沸点测定
与熔点类似,沸点是一种物理性质。如果样品是纯化合物,则沸点可用于确定化合物的身份。归根结底,通过实验确定确切的沸点是具有挑战性的。与熔点一样,实验沸点也以范围形式给出,与实际文献值相差几度。
蒸气压
要了解溶剂沸腾的原因(其特征是溶液中熟悉的鼓泡),了解液相和气相之间的动力学非常重要。考虑在密封容器中使用纯液体化合物。液体表面的一些分子将具有足够的能量来克服分子间作用力并进入气相。然而,气相中的分子也可能失去能量并凝结回液体。因此,该系统中存在两个相互竞争的过程:蒸发和冷凝。
当蒸发速率等于冷凝速率时,系统已达到平衡状态。这意味着,对于进入气相的每个分子,另一个分子都会冷凝成液相,并且容器中的液体或气体量没有净增加或损失。一旦建立平衡,蒸汽在液体上方施加的压力称为蒸汽压。液体蒸发的趋势称为其挥发性。 挥发性较强的液体具有较高的蒸气压,而挥发性较小的液体具有较低的蒸气压。
蒸气压随温度而变化。如果提高溶液的温度,更多的分子有足够的能量逃离液相,因此蒸气压会增加。最终,如果施加足够的热量,不在液体和气体界面上的分子将转变为气相,并形成我们熟悉的与沸腾相关的气泡。
当液体的总蒸气压等于大气压时,即达到液体的沸点。发生这种情况的温度称为沸点。在较高的海拔和较低的大气压下,液体将在较低的温度下沸腾,因为将蒸气压提高到大气压所需的热量较少。此外,挥发性或溶剂的蒸发能力也会影响蒸气压。高挥发性溶剂的蒸气压高于挥发性低的溶剂。
影响沸点的因素
熔点和沸点之间的相似性意味着影响化合物熔点的相同因素也会影响沸点。因此,液体化合物中分子间作用力的强度和类型会影响沸点。回想一下,分子力有三种类型:氢键、偶极-偶极相互作用和伦敦色散力。这些都有不同的吸引力强度,需要不同的能量来克服。能够氢键的化合物比只能通过伦敦色散力相互作用的化合物具有更高的沸点。沸点的另一个考虑因素涉及化合物的蒸气压和挥发性。通常,化合物的挥发性越强,其沸点就越低。
测定沸点的毛细管法
测定有机化合物沸点的一种简单方法是利用毛细管法。在这种设置中,将空玻璃毛细管倒置到液相中纯化合物的容器中。随着液体的加热,样品的蒸气压增加,气态蒸气开始进入玻璃毛细管。这会迫使滞留在内部的空气排出,并导致气泡从毛细管底部冒出。此时,让液体冷却。一旦样品的蒸气压与玻璃毛细管内的大气压相同,液体将开始进入管中。发生这种现象时溶液的温度是液体化合物的沸点。