В чем измеряется температура плавления

Плотность, температура плавления и кипения простых веществ

В таблице приводятся основные физические свойства простых веществ: плотность при температуре 20°С (в случае, если плотность измерена при другой температуре, последняя указана в скобках), температура плавления и температура кипения веществ в градусах Цельсия.

Указаны плотность и температуры плавления и кипения следующих простых веществ: азот N₂, актиний Ac, алюминий Al, америций Am, аргон Ar, астат At, барий Ba, бериллий Be, бор B, бром Br, ванадий V, висмут Bi, водород H₂, вольфрам W, гадолиний Gd, галлий Ga, гафний Hf, гелий He, германий Ge, гольмий Ho, диспрозий Dy, европий Eu, железо Fe, золото Au, индий In, йод (иод) J, иридий Ir, иттербий Yb, иттрий Y, кадмий Cd, калий K, кальций Ca, кислород O₂, озон O₃, кобальт Co, кремний Si, криптон Kr, ксенон Xe, кюрий Cm, лантан La, литий Li, лютеций Lu, магний Mg, марганец Mn, медь Cu, молибден Mo, мышьяк As, натрий Na, неодим Nd, неон Ne, нептуний Np, никель Ni, ниобий Nb, олово Sn, осмий Os, палладий Pd, платина Pt, плутоний Pu, полоний Po, празеодим Pr, прометий Pm, протактиний Pa, радий Ra, радон Rn, рений Re, родий Rh, ртуть Hg, рубидий Rb, рутений Ru, самарий Sm, свинец Pb, селен Se, сера S, серебро Ag, скандий Sc, стронций Sr, сурьма Sb, таллий Tl, тантал Ta, теллур Te, тербий Tb, технеций Tc, титан Ti, торий Th, тулий Tu, углерод C (алмаз, графит), уран U, фосфор P (белый, красный), франций Fr, фтор F, хлор Cl, хром Cr, цезий Cs, церий Ce, цинк Zn, цирконий Zr, эрбий Er.

Следует отметить, что плотность веществ в таблице выражена в размерности кг/м 3 . В таблице можно выделить вещества (химические элементы) с минимальной и максимальной плотностью. Наименьшей плотностью из химических элементов обладают газы — например, плотность водорода равна всего 0,08987 кг/м 3 — это самый легкий газ на планете. Из тяжелых элементов высокой плотностью отличаются вольфрам, уран, нептуний, осмий и другие металлы.

Цифры в скобках означают, что вещество при данной температуре разлагается. Сокращения: г. — газ, ж. — жидкость, тв. — твердое вещество, возг. — возгоняется, ромб. — ромбическая структура.

По данным таблицы можно выделить вещества, обладающие минимальной и максимальной температурой плавления и кипения. Самую низкую температуру плавления имеет химический элемент гелий — его температура плавления равна минус 272,2 °С. Гелий также обладает и самой низкой температурой кипения.

Самую высокую температуру плавления среди простых веществ имеет такой химический элемент, как углерод в виде графита. Он начинает плавиться при температуре 3600°С. Другая модификация углерода — алмаз также относится к тугоплавким веществам с температурой плавления 3500°С.

Самую высокую температуру кипения имеет элемент кадмий, он кипит при температуре не ниже 7670°С, хотя начинает плавиться всего лишь при 321°С.

Атомная масса и плотность простых веществ

В таблице приведена атомная масса и плотность следующих химических элементов: азот ,актиний, алюминий, америций, аргон, астат, барий, бериллий, берклий, бор, бром, ванадий, висмут, водород, вольфрам, гадолиний, галлий, гафний, гелий, германий, гольмий, диспрозий, европий, железо, золото, индий, йод, иридий, иттербий, иттрий, кадмий, калий, калифорний, кальций, кислород, кобальт, кремний, криптон, ксенон, кюрий, лантан, литий, лютеций, магний, марганец, медь, менделевий, молибден, мышьяк, натрий, неодим, неон, нептуний, никель, ниобий, олово, осмий, палладий, платина, плутоний, полоний, празеодим, прометий, протактиний, радий, радон, рений, родий, ртуть, рубидий, рутений, самарий, свинец, селен, сера, серебро, скандий, стронций, сурьма, таллий, тантал, теллур, тербий, технеций, титан, торий, тулий, углерод (графит, алмаз), уран, фермий, фосфор, франций, фтор, хлор, хром, цезий, церий, цинк, цирконий, эйнштейний, эрбий.

Указанные значения плотности соответствуют плотности веществ при температуре 20°С и атмосферном давлении, за исключением тех случаев, когда в скобках указана другая температура.

Плотность элементов дана в размерности тонна на кубометр. Например, плотность жидкого азота при температуре -195,8°С равна 0,808 т/м 3 или 808 кг/м 3 ; плотность хлора в газообразном состоянии равна 3,214 кг/м 3 , жидкого — 1557 кг/м 3 . Значения плотности веществ приведены для их естественного молекулярного и агрегатного состояний при указанной температуре.

Источники:
1. Писаренко В.В. Справочник лаборанта-химика. Справ. пособие для проф.-техн. учебн. заведений. М., «Высшая школа», 1970. — 192 стр. с илл.
2. Физические величины. Справочник. А.П. Бабичев, Н.А. Бабушкина, А.М. Братковский и др.; Под ред. И.С. Григорьева, Е.З. Мейлихова. — М.: Энергоатомиздат, 1991. — 1232 с.

