Temperatury topnienia

Melting Points
Lab Manual
Chemistry
A subscription to JoVE is required to view this content.  Sign in or start your free trial.
Lab Manual Chemistry
Melting Points
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.

47,774 Views

08:15 min
March 26, 2020

Źródło: Lara Al Hariri i Ahmed Basabrain z University of Massachusetts Amherst, MA, USA

  1. Wyznaczanie temperatury topnienia naftalenu, mocznika i nieznanej mieszaniny

    W tym eksperymencie zmierzysz zakres temperatur topnienia dwóch znanych substancji, naftalenu i mocznika, obserwując zjawisko topnienia podczas ogrzewania. Następnie przeanalizujesz mieszaninę mocznika i nieznanej substancji, aby zaobserwować, jak nieznane zanieczyszczenie wpływa na zakres temperatur topnienia.

    • Załóż fartuch laboratoryjny, odporne na zachlapanie okulary ochronne i rękawice nitrylowe.
    • Zważ ~1 mg naftalenu za pomocą wagi analitycznej i ostrożnie, przynieś go z powrotem na swój stół.
    • Przenieś naftalen na szkiełko zegarka, a następnie zmiażdż go za pomocą metalowej szpatułki, aż stanie się drobnym proszkiem.
    • Ostrożnie podnieś jedną rurkę kapilarną i postukaj w otwarty koniec proszku, aby wepchnąć trochę ciała stałego do probówki.
    • Weź długą szklaną rurkę ze wspólnej ławki i trzymaj ją pionowo nad swoją ławką. Podnieś kapilarę otwartym końcem do góry, a następnie upuść ją przez szklaną rurkę. Pozwól, aby kapilara odbiła się od blatu, aby upakować ciało stałe na dole.
    • Odzyskaj kapilarnę i ponownie dotknij jej otwartym końcem proszku naftalenowego, aby wtłoczyć go więcej do kapilary. Kontynuuj ładowanie naftalenu do kapilary i wrzucanie go przez szklaną rurkę, aż 1-2 ml proszku zostanie upakowane na dnie kapilary.
    • Użyj gumki, aby przymocować kapilarnę do termometru cyfrowego, tak aby dolna część kapilary znajdowała się tuż nad dnem termometru. nuta: Upewnij się, że gumka znajduje się co najmniej 8 – 9 cm nad ciałem stałym w kapilarze.
    • Ustaw mieszającą płytę grzejną i stanowisko laboratoryjne w dygestoriach i zaciśnij termometr nad płytą grzejną.
    • Umieść dostarczoną kąpiel z olejem mineralnym na płycie grzejnej i dodaj magnetyczne mieszadło. Zacznij mieszać kąpiel z umiarkowaną prędkością na małym ogniu.
    • Obniż termometr i zestaw kapilarny do kąpieli olejowej, aż próbka znajdzie się w kąpieli na głębokości około 5 cm. nuta: Upewnij się, że gumka znajduje się nad olejem mineralnym.
    • Zwiększ temperaturę płyty grzejnej do 60°C, czyli o około 20° poniżej temperatury topnienia naftalenu w literaturze. nuta: Potrzeba około 10 minut, aby cała kąpiel olejowa osiągnęła taką samą temperaturę jak płyta grzewcza.
    • Gdy kąpiel osiągnie 60°C, podgrzej ją do 75°C z prędkością 5°C/min. Gdy kąpiel jest bliska temperatury topnienia naftalenu (80°C), podgrzać kąpiel o 1 – 2 °C/min, uważnie obserwując ciało stałe w kapilarze.
    • Przy pierwszej kropli cieczy w kapilarze zapisz temperaturę kąpieli olejowej. Obserwuj rurkę kapilarną, gdy powoli zwiększasz temperaturę. Zapisz temperaturę, w której topi się ostatni kawałek ciała stałego.

