Wyznaczanie temperatury wrzenia

PRZEDRUK, oryginał dostępny pod adresem www
Fragmenty skryptu: Materiały do ćwiczeń laboratoryjnych z chemii organicznej dla studentów farmacji: wstęp
Autor skryptu: prof. UJ dr hab. Marek Cegła, dr Barbara Drożdż

Uniwersytet Jagielloński (www)
Wydział Farmaceutyczny Collegium Medicum (www)
Katedra Chemii Organicznej (www)
Kierownik: Prof. UJ, dr hab. Marek Cegła

Adres:
ul. Medyczna 9
30-688 Kraków
Kontakt: tel. 012 620 55 00

Miarą czystości cieczy jest jej temperatura wrzenia, którą można oznaczyć w procesie destylacji. Dla niewielkich ilości cieczy jej temperaturę wrzenia można oznaczyć następująco: W aparacie Thielego wypełnionym olejem silikonowym umieszcza się termometr z przymocowaną małą probówką, której dno znajduje się na poziomie zbiornika rtęci termometru. Do probówki wlewa się około 0,5 cm3 badanej cieczy i zanurza w niej, otwartym końcem, zatopioną z jednej strony kapilarkę. Zestaw ogrzewa się powoli małym, nie świecącym (ale bez stożka) płomieniem palnika, poruszając nim tak aby płomień przesuwał się po powierzchni szkła bocznej rurki aparatu Thilego, aby nie dopuścić do miejscowego przegrzania.

W probówce z kapilarą można wyróżnić dwie powierzchnie cieczy – otwartą do atmosfery w probówce (A) oraz zamkniętą, znajdującą się wewnątrz kapilary (B). Nad cieczą znajduje się para o prężności charakterystycznej dla danej cieczy i temperatury. Znad powierzchni (A) pary wydostają się poza obręb probówki, natomiast nad powierzchnią (B) wytwarza się po pewnym czasie w kapilarce para nasycona.

Ogrzewanie cieczy powoduje zwiększone jej parowanie, co prowadzi do wzrostu objętości gazu w kapilarce (ciśnienie jest stałe) i wydostawania się banieczek par z kapilarki. Po osiągnięciu temperatury wrzenia prężność par cieczy jest równa ciśnieniu zewnętrznemu, a w kapilarce, nad powierzchnią (B), znajdują się już tylko pary cieczy. Lekkie przekroczenie temperatury wrzenia badanej cieczy przez otaczający probówkę pomiarową olej silikonowy (temperatura badanej cieczy po osiągnięciu przez nią temperatury wrzenia już się nie zmienia, a całość dostarczanej energii jest zużywana na jej odparowywanie) powoduje gwałtowne jej wrzenie, przejawiające się intensywnym wydzielaniem par z kapilarki wskutek intensywnego parowania nad powierzchnią (B). Wtedy przerywa się ogrzewanie i olej zaczyna się ochładzać, a szybkość wydzielania baniek par maleje (zmniejsza się różnica temperatury pomiędzy otaczającym probówkę olejem a badaną cieczą, co skutkuje obniżeniem ilości energii dostarczanej do badanej cieczy i zmniejszeniem jej parowania). Gdy ustanie wydzielanie banieczek (następuje zrównanie temperatury oleju i badanej cieczy w probówce pomiarowej), ciśnienie par w kapilarce jest równe ciśnieniu zewnętrznemu i temperatura zaobserwowana w tym momencie na termometrze odpowiada definicyjnej temperaturze wrzenia cieczy. Dalsze niewielkie oziębienie cieczy i par w kapilarce powoduje ich skroplenie i gwałtowny spadek ciśnienia w kapilarce. Wtedy ciśnienie zewnętrzne wciska ciecz do kapilary, aż do wyrównania ciśnień. Zjawisko to zachodzi gwałtownie w temperaturze nieco niższej od rzeczywistej temperatury wrzenia, ale ponieważ jest bardzo łatwe do zaobserwowania, a różnica temperatur jest niewielka, przyjęto tę temperaturę jako praktyczną temperaturę wrzenia oznaczaną tą metodą.