Определение температуры плавления

Температурой плавления вещества называют температуру равновесия фаз твердое вещество — жидкость во время процесса плавления. Определить эту температуру можно в процессе плавления или в процессе застывания расплава, так как, если исключено переохлаждение, то температура застывания совпадает с температурой плавления. Различные наименования применяют для того, чтобы показать, каким методом было проведено определение температуры равновесия фаз твердое тело — жидкость: при нагревании наблюдают температуру плавления, при охлаждении — температуру затвердевания.

Точное определение фазового равновесия может быть успешным лишь тогда, когда нагревание или охлаждение идет настолько медленно, что действительно устанавливается необходимое равновесие. Определение точки плавления имеет особо важное значение при работе с органическими веществами, однако им пользуются также и при работе с неорганическими препаратами.

В связи с высокими температурами плавления неорганических веществ, определение обычными методами с капиллярами, погружаемыми в нагретые до определенной температуры бани, в большинстве случаев не удается. Определение температуры плавления неорганических веществ выполняют большей частью так называемым тигельным методом, наблюдая скорость охлаждения расплава при помощи погруженной в него термопары.

Одни исследователи считают, что температуре плавления отвечает момент появления жидкой фазы. По мнению других, точкой плавления следует считать момент полного исчезновения твердой фазы, то есть наступление полной прозрачности расплава при условии медленного нагревания.

Часто под температурой плавления подразумевают интервал температур между появлением первых капель жидкости и полным переходом твердого вещества в жидкое состояние. Для чистых индивидуальных веществ этот интервал измеряется долями градуса. Точнее определить температурный интервал плавления можно путем повторного расплавления образца после его застывания. О приближении расплавления узнают по стеканию расплавившихся частиц, которые обыкновенно при застывании высоко поднимаются по стенкам капилляра под действием капиллярных сил.

При наличии примеси точка плавления вещества понижается. Это дало повод предположить, что смеси веществ должны плавиться при более низкой температуре, чем составляющие их индивидуальные вещества. Отсутствие депрессии температуры плавления смеси исследуемого вещества со стандартными рассматривается как доказательство их идентичности (или их полной взаимной нерастворимости). Этим пользуются для идентификации химических соединений. Для этого смешивают в равных количествах (по 0,05 или 0,1 г) исследуемое вещество и химически чистое стандартное вещество (вещество сравнения) и определяют температуру плавления смеси. Если проба смешения плавится при той же температуре, что и каждый компонент в отдельности, то идентичность исследуемого вещества со стандартными считается доказанной. Если же проба смешения плавится при более низкой температуре, чем каждый компонент в отдельности, то это значит, что исследуемое вещество не идентично стандартному.

Определение температуры плавления пробы смешения — наиболее широко используемый и легко применимый критерий идентичности, которым, однако, следует пользоваться с осторожностью. Наличие депрессии указывает на различие веществ, но отсутствие депрессии не всегда является свидетельством их идентичности. Отсутствие депрессии наблюдается иногда в случае двух сравнительно сложных соединений, имеющих незначительные структурные различия. Полезные сведения по определению температуры плавления можно найти в литературе.

Определение температуры плавления в капилляре

Из всех методов определения температуры плавления органических соединений этот — наиболее распространенный. Техника его исполнения несложна. Небольшое количество тонко растертого и хорошо высушенного препарата помещают в запаянный с одного конца тонкостенный стеклянный капилляр длиной 45-50 мм и диаметром 1,0-1,2 мм для бесцветных и 0,8-1,0 мм для окрашенных веществ. (Для воскообразных и волокнистых веществ можно брать капиллярные трубки несколько большего размера.) Наполненный капилляр осторожно бросают 10-15 раз в стеклянную трубку высотой 800 мм и диаметром 15-20 мм, поставленную вертикально на часовое стекло, до уплотнения вещества в слой высотой около 2 мм. В случае определения трудно уплотняемого вещества капилляр набивают при помощи другого капилляра, меньшего диаметра. Оплавлять открытый конец капилляра недопустимо, так как при этом попадает внутрь конденсационная вода.

Температуру плавления гигроскопических и возгоняющихся веществ определяют в капиллярах, запаянных с обоих концов; при этом капиллярная часть должна быть целиком погружена в нагревательную баню (нагревательный блок).

Капилляр закрепляют на термометре резиновым колечком (кольцо отрезают от подходящего по размерам резинового шланга), медной проволокой или приклеивают верхний конец каплей серной кислоты. Проба вещества должна находиться на уровне шарика термометра.

При переходе из твердого состояния в жидкое в обычных условиях нагревания в капилляре можно наблюдать следующие явления: усадка вещества — столбик вещества меняет свою форму, сжимаясь и отставая от стенок капилляра, без видимого перехода в жидкое состояние; отпотевание — на внутренней поверхности капиллярной трубочки появляются капельки жидкости, вещество спекается, не теряя своей связности; частичное плавление — в капилляре наряду с твердыми частицами образуется мениск жидкости по всему сечению капилляра. После этого при несколько более высокой температуре наступает состояние полного расплавления.

Температуру плавления большей частью считывают с термометра, когда вещество полностью расплавилось, образовав прозрачный расплав.

Чтобы избежать довольно больших и порой недостаточно надежных поправок на выступающий столбик ртути, рекомендуется применять укороченные термометры из набора ТЛ-6 (по Аншютцу).

Многие органические вещества плавятся с разложением (появление окраски, выделение газа). Температура разложения обычно не резко выражена и часто не может быть точно воспроизведена.

Определение температуры плавления в капиллярах может быть выполнено очень точно, если в предварительном опыте определить приблизительно температуру плавления вещества и затем капилляр с веществом поместить в прибор, нагретый до температуры на несколько градусов ниже этого приблизительного значения.