      Tabela 1: Temperatury topnienia naftalenu, mocznika i nieznanej mieszaniny

      Temperatura topnienia (°C)
      substancja Start Koniec
      Naptalen
      mocznik
      Mocznik + Nieznany (próba 1)
      Mocznik + Nieznany (próba 2)
      Kliknij tutaj, aby pobrać Tabelę 1
    • Ostrożnie wyjmij kapilarnę i termometr z kąpieli olejowej i odłóż je na bok do ostygnięcia.
    • Zważ około 1 mg mocznika i przenieś go do czystego szkiełka zegarka. Zmiażdż mocznik na proszek. Załaduj proszek do rurki kapilarnej jak poprzednio.
    • Przymocuj kapilarnę do termometru za pomocą gumki. Podgrzej kąpiel olejową do 110°C, czyli około 20° poniżej podanej temperatury topnienia 132°C dla mocznika.
    • Włóż termometr i rurkę kapilarną do kąpieli olejowej. Podgrzej kąpiel do około 125°C przy 5°C/min, obserwując kapilarę.
    • Gdy kąpiel osiągnie 125°C, podgrzej kąpiel o 1 – 2°C /min. Zapisz temperaturę, kiedy pojawi się pierwsza kropla cieczy i kiedy topi się ostatnia cząstka ciała stałego.
    • Wyłącz płytę grzejną i wyjmij kapilarnę i termometr z kąpieli olejowej, aby umożliwić im ostygnięcie.
    • Przetestuj próbkę mocznika zmieszanego z nieznanym zanieczyszczeniem, która została przygotowana przez twojego instruktora. Wykonać dwie serie tej próbki, a więc zważyć 2 mg próbki na wadze i przenieść ją do szkiełka zegarkowego.
    • Zmiażdż próbkę na proszek i załaduj dwie kapilary, stukając nimi w proszek i wrzucając je przez szklaną rurkę, tak jak poprzednio.
    • Gdy kąpiel olejowa ostygnie do co najmniej 80°C, włącz silnik mieszający i ustaw płytę grzejną na 80°C. Przymocuj jedną z załadowanych kapilar do termometru i zaciśnij je w kąpieli olejowej.
    • W pierwszym teście zwiększ temperaturę o 10°C/min, aż próbka się stopi, aby określić przybliżony zakres temperatury topnienia. Zapisz temperaturę, gdy zobaczysz pierwszą kroplę postaci ciekłej i ostatnią kroplę postaci ciekłej, aby określić przybliżony zakres temperatury topnienia.
    • Wyłącz płytę grzejną i pozwól jej ostygnąć. Gdy kąpiel olejowa ostygnie do temperatury co najmniej 80°C, przymocuj drugą próbkę do termometru i zaciśnij je w kąpieli. Ponownie włącz silnik mieszający i ustaw płytę grzejną na 80°C.
    • W drugim teście podgrzej kąpiel o 5°C/min, aż zbliżysz się do przybliżonego zakresu temperatury topnienia, a następnie kontynuuj podgrzewanie o 1 – 2°C/min, aby dokładnie uchwycić zakres temperatury topnienia.
    • Gdy skończysz mierzyć temperaturę topnienia mocznika zmieszanego z nieznaną substancją, wyłącz płytę grzejną i odłącz rurkę kapilarną od termometru. Wyrzuć rurki kapilarne do szklanego pojemnika na odpady.
    • Zwróć olej mineralny swojemu instruktorowi i wyczyść wszystkie swoje szklane naczynia za pomocą detergentu i wody.
  2. WynikiRozwiń
    • Najpierw spójrz na zakres temperatury topnienia naftalenu. Różnice te mogą być spowodowane błędami eksperymentalnymi, takimi jak zbyt szybkie nagrzewanie próbki lub zanieczyszczenia w próbce.
    • Następnie sprawdź wyniki dla próbki czystego mocznika. Dlaczego temperatura topnienia mocznika jest o wiele wyższa niż naftalenu? Patrząc na budowę naftalenu, siły międzycząsteczkowe muszą być przede wszystkim siłami dyspersji londyńskiej. Mocznik jest zdolny do wiązania wodorowego, więc siły międzycząsteczkowe w moczniku stałym są znacznie silniejsze niż siły w stałym naftalenie.
    • Na koniec, spójrz na wyniki próbki mocznika z zanieczyszczeniem. Zakres temperatury topnienia powinien być szerszy i niższy niż zakres dla czystego mocznika ze względu na obniżenie temperatury krzepnięcia. Zgodnie z oczekiwaniami uzyskany zakres temperatur topnienia wynosił 127 – 130°C, czyli mniej niż zakres dla czystego mocznika.

Transcript