What is the capillary method for determining boiling point?

The capillary method involves placing an inverted capillary tube in a liquid sample and heating it gradually. As temperature increases, air in the capillary escapes and is replaced by the liquid's vapor. When vapor pressure exceeds atmospheric pressure, bubbles stream from the capillary. The boiling point is recorded when the liquid begins refilling the capillary after cooling, indicating vapor pressure has dropped to atmospheric pressure.

Why does ethanol have a higher boiling point than acetone?

Ethanol has a higher boiling point due to hydrogen bonding between its molecules, which is a stronger intermolecular force than the dipole-dipole forces present in acetone. Hydrogen bonding allows ethanol molecules to hold onto each other more effectively, requiring more thermal energy to transition from liquid to gas phase. Although acetone has a slightly higher molecular weight, molecular structure and intermolecular forces have a greater impact on boiling point than mass alone.

How does molecular structure affect boiling point?

Boiling point is directly related to molecular structure through the strength of intermolecular forces. Stronger intramolecular forces, such as hydrogen bonding, result in higher boiling points because molecules remain bonded in the liquid phase longer. Molecular weight has less impact than structure; for example, ethanol has a lower molecular mass than butane but a much higher boiling point due to hydrogen bonding, while butane relies on weaker van der Waals forces.

What experimental errors can affect boiling point measurements?

Common experimental errors include heating the water bath too rapidly, which prevents accurate temperature equilibration, and poor alignment of the thermometer and sample. Rapid heating can cause temperature overshooting and inaccurate bubble observation. Misalignment prevents the thermometer from accurately reading the sample temperature. Careful temperature control and proper thermometer positioning are essential for obtaining boiling point values that match reported literature values.

How do you know when the boiling point has been reached during the experiment?

The boiling point is identified by two key observations. First, when heating, record the temperature at which a rapid and continuous stream of bubbles emerges from the capillary tube. Second, when cooling, observe when the liquid begins to rise back into the capillary as bubble production decreases. The temperature at which liquid refills the capillary represents the boiling point, as this marks when vapor pressure equals atmospheric pressure.

Why is thermometer alignment important in boiling point determination?

Proper thermometer alignment ensures the thermometer bulb is level with the liquid sample, allowing accurate temperature measurement of the boiling liquid. Misalignment causes the thermometer to read incorrect temperatures, leading to inaccurate boiling point values. Keeping the thermometer and sample close together and level prevents temperature gradients and ensures the thermometer responds to the actual temperature of the liquid being heated.

What happens to vapor pressure inside the capillary as temperature increases?

As temperature increases, vapor pressure inside the capillary rises proportionally. Initially, air in the capillary escapes and is replaced by the liquid's vapor. When vapor pressure exceeds atmospheric pressure, vapor escapes in a continuous stream of bubbles. Upon cooling, vapor pressure decreases until it falls below atmospheric pressure, at which point the liquid is drawn back into the capillary, marking the boiling point temperature.

نقاط الغليان

المفاهيم تحضير المدرّس بروتوكول الطالب

0 مشاهدات04:25 د

يتم تثبيت السوائل معا عن طريق التفاعلات الضعيفة بين جزيئاتها. للانتقال إلى الطور الغازي ، يجب أن يكتسب الجزيء طاقة كافية من الحرارة أو مصادر أخرى للتغلب على هذه التفاعلات.

دعونا نفكر في حاوية مغلقة من سائل نقي في درجة حرارة الغرفة. تكتسب بعض جزيئات الطور السائل على السطح طاقة كافية للتبخر ، وبعض هذا البخار يفقد الطاقة ويتكثف مرة أخرى إلى سائل. عندما تكون معدلات التبخر والتكثيف متماثلة ، يصل السائل والبخار إلى التوازن. في هذه المرحلة ، تكون المساحة الموجودة فوق السائل مشبعة بالبخار ، ولا يوجد تغيير صاف في كمية السائل والبخار في الحاوية. يسمى الضغط الذي يمارسه البخار بضغط البخار.

الآن ، ضع في اعتبارك حاوية مفتوحة من السائل. هنا يمكن للبخار الهروب ، مما يحافظ على المنطقة الموجودة فوق السائل من التشبع. وبالتالي ، يمكن أن يستمر التبخر حتى لا يتبقى سائل. مع زيادة درجة حرارة السائل ، يزداد معدل التبخر ، وبالتالي يزداد ضغط البخار. إذا تمت إضافة حرارة كافية ، تبدأ الجزيئات العميقة في السائل في التبخر ، والتي نراها على شكل فقاعات بخار تتشكل.

وهذا ما يسمى الغليان ، ويبدأ عندما يكون ضغط بخار المركب مساويا للضغط الجوي. درجة الحرارة التي يحدث عندها هذا هي نقطة الغليان. نظرا لأن كل مادة نقية لها أنواع وقوة مختلفة من التفاعلات بين الجزيئات ، فإن المواد المختلفة لها نقاط غليان مختلفة.