В качестве обогревательной жидкости (теплоносителя) используют концентрированную серную кислоту, парафиновое масло, силиконовое масло. Серную кислоту, применение которой требует большой осторожности, можно использовать при определении температуры плавления вплоть до 250 °С. Смесь конц. H2SO4 (7 масс, ч) и K2SO4 (3 ч.) после 5-минутного кипячения при энергичном перемешивании образуют прозрачную жидкость, которую можно использовать в качестве теплоносителя до 320°С (смесь гигроскопична, и ее следует пpeдoxpaнять от увлажнения).

Читать еще:  Куда засыпать лимонную кислоту в стиральной машине

Предложено много конструкций приборов для определения температуры плавления капиллярным методом. Отечественная промышленность выпускает два типа таких приборов.

Прибор ПТОП. Этот прибор (рис. 206) состоит из круглодонной колбы 1 вместимостью 100-150 мл с горлом длиной 90 мм и диаметром 30 мм. В колбу наливают на 2/3 ее объема бесцветной конц. H2SO4 или бесцветного силиконового масла. В горло колбы вставляют специальную пробирку 3 длиной 150 мм и диаметром около 15 мм с приплавленными к ней четырьмя отростками 4 на расстоянии 30 мм от ее верхнего края. Над одним из отростков в пробирке имеется отверстие 5 диаметром 2-3 мм.

Пробирку вставляют в колбу так, чтобы между дном пробирки и колбы оставалось 10-15 мм. Пробирку закрывают корковой пробкой 6 со вставленным в нее укороченным термометром, из набора ТЛ-6 (по Аншютцу), нижний конец которого должен находиться на несколько миллиметров выше дна пробирки. При определении температуры плавления веществ, плавящихся ниже 170 °С, применяют порожнюю пробирку; для веществ с температурой плавления выше 170 °С в пробирку наливают конц. H2SO4 или силиконовое масло так, чтобы ртутный резервуар термометра был погружен в нее. Для веществ с температурой плавления 250-320 °С пробирку и колбу наполняют упомянутой выше смесью H2SO4 и K2SO4.

Содержимое колбы нагревают до температуры на 10-15 °С ниже предполагаемой температуры плавления препарата, измеряя температуру в колбе термометром, после чего в пробирку помещают укороченный термометр с капилляром так, чтобы ни термометр, ни капилляр не касались дна и стенок пробирки. Затем продолжают нагревать прибор, повышая температуру со скоростью 0,5 °С в минуту. Если вещество в процессе определения температуры плавления разлагается, то скорость нагрева увеличивают до 2-3°С в минуту или капилляр с препаратом перемещают в прибор, предварительно нагретый до температуры приблизительно на 5°С ниже предполагаемой температуры плавления.

Началом плавления считают появление первой капли расплавленного препарата или появление мениска в капилляре, а концом — момент полного расплавления препарата. Обе температуры отмечают и считают интервалом температуры плавления препарата.

Прибор ПТП. В отличие от описанного выше, в приборе ПТП (рис. 207) предусмотрен электронагрев капилляра с пробой. Прибор предназначен для определения температуры плавления веществ в диапазоне 20-360 °С при регулируемых скоростях нагрева 1, 2, 4, 6, 8 и 10 °С в минуту.

Основной частью прибора является блок-нагреватель 6; он состоит из двух сосудов из термостойкого стекла, вставленных один в другой. На внутренний сосуд навита бифилярно константановая спираль 5.

В блок-нагреватель устанавливают термометр 8, к которому крепят капилляры 8.

Прибор снабжен номограммой 1, позволяющей при определенной фиксированной глубине погружения термометров установить напряжение, необходимое для заданной скорости нагревания.

Для удобства наблюдения за плавлением вещества и шкалой термометра на приборе установлены оптическое приспособление 9 с фокусировкой н два осветителя 4 с рефлекторами.

Исследуемый образец тонкоизмельченного сухого вещества помещают в капиллярную трубку 8, запаянную с одного конца, которая устанавливается так, чтобы столбик вещества находился на уровне середины ртутного резервуара термометра. Затем включают прибор в сеть.

По номограмме 1 определяют напряжение, соответствующее необходимой скорости нагрева; включают нагреватель 6 и осветители. При помощи ручки регулятора 10, следя за показанием вольтметра 3, устанавливают необходимое напряжение. За процессом плавления наблюдают при помощи оптического приспособления 9, а за показаниями термометра — с помощью дополнительной лупы.

В виду некоторого влияния температуры окружающей среды и движения воздуха вокруг блока-нагревателя 6, необходима дополнительная коррекция скорости нагрева, которая осуществляется вручную регулятором напряжения 10.

Медные блоки. Температуру плавления высокоплавких веществ (>300 °С) лучше всего определять нагреванием капилляров в медных блоках. Термометр помещают в горизонтальный канал блока, на поверхности которого находится ряд углублений, расположенных на равных расстояниях. Система каналов под острым углом друг к другу позволяет рассматривать капилляр как в проходящем, так и в отраженном свете от источника, установленного за отверстием канала. Выходные отверстия каналов во избежание движения воздуха закрыты стеклом. После предварительного грубого определения температуры плавления образца термометр выдвигают из блока настолько, чтобы можно было только отсчитать ожидаемую температуру. Проба вещества устанавливается в углублении, ближайшем к шарику термометра.

Определение температуры плавления на нагреваемой поверхности

При определении температуры плавления легко разлагающихся при нагревании веществ наиболее точные результаты могут быть получены при максимальном сокращении времени от момента начала нагревания вещества до его плавления. Это достигается применением различного типа блоков для плавления на открытой поверхности. Одним из таких блоков является нагреватель Кофлера.

