Физические константы органических веществ

Физические свойства органических соединений описываются с помощью ряда констант: температура плавления, температура кипения, плотность, показатель преломления и др. Данные константы используются при идентификации веществ и служат критериями степени чистоты соединений.

Определение температуры кипения. Температурой кипения жидкости называется температура, при которой давление пара жидкости в каждой точке над ее поверхностью равно атмосферному. В большинстве случаев определение температуры кипения производится при перегонке вещества в процессе его очистки. Чистое вещество кипит и перегоняется при определенной, характерной для него температуре (обычно в интервале 1-2°С). Иногда полученное значение температуры кипения отличается от истинного (справочного). Это может быть обусловлено рядом причин: а) изменением атмосферного давления; б) превышением допустимой скорости перегонки; в) неправильной установкой термометра в колбе Вюрца и др.

Чем ниже атмосферное давление, тем ниже температура кипения перегоняемого вещества, и наоборот. В первом приближении понижение атмосферного давления на 10 мм рт. ст. вызывает понижение температуры кипения на 0,5°С по сравнению с температурой кипения при 760 мм рт. ст.

Для установления истинной температуры кипениявысококипящих жидкостей следует ввести поправку и на выступающий столбик ртути. Выступающая над пробкой часть столбика ртути, которая не омывается горячими парами кипящего вещества, находится в более холодной зоне, и потому термометр показывает температуруниже истинной. При температурах кипения до 100°С эта ошибка невелика, а для высококипящих жидкостей (~200°С и более) составляет 2-5°С.

При перегонке малых количеств веществ используют прибор (рис. 6).

Рис. 6. Прибор для перегонки полумикроколичеств веществ: 1 - перегонная колба с алонжем; 2 - термометр, 3 - «пальчиковый» холодильник; 4 - колба коническая; 5 - малая лапка

Жидкость в перегонной колбе должна занимать от ½ до 2/3 объема ее шарообразной части. Центры кипения обеспечивают равномерное кипение жидкости, их следует вносить до начала нагревания, в холодную жидкость. В противном случае может произойти резкое вскипание жидкости и ее выброс. Термометр следует устанавливать так, чтобы верхний край ртутного шарика был на 0,5 см ниже нижнего края бокового отвода.

В зависимости от температуры кипения перегоняемой жидкости колбу нагревают либо на водяной бане (температура кипения ниже 80°С), либо на закрытой электрической плитке, колбонагревателе или с помощью газовой горелки через рассекатель пламени. За ходом перегонки наблюдают по термометру, показывающему температуру уходящих паров (но не температуру жидкости!). Если перегоняется чистое вещество, то температура паров должна оставаться постоянной. Для поддержания такого режима скорость перегонки должна быть строго фиксирована:в приемник не должно поступать более 1-2 капель дистиллята в секунду. В начальный период перегонки температура обычно бывает ниже ожидаемой, так как отгоняется низкокипящая фракция. После того как тем­пература перегонки установится, приемник для предгона заменяют приемником для основного вещества. Допустимо отклонение в показаниях термометра от справочных данных на 1-3°С. Это может быть обусловлено колебаниями атмосферного давления, присутствием воды (при недостаточно эффективном высушивании) и других примесей. При резком и значительном повышении температуры перегонку прекращают.Не следует отгонять досуха - в колбе должно оставаться 1-2 мл жидкости.

По окончании перегонки выключают нагреватель, воду; после ос­тывания прибор разбирают. Для основной фракции определяют показатель преломления. Вещество снабжают этикеткой и сдают преподавателю.

На этикетке следует указать название вещества, полученные константы (Т_кип. и n_D²⁰), а также фамилии студентов, группу и дату выполнения работы.

Определение показателя преломления. Надежным критерием степени чистоты жидких веществ является показатель преломления, который представляет собой отношение скоростей монохроматического света на границе раздела двух сред - обычно в системе воздух - исследуемая жидкость. Определение показателя преломления осуществляют с помощью серийных рефрактометров марки ИРФ-22, ИРФ-23 иИРФ-454 БМ(рис.4). Согласно ГОСТ, этот показатель измеряется при 20°С для спектральной линии желтого натриевого пламени. Это так называемая D-линия с длиной волны 589 нм. Отсюда следует обозначение показателя преломления п_D²⁰. Для измерения нужно несколько капель жидкости; точность измерения 0,0001. Если температура, при которой проводится определение, отличается от 20°С, необходимо сделать корректировку полученного значения показателя преломления. При этом следует воспользоваться правилом: повышение температуры на 1°С уменьшает значение показателя на 0,0005, соответственно, понижение температуры на 1°С увеличивает его на 0,0005.

Для определения показателя преломления исследуемое вещество наносят на предметное стекло прибора. С помощью зеркал направляют на него луч света, который фокусируется линзами и проходит через границу раздела двух фаз. Относительная величина изменения скорости света измеряется прибором и сравнивается со справочными значениями.

Лабораторная работа

Определение температуры кипения и показателя преломления неизвестного вещества