الآن ، دعونا نلقي نظرة على كيفية تأثير التفاعلات بين الجزيئات على درجة الغليان. تتضمن العديد من التفاعلات بين الجزيئات مناطق ذات كثافة إلكترون غير متساوية تسمى ثنائيات الأقطاب. جميع الجزيئات لها تقلبات قصيرة في توزيع الإلكترون ، لذلك حتى الجزيئات غير القطبية يمكن أن تحتوي مؤقتا على ثنائيات الأقطاب. ردا على ذلك ، تتشكل ثنائيات الأقطاب المتعارضة في الجزيئات القريبة.

تسمى قوى الجذب بين ثنائيات الأقطاب المؤقتة والمستحثة قوى تشتت لندن ، وهي التفاعلات السائدة بين الجزيئات غير القطبية مثل الهيدروكربونات. تكون قوى تشتت لندن أقوى بين الجزيئات الكبيرة التي تحتوي على العديد من الإلكترونات لأن هذه الجزيئات تحتفظ بإلكتروناتها بشكل ضعيف ، مما يسهل على الجزيئات المجاورة التأثير على توزيع الإلكترونات.

على سبيل المثال ، يحتوي الألكان غير المتفرع ذو الوزن الجزيئي العالي على نقطة غليان أعلى من الألكان غير المتفرع ذو الوزن الجزيئي المنخفض. بالإضافة إلى ذلك ، فإن الألكان غير المتفرع له نقطة غليان أعلى من الألكان المتفرع بوزن جزيئي مماثل بسبب مساحة سطحه الأعلى.

تحتوي الجزيئات ذات الروابط القطبية على ثنائيات أقطاب دائمة ، مما يتيح تفاعلات ثنائية القطب وثنائية القطب بينها. التفاعلات ثنائية القطب وثنائية القطب أقوى من قوى تشتت لندن ، لذلك عادة ما يتطلب الأمر طاقة حرارية أكثر لغلي السوائل القطبية أكثر من السوائل غير القطبية. على سبيل المثال ، درجة غليان الكلوروبنتان ، وهو جزيء قطبي ، هي 108 درجة مئوية.

الجزيئات التي تحتوي على كل من الهيدروجين المرتبط تساهميا بذرة أكثر كهرسلبية وذرة سحب الإلكترون مع زوج وحيد من الإلكترونات قادرة على الترابط الهيدروجيني. الروابط الهيدروجينية أقوى من التفاعلات ثنائية القطب ثنائية القطب وقوى تشتت لندن ، لذلك يتطلب الأمر المزيد من الطاقة الحرارية للتغلب عليها. على سبيل المثال ، البروبان والإيثانول لهما أوزان جزيئية ومساحات سطحية متشابهة. لكن درجة غليان البروبان أقل بكثير من الإيثانول لأن جزيئات الإيثانول يمكن أن تشكل روابط هيدروجينية مع بعضها البعض ، بينما لا يستطيع البروبان ذلك.

في هذا المختبر ، ستستخدم الطريقة الشعرية لتحديد درجة غليان مذيبين عضويين.

Print Procedure Steps

المصدر: لارا الحريري وأحمد باسابرين من جامعة ماساتشوستس أمهيرست ، ماساتشوستس ، الولايات المتحدة الأمريكية