Нагреватель представляет собой металлический брусок длиной около 370 мм и шириной около 40 мм, в котором посредством одностороннего электрического обогрева создан перепад температур. Благодаря форме бруска и использованию двух металлов с различной теплопроводностью его температурный градиент приближается к линейному. При помощи этого нагревателя можно определять температуру плавления веществ в интервале 50-250 °С. Для отсчета температур служит металлическая шкала с ценой деления 2 °С. Вмонтированный в прибор стабилизатор исключает влияние колебаний напряжения в сети и обеспечивает всегда одинаковое нагревание.

Исследуемое вещество насыпают непосредственно на хромированную поверхность нагревателя. Вскоре можно увидеть более или менее четкую границу жидкой и твердой фазами. Пределы точности определения 1-2°С.

Криоскопический метод

Очень точно определить температуру плавления можно криоскопическим методом — по кривым охлаждения. Этот метод позволяет установить не только температуру плавления, но и процентное содержание примеси. При кристаллизации расплавленного вещества в отсутствие переохлаждения температура остается почти постоянной, что связано с выделением скрытой теплоты кристаллизации.

Недостатком этого метода является то, что для этого требуется значительно больше испытуемого вещества, чем при определении в капиллярах.

Определение температуры кристаллизации органических реактивов и препаратов в пределах 20-100 °С по кривой охлаждения проводят в приборе Баумана-Фрома (рис. 208).

Прибор Баумана-Фрома состоит из стеклянного толстостенного сосуда 3, нижняя часть которого имеет диаметр 20 мм, а верхняя — 50 мм. В верхнюю часть помещают насадку 1 в виде стаканчика. В дне насадки имеются два отверстия для термометра 4 и мешалки 5. Последние свободно подвешены в отверстиях на пробковых пластинках 2. Цилиндрический сосуд с насадкой помещают в широкую пробирку 6 диаметром 40-45 мм. Весь прибор помещают в стакан вместимостью 500 мл.

Испытуемый препарат помещают в сосуд 3 и расплавляют, погружая в стакан с водой, нагретой до температуры на 15-20 °С выше предполагаемой температуры кристаллизации. Слой расплавленного препарата должен быть высотой 25-30 мм.

Сосуд с расплавленным препаратом вынимают из воды, насухо вытирают, вставляют в пробирку 6 и закрепляют на штативе. В расплавленный препарат погружают термометр 4 и мешалку 5 так, чтобы они не касались ни дна, ни стенок сосуда 3 и чтобы ртутный резервуар термометра был полностью погружен в испытуемое вещество.

Испытуемое вещество в приборе охлаждают на 2-3°С ниже предполагаемой температуры кристаллизации и осторожно помешивают, не касаясь дна и стенок прибора.

В момент кристаллизации вещества температура самопроизвольно повышается (в этот момент прекращают перемешивание) и, достигнув определенного максимума, остается на этом уровне в течение некоторого времени, а затем вновь начинает понижаться. Высшую точку подъема температуры принимают за температуру кристаллизации.

Определение температуры плавления

Температурой плавления веществаназывают температуру, при которой его твердая фаза находится в равновесии с собственным расплавом.

Температура плавления – важнейшая хаpaктеристика соединения. По значению температуры плавления можно проводить идентификацию соединения, так как эта константа всегда приводится в справочниках по свойствам соединений, например, /2, 4/.

Для идентификации веществ часто используют также т. н. «смешанную пробу плавления». Для этого тщательно смешивают равные количества вещества, которое идентифицируют, и заведомо известного вещества. Если температура плавления смеси остается неизменной, то делают заключение об идентичности обоих веществ. Если же температура плавления пробы ниже температуры плавления исходных веществ, то, следовательно, эти вещества различны. Это способ основан на установленном факте, что чистые вещества обладают четко выраженной («резкой») температурой плавления (с точностью до 0,01 °С). Наличие примесей, как правило, понижает температуру плавления. Кроме того, вещества, содержащие какие-либо примеси, плавятся в температурном интервале,т. е. не имеют четко выраженной температуры плавления. Таким образом, определение температуры плавления может дать качественную информацию о степени чистоты вещества.

Определение температуры плавления позволяет также сделать косвенные выводы о возможном молекулярном строении вещества. Например, установлено, что изомеры с симметричными молекулами плавятся при более высокой температуре, чем вещества менее симметричного строения. Температура плавления растет также с увеличением степени ассоциации молекул (например, вследствие межмолекулярных водородных связей).

Приблизительно оценить температуру плавления вещества можно, используя обычный лабораторный термометр. Несколько кристаллов исследуемого соединения аккуратно помещают непосредственно на ртутный шарик термометра. Далее термометр с кристаллами осторожно располагают над поверхностью предварительно нагретой электроплитки с закрытой спиралью. Регулируя высоту положения термометра над нагретой поверхностью, грубо задают скорость подъема температуры. Внимательно наблюдая попеременно за состоянием кристаллов и значением температуры, отмечают начало плавления вещества (появление первых капелек жидкой фазы). Этот процесс можно повторить несколько раз, добиваясь наиболее точного определения начала процесса плавления. Разумеется, этот метод дает только приблизительное представление о температуре плавления, однако он позволяет существенно упростить дальнейший эксперимент по точному определению этой константы.

