Точки кипения

Источник: Лара Аль Харири и Ахмед Басабрэйн из Массачусетского университета в Амхерсте, штат Массачусетс, США

1. Определение точки кипения ацетона и этанола<кнопка class="expand">Expand

   Температура, при которой чистое органическое вещество переходит из жидкой фазы в газовую, известна как температура кипения. Температуру кипения жидкости можно определить с помощью капиллярного метода, при котором в исследуемую жидкость помещают перевернутый капилляр и нагревают жидкость. При повышении температуры воздух в капилляре выходит наружу и заменяется паром жидкости. Давление пара в капилляре увеличивается с температурой. Как только он превышает атмосферное давление, пар выходит из капилляра в виде потока пузырьков. Когда тепло снимается, жидкость охлаждается, а давление пара в капилляре уменьшается. Когда давление пара достигает атмосферного, жидкость начинает заполнять капилляр. Температура, при которой это происходит, называется точкой кипения.

   • Наденьте лабораторный халат, защитные очки с защитой от брызг и нитриловые перчатки. Этот эксперимент необходимо проводить в капюшоне.
   • Прикрепите маленькую пробирку к термометру с помощью резиновой ленты и закрепите термометр в зажиме.
   • Достаньте ацетон и верните его в свой капюшон. С помощью стеклянной пипетки и колбы отмерьте 1 мл ацетона и переложите его в маленькую пробирку.
   • Выровняйте конец термометра так, чтобы он был на уровне ацетона в пробирке, держа их близко друг к другу. Переверните капиллярную трубку и поместите ее в пробирку так, чтобы открытый конец был направлен вниз.
   • Используйте стакан объемом 250 мл для создания водяной бани. Добавьте в стакан примерно 180 мл воды и поставьте его на конфорку.
   • Опустите термометр и пробирку в водяную баню. Включите конфорку на самую низкую настройку, около 30°C.
   • Медленно увеличивайте температуру на конфорке на 10–20°C каждые 10 минут и внимательно наблюдайте за жидкостью в пробирке. Когда вы начнете замечать случайные пузырьки в жидкости, увеличивайте температуру всего на 5°C каждые 10 минут.
   • Внимательно наблюдайте за капиллярной трубкой внутри пробирки. Сообщите о температуре, при которой из капилляра выходит быстрый и непрерывный поток пузырьков.

     Таблица 1: Температура кипения ацетона и этанола

     	Температура точки кипения (°C)
     	Пузыри	Жидкость в капилляре
     ацетон
     этанол

     Нажмите здесь, чтобы скачать таблицу 1
   • Выключите огонь и дайте водяной бане остыть. Продолжайте наблюдать за капилляром, так как производство пузырьков уменьшается до тех пор, пока из капилляра не перестанут выходить пузырьки. Жидкость начнет подниматься в капилляре. Запишите температуру, при которой это происходит.
   • Пометьте чистый стакан объемом 25 мл как "органические отходы". Как только водяная баня остынет примерно до 35°C, выньте термометр и пробирку из ванны. Отсоедините пробирку от термометра и вылейте ацетон в стакан для отходов.
   • Используйте чистую пробирку и капилляр и повторите эксперимент, используя 1 мл этанола.
   • После того, как вы измерили температуру кипения этанола, дайте водяной бане остыть. Как только он достаточно остынет, снимите пробирку и термометр с водяной бани, отсоедините пробирку от термометра и вылейте этанол в стакан для органических отходов.
   • Слейте воду из водяной бани в раковину и поместите капилляры и пробирки в стеклянный контейнер. Утилизируйте органические отходы в контейнере, предоставленном вашим инструктором.
   • Вымойте всю стеклянную посуду с моющим средством и водой.
2. Результаты<кнопка class="развернуть">Развернуть

   В этом эксперименте мы измерили температуру кипения ацетона на уровне 56°C, что хорошо сопоставимо с заявленным значением. Аналогичным образом, температура кипения этанола была измерена как 78°C. Ошибки в измерении точки кипения могут быть связаны со многими экспериментальными ошибками, такими как слишком быстрый нагрев водяной бани или плохая юстировка термометра и образца.

   Температура кипения органического вещества напрямую связана с его структурой, где более сильные внутримолекулярные силы приводят к более высокой температуре кипения, поскольку молекулы способны удерживать друг друга и дольше оставаться в жидкой фазе. Более высокая температура кипения этанола наблюдается из-за структуры OH, которая вызывает водородные связи между молекулами. Ацетон имеет двойную полярную связь CO, что приводит к диполь-дипольным силам. Поскольку водородные связи прочнее, чем диполь-дипольные силы, этанол имеет более высокую температуру кипения.

   Кроме того, этанол имеет более низкую молекулярную массу, чем ацетон. Однако молекулярная масса оказывает меньшее влияние на температуру кипения, чем молекулярная структура. Например, бутан является газом при комнатной температуре и давлении, так как имеет температуру кипения ниже 25°С. Этанол имеет несколько меньшую молекулярную массу, чем бутан, но при комнатной температуре он жидкий и, следовательно, имеет температуру кипения выше комнатной. Это связано с водородной связью между молекулами этанола, которая сильнее, чем силы Ван-дер-Ваальса между молекулами бутана.