تحديد درجة غليان الأسيتون والإيثانول< فئة الزر ="توسيع">توسيع تعرف
درجة الحرارة التي تتغير عندها مادة عضوية نقية من الطور السائل إلى الطور الغازي باسم نقطة الغليان. يمكن تحديد درجة غليان السائل باستخدام طريقة الشعيرات الدموية ، حيث يتم وضع الشعيرات الدموية المقلوبة في السائل المعني ويتم تسخين السائل. مع ارتفاع درجة الحرارة ، يهرب الهواء الموجود في الشعيرات الدموية ويحل محله بخار السائل. يزداد ضغط البخار في الشعيرات الدموية مع درجة الحرارة. بمجرد أن يتجاوز الضغط الجوي ، يهرب البخار من الشعيرات الدموية في تيار من الفقاعات. عندما تتم إزالة الحرارة ، يبرد السائل ، وينخفض ضغط البخار في الشعيرات الدموية. عندما يصل ضغط البخار إلى الضغط الجوي ، يبدأ السائل في ملء الشعيرات الدموية. درجة الحرارة التي يحدث عندها هذا هي نقطة الغليان.
- ارتد معطف المختبر ونظارات السلامة المقاومة للرذاذ وقفازات النتريل. يجب إجراء هذه التجربة في غطاء محرك السيارة.
- قم بتوصيل أنبوب اختبار صغير بمقياس الحرارة باستخدام شريط مطاطي ، وقم بتأمين مقياس الحرارة في المشبك.
- احصل على الأسيتون وأعده إلى غطاء المحرك. باستخدام الماصة الزجاجية واللمبة، قم بقياس 1 مل من الأسيتون وانقله إلى أنبوب الاختبار الصغير.
- قم بمحاذاة طرف مقياس الحرارة بحيث يكون مستويا مع الأسيتون في أنبوب الاختبار ، مع إبقائهما قريبين من بعضهما البعض. اقلب أنبوبا شعريا وضعه في أنبوب الاختبار بحيث يكون الطرف المفتوح متجها لأسفل.
- استخدم دورق سعة 250 مل لإنشاء حمام مائي. أضف ما يقرب من 180 مل من الماء إلى الدورق ، وضعه على لوح التسخين.
- اخفض مقياس الحرارة وأنبوب الاختبار في الحمام المائي. قم بتشغيل لوح التسخين إلى أدنى إعداد ، حوالي 30 درجة مئوية.
- قم بزيادة درجة الحرارة ببطء على لوح التسخين بمقدار 10 - 20 درجة مئوية كل 10 دقائق ، وراقب السائل الموجود في أنبوب الاختبار عن كثب. عندما تبدأ في رؤية فقاعات عرضية في السائل ، قم بزيادة إعداد الحرارة بمقدار 5 درجات مئوية فقط كل 10 دقائق.
- راقب عن كثب الأنبوب الشعري داخل أنبوب الاختبار. أبلغ عن درجة الحرارة التي يخرج عندها تيار سريع ومستمر من الفقاعات من الشعيرات الدموية.
  الجدول 1: درجة غليان الأسيتون والإيثانول
  درجة حرارة نقطة الغليان (درجة مئوية) فقاعات السائل في الشعيرات الدموية أسيتون ايثانول انقر هنا لتنزيل الجدول 1
- أطفئ النار واترك الحمام المائي يبرد. استمر في مراقبة الشعيرات الدموية حيث ينخفض إنتاج الفقاعات حتى لا تظهر فقاعات من الشعيرات الدموية. سيبدأ السائل في الارتفاع في الشعيرات الدموية. سجل درجة الحرارة التي يحدث عندها هذا.
- قم بتسمية دورق نظيف سعة 25 مل على أنه "نفايات عضوية". بمجرد أن يبرد الحمام المائي إلى حوالي 35 درجة مئوية ، قم بإزالة مقياس الحرارة وأنبوب الاختبار من الحمام. افصل أنبوب الاختبار عن مقياس الحرارة واسكب الأسيتون في دورق النفايات.
- استخدم أنبوب اختبار نظيف وشعيرات دموية وكرر التجربة باستخدام 1 مل من الإيثانول.
- بعد قياس درجة غليان الإيثانول ، اترك الحمام المائي يبرد. بمجرد أن يبرد بدرجة كافية ، قم بإزالة أنبوب الاختبار ومقياس الحرارة من الحمام المائي ، وافصل أنبوب الاختبار عن مقياس الحرارة ، واسكب الإيثانول في دورق النفايات العضوية.
- تخلص من الماء من الحمام المائي أسفل الحوض وضع الشعيرات الدموية وأنابيب الاختبار في التخلص من الزجاج. تخلص من النفايات العضوية في الحاوية التي يوفرها مدربك.
- اغسل جميع الأواني الزجاجية بالمنظفات والماء.
Results
في هذه التجربة ، قمنا بقياس درجة غليان الأسيتون لتكون 56 درجة مئوية ، والتي تقارن جيدا بالقيمة المبلغ عنها. وبالمثل ، تم قياس درجة غليان الإيثانول لتكون 78 درجة مئوية. يمكن أن تعزى الأخطاء في قياس درجة الغليان إلى العديد من الأخطاء التجريبية ، مثل تسخين الحمام المائي بسرعة كبيرة ، أو المحاذاة السيئة لمقياس الحرارة والعينة.

ترتبط درجة غليان المادة العضوية ارتباطا مباشرا بهيكلها ، حيث تؤدي القوى القوية داخل الجزيئات إلى نقطة غليان أعلى حيث تكون الجزيئات قادرة على التمسك ببعضها البعض والبقاء في الطور السائل لفترة أطول. لوحظت نقطة غليان أعلى للإيثانول بسبب بنية OH التي تسبب الترابط الهيدروجيني بين الجزيئات. يحتوي الأسيتون على رابطة مزدوجة من ثاني أكسيد الكربون القطبية ، مما ينتج عنه قوى ثنائية القطب ثنائي القطب. نظرا لأن الترابط الهيدروجيني أقوى من قوى ثنائي القطب ثنائي القطب ، فإن الإيثانول له نقطة غليان أعلى.

بالإضافة إلى ذلك ، يحتوي الإيثانول على وزن جزيئي أقل من الأسيتون. ومع ذلك ، فإن الوزن الجزيئي له تأثير أقل على نقطة الغليان من التركيب الجزيئي. على سبيل المثال ، البوتان هو غاز في درجة حرارة الغرفة وضغطها ، حيث أن درجة غليانه أقل من 25 درجة مئوية. يحتوي الإيثانول على كتلة جزيئية أقل قليلا من البوتان ، لكنه سائل في درجة حرارة الغرفة ، وبالتالي ، لديه درجة غليان أعلى من درجة حرارة الغرفة. ويرجع ذلك إلى الرابطة الهيدروجينية بين جزيئات الإيثانول ، وهي أقوى من قوى فان دير فالس بين جزيئات البوتان.

نقاط الغليان

الجدول 1: درجة غليان الأسيتون والإيثانول