Для точного определения температуры плавления существует несколько конструктивно отличающихся приборов различной степени сложности и удобства в работе, однако принцип их работы одинаков. Исследуемое соединение помещают в стеклянный капилляр (диаметр 1 мм, длина 40 – 50 мм), запаянный с одного конца. Предварительно вещество растирают в ступке в тонкий порошок. Для заполнения капилляра его открытый конец погружают в порошок, при этом некоторое количество вещества попадает в верхнюю часть капилляра. Далее (для перемещения вещества в нижнюю часть капилляра и уплотнения слоя) капилляр бросают запаянным концом вниз в длинную, узкую, вертикально поставленную стеклянную трубку (диаметр
10 мм, длина 40 – 50 см). Повторяя этот прием несколько раз, добиваются получения плотного слоя вещества в капилляре высотой 3-5 мм.

Непосредственное определение температуры плавления производится в специальном стеклянном приборе (рисунок 5), состоящем из круглодонной колбы (1) с высококипящим теплоносителем, пробирки (2) и термометра (3). Капилляр (4) с испытуемым веществом прикрепляют к термометру колечком из резиновой трубки (5) так, чтобы столбик вещества находился на уровне середины ртутного шарика. Прибор нагревают на воздушной бане (колбонагреватель, электроплитка) сначала быстро, а последние 15-20° ниже предполагаемой температуры плавления температуру повышают со скоростью не более 2 град · мин –1 . Точкой плавления считают температуру в момент полного расплавления вещества.

Читать еще:  Hbr16200 хаpaктеристики на русском

Обычно вещество плавится в интервале температур и этот интервал тем меньше, чем чище вещество. Началом плавления считают момент появления первой капли в капилляре, а окончанием – исчезновение последних кристалликов вещества.

Определение температуры плавления вещества

Температурой плавления (Т_пл) твердого кристаллического вещества называется температура, при которой оно начинает переходить в жидкое состояние при атмосферном давлении. Абсолютно чистое индивидуальное вещество имеет строго определенную Т_пл. Однако в обычной пpaктике вещество редко удается довести до чистоты, близкой к 100 %, поэтому полное превращение твердого образца в жидкость происходит в некотором температурном интервале DТ_пл = Т_к — Т_н, где Т_к и Т_н — соответственно температуры начала и конца плавления. Эти температуры обычно и указывают при хаpaктеристике чистоты полученного вещества (в том числе довольно часто в справочниках; например, в “Справочнике химика”, т. II, для п-аминоацетанилида Т_пл 161 — 162° С, для ванилина 81 — 83° С и т. п.). Чем чище вещество, тем меньше DТ_пл. Пpaктически чистое вещество имеет DТ_пл не более 0,5° С. Разность между началом и концом плавления в 1° С свидетельствует о хорошем качестве полученного продукта. Неправильно принимать за температуру плавления среднюю величину (Т_н + Т_к )/2.

Примесь любого другого вещества, способного полностью или частично смешиваться с исследуемым соединением, понижает его температуру плавления и, как правило, расширяет температурный интервал DТ_пл. Величина DТ_пл получается завышенной также из-за неправильного, слишком быстрого, нагревания образца.

том, что вещество совершенно сухое, стаканчик перед помещением на него образца можно слабо нагреть и подержать измельченное вещество на теплой поверхности в течение некоторого времени (

10 минут). Прикасаются открытым концом капилляра к “горке” измельченного вещества и попавшие внутрь кристаллы проталкивают вниз капилляра, бросая его несколько раз запаянным концом вниз в трубку длиной 60 – 70 см и диаметром около 1 см, поставленную вертикально на металлическую, стеклянную или керамическую поверхность. Уплотнение образца в капилляре происходит при ударе о твердую поверхность. При этом из-за упругой деформации стекла капилляр несколько раз подскакивает внутри трубки. Высота столбика вещества в капилляре должна быть 4 – 5 мм (не больше). Чем лучше уплотнено вещество в капилляре, тем точнее может быть определена температура плавления.

Капилляр прикрепляют к термометру, как об этом было сказано выше, и начинают нагрев прибора.

Если температуру плавления измеряют с целью определения степени чистоты известного продукта, прибор нагревают сначала быстро до температуры приблизительно на 10° С ниже известной из справочника Т_пл чистого вещества. После этого горелку на короткое время отставляют, однако столбик термометра еще продолжает подниматься из-за тепловой инерции. Затем, тщательно дозируя подвод тепла расположением пламени горелки под сеткой, очень медленно поднимают температуру (1 – 2° С за 1 минуту). Чем медленнее поднимается столбик ртути в термометре, тем точнее может быть измерена температура плавления.

В процессе нагревания наблюдают за состоянием вещества в капилляре. Температуру, при которой столбик вещества в результате появления жидкой фазы начинает разрушаться, уменьшаясь в объеме (“съеживается”), принимают за начало плавления. В этот момент отмечают показание термометра (T_н). Еще более замедляют темп нагревания и дожидаются момента, когда вещество в капилляре полностью превратиться в жидкость. Это – конец плавления. Ему соответствует показание термометра T_к.

Если необходимо определить температуру плавления неизвестного вещества, то, прежде всего, следует убедиться, что оно вообще способно расплавляться при такой температуре, которая лежит в обычных пределах величин Т_пл органических соединений (

В чем измеряется температура плавления

Температурой плавления (Т_пл) твердого кристаллического вещества называется температура, при которой оно начинает переходить в жидкое состояние при атмосферном давлении. Абсолютно чистое индивидуальное вещество имеет строго определенную Т_пл. Однако в обычной пpaктике вещество редко удается довести до чистоты, близкой к 100 %, поэтому полное превращение твердого образца в жидкость происходит в некотором температурном интервале DТ_пл = Т_к — Т_н, где Т_к и Т_н — соответственно температуры начала и конца плавления. Эти температуры обычно и указывают при хаpaктеристике чистоты полученного вещества (в том числе довольно часто в справочниках; например, в “Справочнике химика”, т. II, для п-аминоацетанилида Т_пл 161 — 162° С, для ванилина 81 — 83° С и т. п.). Чем чище вещество, тем меньше DТ_пл. Пpaктически чистое вещество имеет DТ_пл не более 0,5° С. Разность между началом и концом плавления в 1° С свидетельствует о хорошем качестве полученного продукта. Неправильно принимать за температуру плавления среднюю величину (Т_н + Т_к )/2.

