoittaa öljyn vähimmäiskorkeuden, b) Putki kiinnitetään lämpömittariin kuminauhalla, c) Näytteen lisääminen, d) Kapillaariputken asettaminen sisään.
- Hankitaan Thiele-putki ja kiinnitetään se rengastelineeseen huurteenpoistossa (kuva 6a). Putki on tavallisesti täytetty kirkkaalla mineraaliöljyllä, mutta se voi olla tummunut hapettumisesta tai valuneista yhdisteistä. Jos öljy on melko tummaa, se on vaihdettava. Öljyä on täytettävä vähintään 1 cm ylimmän kolmiomaisen varren yläpuolelle (sopiva öljytaso on merkitty kuvaan 6a), ja jos se on liian alhaalla, öljy ei pääse kiertämään tarvittavalla tavalla (kuva 7c).
- Aseta lämpömittari yksireikäiseen kumitulppaan, jonka toisella puolella on rako. Kiinnitä pieni lasipullo ("Durham-putki" tai 6 x 50 mm:n viljelyputki) lämpömittariin pienellä kuminauhalla (kuva 6b). Injektiopullon pohjan on oltava samassa tasossa lämpömittarin pohjan kanssa.
- Täytä injektiopullo noin puoliksi näytteellä, jolloin näytettä tarvitaan 0,25-0,5 ml (kuva 6c).
- Aseta kapillaariputki näytteeseen (sama tyyppi, jota käytetään sulamispisteiden määrittämiseen), avoin pää alaspäin ja suljettu pää ylöspäin (kuva 6d).
A-D: Sekvenssi, jossa näytetään kapillaariputken ja lämpömittarin asettaminen ja kuumentaminen Thiele-putkeen.
Kuva 7: a) Kokoonpanon asettaminen Thiele-putkeen, b) kuminauha on öljyn yläpuolella, c) kuumentaminen, d) näytteen voimakas kupliminen.
- Aseta kumitulppa ja lämpömittarikokoonpano Thiele-putkeen ja säädä korkeus siten, että näyte on puolivälissä (jos mahdollista) putken sisällä (kuva 7a). Kuminauhan on oltava mineraaliöljyn yläosaa korkeammalla (kuva 7b), ja on otettava huomioon, että öljy saattaa laajentua jonkin verran kuumentamisen aikana. Lämpömittari ei saa koskettaa lasin reunoja, ja jos se koskettaa, se on kiinnitettävä siten, että se ei enää kosketa.
- Kuumenna öljyä varovasti Thiele-putken sivuvarressa mikropolttimella, jos sellainen on käytettävissä, tai Bunsen-polttimella edestakaisin liikkuen (kuva 7c). Kun öljy lämpenee ja sen tiheys vähenee, se nousee ylöspäin ja kulkee putken kolmion muotoista osaa pitkin. Jäähdytetty, tiheämpi öljy vajoaa, jolloin syntyy kuvan 7c) mukainen virta. Tämä menetelmä on erinomainen tapa lämmittää näytettä epäsuorasti ja hitaasti.
- Vaikka Thiele-putkessa ei pitäisi näkyä kuplia sen lämmetessä, niitä esiintyy yleisesti, jos putkea on aiemmin käytetty kiehumispistemäärityksiin. Tässä menetelmässä kuminauha katkeaa toisinaan, jolloin näyte putoaa öljyyn ja saastuttaa sen. Jos öljyä ei myöhemmin vaihdeta, näyte saattaa kiehua, kun sitä kuumennetaan putkessa. Thiele-putken kuumentamista voidaan jatkaa, jos kuplia näkyy.
- Menetelmää koskevissa tutkimuksissa on todettu, että öljyä on parasta lämmittää varovasti ja jatkuvasti, sillä pysäyttäminen ja aloittaminen on aiheuttanut tulosten heikkenemistä.
- Kuumentamista jatketaan, kunnes kapillaariputken kärjestä nousee voimakas kuplavirta (kuva 7d), niin että yksittäisiä kuplia on tuskin enää havaittavissa. Tämän vaiheen tarkoituksena on poistaa kapillaariputkessa alun perin ollut ilma ja korvata se näytteen höyryllä. Ei saa kuumentaa niin voimakkaasti, että koko näyte kiehuu pois. Kun kuplat nousevat voimakkaasti kapillaariputkesta, höyrynpaine putken sisällä on suurempi kuin ilmanpaine (öljy on kiehumispistettä korkeammassa lämpötilassa).
- Sammuta poltin ja anna laitteen jäähtyä. Kuplat hidastuvat ja lopulta pysähtyvät. Jossain vaiheessa höyrynpaine kapillaariputken sisällä on yhtä suuri kuin ilmakehän paine, ja putkeen imeytyy nestettä. Kiehumispiste on kirjattava lämpötilaksi, jossa neste alkaa juuri päästä kapillaariputkeen (kuva 8b).
Kuva 8: Nesteen pääsy kapillaariputkeen aikajärjestyksessä. Kiehumispiste on kirjattava lämpötilaksi, jossa b)
- Kirjataan ilmakehän paine kiehumispisteen ohella.
Kiehumispisteen määritys video-opas
Last edited:
