נקודות רתיחה

מושגיםהכנת מדריךפרוטוקול סטודנט
0 צפיות04:25 דק'
Print Procedure Steps

מקור: לארה אל חרירי ואחמד בסבריין באוניברסיטת מסצ'וסטס אמהרסט, מסצ'וסטס, ארה"ב

  1. קביעת נקודת רתיחה של אצטון ואתנול<לחצן class="expand">הרחב

    הטמפרטורה שבה חומר אורגני טהור משתנה מהפאזה הנוזלית לשלב הגז ידועה כנקודת רתיחה. ניתן לקבוע את נקודת הרתיחה של נוזל בשיטת הנימים, שבה מניחים נימים הפוכים בנוזל המעניין ומחממים את הנוזל. ככל שהטמפרטורה עולה, האוויר בנימי בורח ומוחלף על ידי אדי הנוזל. לחץ האדים בנימים עולה עם הטמפרטורה. ברגע שהוא עולה על הלחץ האטמוספרי, האדים בורחים מהנימים בזרם של בועות. כאשר החום מוסר, הנוזל מתקרר, ולחץ האדים בנימים פוחת. כאשר לחץ האדים מגיע ללחץ האטמוספרי, הנוזל מתחיל למלא את הנימים. הטמפרטורה שבה זה קורה היא נקודת הרתיחה.

    • לבשו מעיל מעבדה, משקפי בטיחות חסיני התזה וכפפות ניטריל. ניסוי זה חייב להתבצע במכסה מנוע.
    • חברו מבחנה קטנה למדחום באמצעות גומייה, ואבטחו את המדחום במהדק.
    • השיגו אצטון והחזירו אותו למכסה המנוע שלכם. בעזרת פיפטת הזכוכית והנורה, מדדו 1 מ"ל אצטון והעבירו אותו למבחנה הקטנה.
    • ישרו את קצה המדחום כך שיהיה מפולס עם האצטון במבחנה, ושמרו אותם קרובים זה לזה. הפכו צינור נימי והניחו אותו במבחנה כך שהקצה הפתוח פונה כלפי מטה.
    • השתמש בכוס של 250 מ"ל כדי ליצור אמבט מים. מוסיפים כ-180 מ"ל מים לכד ומניחים על הפלטה החשמלית.
    • הורידו את המדחום והמבחנה לתוך אמבט המים. הפעילו את הפלטה החמה למצב הנמוך ביותר, כ-30°C.
    • העלו לאט את הטמפרטורה על הפלטה החמה ב-10-20°C כל 10 דקות, והתבוננו היטב בנוזל שבמבחנה. כאשר אתם מתחילים לראות בועות מזדמנות בנוזל, הגדילו את הגדרת החום ב-5°C בלבד כל 10 דקות.
    • התבוננו מקרוב במבחנה בתוך המבחנה. דווח על הטמפרטורה שבה זרם מהיר ומתמשך של בועות יוצא מהנימים.

      טבלה 1: נקודת רתיחה של אצטון ואתנול

      טמפרטורת נקודת רתיחה (°C)
      Bubbles נוזל בנימים
      אצטון
      אתנול
      לחץ כאן להורדת טבלה 1
    • כבו את החום ואפשרו לאמבט המים להתקרר. המשיכו להתבונן בנימים מכיוון שייצור הבועות פוחת עד שלא יוצאות בועות מהנימים. הנוזל יתחיל לעלות בנימים. רשום את הטמפרטורה שבה זה קורה.
    • תייגו נקייה של 25 מ"ל כ'פסולת אורגנית'. לאחר שאמבט המים התקרר לכ-35 מעלות צלזיוס, הסירו את המדחום ואת המבחנה מהאמבטיה. נתקו את המבחנה מהמדחום ושפכו את האצטון לתוך כד הפסולת.
    • השתמש במבחנה נקייה ובנימים וחזור על הניסוי באמצעות 1 מ"ל אתנול.
    • לאחר שמדדת את נקודת הרתיחה של אתנול, אפשר לאמבט המים להתקרר. לאחר שהתקרר מספיק, הוציאו את המבחנה והמדחום מאמבט המים, נתקו את המבחנה מהמדחום ושפכו את האתנול לתוך כד הפסולת האורגנית.
    • יש להשליך את המים מאמבט המים במורד הכיור ולהניח את הנימים והמבחנות בטחנת הזכוכית. השליכו את הפסולת האורגנית למיכל שסופק על ידי המדריך שלכם.
    • שטפו את כל כלי הזכוכית שלכם בחומר ניקוי ומים.
  2. Results

    בניסוי זה מדדנו את נקודת הרתיחה של אצטון כ-56 מעלות צלזיוס, בהשוואה טובה לערך המדווח. באופן דומה, נקודת הרתיחה של אתנול נמדדה כ-78 מעלות צלזיוס. טעויות במדידת נקודת הרתיחה ניתן לייחס לטעויות ניסיוניות רבות, כגון חימום מהיר מדי של אמבט המים, או יישור לקוי של המדחום והדגימה.

    נקודת הרתיחה של חומר אורגני קשורה ישירות למבנה שלו, כאשר כוחות תוך-מולקולריים חזקים יותר גורמים לנקודת רתיחה גבוהה יותר מכיוון שהמולקולות מסוגלות להחזיק זו את זו ולהישאר בפאזה הנוזלית זמן רב יותר. נקודת הרתיחה הגבוהה יותר של אתנול נצפתה בשל מבנה OH הגורם לקשר מימן בין המולקולות. לאצטון יש קשר כפול CO קוטבי, שגורם לכוחות דיפול-דיפול. מכיוון שקשרי מימן חזקים יותר מכוחות דיפול-דיפול, לאתנול יש נקודת רתיחה גבוהה יותר.

    בנוסף, אתנול יש משקל מולקולרי נמוך יותר מאשר אצטון. עם זאת, למשקל המולקולרי יש פחות השפעה על נקודת הרתיחה מאשר למבנה המולקולרי. לדוגמה, בוטאן הוא גז בטמפרטורת החדר ובלחץ, מכיוון שנקודת הרתיחה שלו נמוכה מ-25 מעלות צלזיוס. לאתנול יש מסה מולקולרית מעט נמוכה יותר מאשר לבוטאן, אך הוא נוזלי בטמפרטורת החדר, ולכן יש לו נקודת רתיחה גבוהה יותר מטמפרטורת החדר. הסיבה לכך היא קשר המימן בין מולקולות האתנול, שהוא חזק יותר מכוחות ואן דר ואלס בין מולקולות הבוטאן.