Примесь любого другого вещества, способного полностью или частично смешиваться с исследуемым соединением, понижает его температуру плавления и, как правило, расширяет температурный интервал DТ_пл. Величина DТ_пл получается завышенной также из-за неправильного, слишком быстрого, нагревания образца.

том, что вещество совершенно сухое, стаканчик перед помещением на него образца можно слабо нагреть и подержать измельченное вещество на теплой поверхности в течение некоторого времени (

10 минут). Прикасаются открытым концом капилляра к “горке” измельченного вещества и попавшие внутрь кристаллы проталкивают вниз капилляра, бросая его несколько раз запаянным концом вниз в трубку длиной 60 – 70 см и диаметром около 1 см, поставленную вертикально на металлическую, стеклянную или керамическую поверхность. Уплотнение образца в капилляре происходит при ударе о твердую поверхность. При этом из-за упругой деформации стекла капилляр несколько раз подскакивает внутри трубки. Высота столбика вещества в капилляре должна быть 4 – 5 мм (не больше). Чем лучше уплотнено вещество в капилляре, тем точнее может быть определена температура плавления.

Капилляр прикрепляют к термометру, как об этом было сказано выше, и начинают нагрев прибора.

Если температуру плавления измеряют с целью определения степени чистоты известного продукта, прибор нагревают сначала быстро до температуры приблизительно на 10° С ниже известной из справочника Т_пл чистого вещества. После этого горелку на короткое время отставляют, однако столбик термометра еще продолжает подниматься из-за тепловой инерции. Затем, тщательно дозируя подвод тепла расположением пламени горелки под сеткой, очень медленно поднимают температуру (1 – 2° С за 1 минуту). Чем медленнее поднимается столбик ртути в термометре, тем точнее может быть измерена температура плавления.

В процессе нагревания наблюдают за состоянием вещества в капилляре. Температуру, при которой столбик вещества в результате появления жидкой фазы начинает разрушаться, уменьшаясь в объеме (“съеживается”), принимают за начало плавления. В этот момент отмечают показание термометра (T_н). Еще более замедляют темп нагревания и дожидаются момента, когда вещество в капилляре полностью превратиться в жидкость. Это – конец плавления. Ему соответствует показание термометра T_к.

Если необходимо определить температуру плавления неизвестного вещества, то, прежде всего, следует убедиться, что оно вообще способно расплавляться при такой температуре, которая лежит в обычных пределах величин Т_пл органических соединений (

Цель работы: Получение диаграммы нагревания и плавления (охлаждения и отвердевания) олова; определение температуры и теплоты плавления олова.

Принадлежности: тигель с исследуемым металлом (олово); термопара, потенциометр ПП-63; электронный самописец; регулятор напряжения цепи.

ТЕОРИЯ

Переход твердого вещества в жидкое (плавление) и обратный переход (кристаллизация) относятся к фазовым превращениям первого рода, при которых скачком изменяется плотность, внутренняя энергия, энтропия тела. При этом поглощается (при плавлении) или выделяется (при кристаллизации) энергия, называемая теплотой плавления (кристаллизации).

При заданном давлении прямое и обратное фазовые превращения происходят при строго определенной температуре, поэтому изобарный фазовый переход одновременно является изотермическим. Одним из возможных способов измерения температуры и теплоты плавления является получение диаграммы плавления (или отвердевания), т.е. кривой зависимости температуры расплавляемого (или отвердевающего) вещества от времени при неизменных внешних условиях. Для получения диаграмм сосуд (тигель) с исследуемым веществом помещают в печь и, нагревая его измеряют через определенные промежутки времени (или непрерывно с помощью самописца) температуру вещества в тигле.

В качестве термометра, находящегося в непосредственном контакте с исследуемым веществом используют термопару. Действие термопары основано на том, что в спае двух разнородных проводников возникает контактная термоэлектродвижущая сила (ТЭДС), примерно пропорциональная температуре спая. Чаще всего приходится использовать не менее трех материалов: два – для электродов термопары и один – для обмотки измерительного прибора, что дает несколько спаев. Обычно используют схему, показанную на рис. 1. Так называемый «горячий» спай Т приводят в контакт с испытуемым телом. Оба «холодных спая должны находиться при одинаковой и известной температуре. ТЭДС для схемы рис.1 приблизительно пропорциональна разности температур Т и :

. (1)

Если холодные спаи держать при температуре льда , то ТЭДС пропорциональна температуре горячего спая Т по шкале Цельсия. Обычно для этого случая и приводят коэффициент или градуировку термопары в форме графика (таблицы). Если же холодные спаи имеют температуру , отличную от , измеренному значению ТЭДС соответствует разность температур .

В данной работе роль холодных спаев выполняют контакты проводов термопары с клеммами измерительного прибора (потенциометра), которые имеют комнатную температуру. Поэтому определение температуры сводится к следующему. Измерить комнатную температуру , Измерить ТЭДС Е. По измеренному значению ТЭДС и градуировочной таблице 1 определить и, прибавив , найти искомую температуру Т.

На рис. 2 качественно изображен процесс медленного остывания и кристаллизации металлической пробы, помещенной в тигель. При достаточно медленном остывании можно считать, что температуры Т пробы и тигля одинаковы во всех точках. Эти температуры отложены на рис. 2 по вертикальной оси. Если тепловая мощность, подводимая к образцу, может считаться постоянной, ось времени (горизонтальная на рис.2) является одновременно и осью «теплоты, отдаваемой образцом и тиглем».

Тепловая мощность N конечно не равна мощности нагревателя, т.к. часть теплоты отводится в окружающую среду. Левая и правая убывающие части кривой на рис. 2 изображают остывание расплава и тигля (слева) и остывание твердого образца и тигля (справа). Тепловая мощность на одном из этих участков равна изменению внутренней энергии системы в единичное время:

Читать еще:  Чем лучше брить пах

. (2)

Массы пробы металла т и тигля , а также их удельные теплоемкости с и , вблизи температуры плавления известны. Горизонтальный участок на рис.2 изображает процесс плавления металла. Ордината его – температура плавления, а приращение абсциссы – время фазового перехода . Здесь выполняется равенство

, (3)

где — удельная теплота плавления. Исключив N из формул (2) и (3), найдем

. (4)

Экспериментальная установка

Схема лабораторной установки приведена на рис.3. Установка состоит из электрического нагревателя (печи) 2, регулятора напряжения и кварцевого тигля 3, заполненного испытуемым металлом (здесь оловом). В металл погружены две термопары: 4 – с записью ее ТЭДС на ленточной диаграмме электронного потенциометра ЭП и 5 – с измерением ТЭДС вручную, с помощью потенциометра типа ПП-63. Градуировочная таблица термопар при температуре холодного спая дана в таблице 2.

Рис. 3

Порядок выполнения работы

Диаграмма плавления (или отвердевания) металла может быть получена путем измерения ТЭДС вручную или с помощью электронного потенциометра. Второй прибор можно использовать для дополнительного контроля.

1. Измерить температуру холодного спая (комнатную температуру) с помощью лабораторного термометра.

2. Подготовить к работе потенциометр ПП-63 (см. инструкции на рабочем столе). Установить рабочий ток, измерить ТЭДС при начальных условиях. С помощью таблицы 2 найти начальную температуру металла.

3. Подготовить к работе электронный потенциометр, протяжку ленты включить на несколько секунд для проверки.

4. Установить регулятор напряжения печи в положение 100. Включить печь.

5. Измерение ТЭДС проводить вручную через равные промежутки времени. Результаты записать в таблицу 1. Можно автоматизировать эксперимент, регистрируя ТЭДС на ленте ЭП.

6. По достижении ТЭДС примерно 18 тВ выключить печь и записать диаграмму отвердевания (или измерить вручную). Поскольку при кристаллизации площадка постоянной температуры получается обычно более четкой, для определения теплоты плавления рекомендуется использовать диаграмму отвердевания пробы. В период собственной кристаллизации постоянную температуру фазового перехода измерить несколько раз с помощью потенциометра ПП-63.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ ПЛАВЛЕНИЯ;

Общие фармакопейные статьи (Государственная фармакопея XI)

Под температурой плавления вещества подразумевают интервал температуры между началом плавления — появлением первой капли жидкости и концом плавления — полным переходом вещества в жидкое состояние.

Приведенные в частных статьях фармакопеи интервалы температур плавления указывают на то, что наблюдаемая температура плавления данного препарата должна находиться в указанных пределах, при этом интервал между началом и концом плавления не должен превышать 2 о С. Отдельные отклонения от этого интервала должны быть указаны в частных статьях.

В случаях нечеткого начала или конца плавления отдельных препаратов вместо интервала температуры плавления можно определять только конец плавления или только начало плавления. Тогда приведенный в частных статьях интервал температуры плавления указывает, что начало плавления (или конец плавления) должно

укладываться в этих пределах.

Для веществ, неустойчивых при нагревании, определяют температуру разложения. Температурой разложения называют температуру, при которой происходит резкое изменение веществ (вспенивание).

В зависимости от физических свойств веществ следует применять один из нижеприведенных методов определения температуры плавления.

Методы 1 и 1a — для твердых веществ, легко превращаемых в порошок: устойчивых при нагревании (метод 1) и неустойчивых при нагревании (метод 1а).

Методы 2 и 3 — для веществ, не растирающихся в порошок, как жиры, воск, парафин, вазелин, смолы.

Для определения температуры плавления по методам 1, 1a и 2 допускаются два прибора.

I. «Прибор для определения температуры плавления с диапазоном

измерений в пределах от 20 до 360 о С » (ПТП) с электрическим обогревом. Прибор состоит из следующих частей:

1) основание со щитком управления и номограммой;

2) стеклянный блок — нагреватель, обогрев которого осуществляется константановой проволокой, навитой бифилярно;

3) оптическое приспособление (ГОСТ 7594-75);

4) приспособление для установки термометров;

5) приспособление для установки капилляров;

6) термометр укороченный с ценой деления 0,5 о С;

7) источник нагрева (электрический обогрев);

8) капилляры длиной 20 см.

II. Второй прибор состоит из следующих частей:

1) круглодонная колба из термостойкого стекла вместимостью от 100 до 150 мл; длина горла колбы 20 см; диаметр горла от 3 до 4 см;

2) пробирка из термостойкого стекла, вставленная в колбу и отстоящая от дна колбы на расстоянии 1 см; диаметр пробирки от 2 до 2,5 см;

3) термометр ртутный стеклянный укороченный с ценой деления 0,5 о С;

4) источник нагрева (газовая горелка, электрический обогрев);

Колбу наполняют на 3/4 объема шара соответствующей жидкостью:

1) вазелиновое масло (ГОСТ 3164-78) или жидкие силиконы;

2) концентрированная серная кислота (ГОСТ 4204-77) — для веществ с температурой плавления от 80 до 260 град. С;

3) раствор 3 частей калия сульфата (ГОСТ 4145-74) в 7 частях (массовых) концентрированной серной кислоты (ГОСТ 4204-77) — для веществ с температурой плавления выше 260 о С;

4) дистиллированная вода — для веществ с температурой плавления ниже 80 град. С.

Примечания. 1. Стеклянные трубки, из которых вытягивают капилляры, должны быть вымыты и высушены. Капилляры сохраняют в эксикаторе.

2. При приготовлении раствора калия сульфата в концентрированной серной кислоте смесь ингредиентов кипятят в течение 5 мин при энергичном перемешивании. При недостаточном перемешивании могут образоваться два слоя, в результате чего может произойти закипание смеси, приводящее к взрыву.

Во время определения температуры плавления колба и пробирка должны быть открыты.

Методика определения. Метод 1 и 1а. Если в частных статьях нет других указаний, тонко измельченное вещество сушат при температуре от 100 до 105 о С в течение 2 ч или в эксикаторе над серной кислотой в течение 24 ч. Любые другие условия должны быть указаны в частных статьях. Высушенное вещество помещают в капилляр, имеющий диаметр от 0,9 до 1 Mr и толщину стенки от 0,1 до 0,15 Mr, запаянный с одного конца.

При плавлении в приборе ПТП длина капилляра должна быть 20 см, в случае второго прибора — от 6 до 8 см. Для уплотнения вещества капилляр многократно бросают в стеклянную трубку высотой не менее 50 см, поставленную вертикально на стекло. Высота слоя вещества в капилляре должна быть около 3 Mr. Капилляр с веществом сохраняют до начала определения в эксикаторе.

Во внутреннюю пробирку второго прибора помещают термометр так, чтобы конец его отстоял от дна пробирки на 1 см.

Нагревание в обоих приборах проводят сначала быстро, а затем регулируют его так, чтобы за 10 о С до начала плавления была достигнута необходимая скорость подъема температуры, указанная ниже.

За 10 о С до ожидаемого начала плавления капилляр с веществом вносят в приборы (первый или второй) таким образом, чтобы запаянный конец его находился на нижней части столика, расположенной на уровне середины ртутного шарика термометра. При плавлении во втором приборе капилляр должен быть расположен таким образом, чтобы запаянный его конец находился на середине ртутного шарика термометра. Продолжают нагревание со скоростью:

— для веществ, плавящихся по методу 1:

Ø при определении температуры плавления ниже 100 о С — со скоростью от 0,5 до 1 о С в 1 мин;

Ø при определении температуры плавления от 100 до 150 о С — от 1 до 1,5 о С в 1 мин;

Ø при определении температуры плавления выше 150 о С — от 1,5 до о С в 1 мин;

— для веществ, плавящихся по методу 1a, — от 2,5 до 3,5 о С в 1 мин.

Проводят не менее двух определений; за температуру плавления принимают среднее арифметическое значение нескольких определений, проведенных в одинаковых условиях и отличающихся друг от друга не более чем на 1 о С.

В случае расхождений при определении температуры плавления на разных приборах в частной статье должна быть приведена температура плавления на каждом приборе.

Метод 2. а) Для мягких веществ: капилляр длиной 20 см при применении первого прибора и от 6 до 8 см — при применении второго прибора и внутренним диаметром от 1 до 2 Mr, открытый с обоих концов, погружают в вещество так, чтобы оно заполнило нижнюю часть капилляра и образовало слой высотой около 10 Mr.

б) Для твердых веществ: испытуемое вещество расплавляют на бане при возможно более низкой температуре, тщательно перемешивают, набирают его в капилляр, как указано выше (см. метод 2а), и оставляют при температуре 0 о С в течение от 1 до 2 ч.

С заполненным тем или другим способом капилляром проводят определение температуры плавления по методу 1.

За температуру плавления принимают ту температуру, при которой столбик вещества становится жидким, поднимаясь в некоторых случаях по капилляру. Проводят не менее двух определений. За температуру плавления принимают среднее значение. Расхождение между двумя определениями не должно превышать 1 о С.

Метод 3. При этом методе применяют термометр типа Убеллоде (ГОСТ 400-80 Е). Определение проводят следующим образом. Чашечку 1 (рис. 1) заполняют исследуемым веществом, избегая по возможности попадания пузырьков воздуха, и вставляют ее в нижнюю часть гильзы 2 до упора. Ртутный шарик термометра 3 при этом погружается в вещество, излишек которого выдавливается через боковые отверстия 4 гильзы. Последнюю тщательно протирают и термометр помещают в пробирку 5 длиной от 19 до 21 см и диаметром от 4 до 4,5 см с помощью пробки с прорезом таким образом, чтобы нижняя часть чашечки отстояла от дна пробирки на 2,5 см. Пробирку укрепляют в вертикальном положении в стакане 6 так, чтобы она была погружена на 2/3 в воду и нижний ее конец при этом отстоял от дна стакана на 2,5 см. Начинают нагревать прибор при постоянном перемешивании жидкости с помощью мешалки 7. Когда температура будет на 15 — 20 о С ниже ожидаемой, регулируют нагревание таким образом, чтобы температура поднималась на 1 о С в 1 мин. За температуру плавления принимают температуру, при которой из отверстия 8 упадет первая капля расплавленного вещества. Проводят не менее двух определений; за температуру плавления принимают среднее значение. Расхождение между двумя определениями не должно превышать 1 о С.