Здавалка
Главная | Обратная связь

Температура кипения



Температурой кипения вещества называется температура, при которой давление паров над поверхностью веществ равно внешнему давлению. При кипении парообразование происходит не только на поверхности, но и во всем объеме вещества. Температура кипения является одним из важнейших показателей, характеризующих свойства вещества.

Если перегонка применяется для достаточно чистого вещества или для смеси веществ с большой разностью в температурах кипения, то показания термометра в процессе ее остаются постоянными при условии отсутствия перегревания паров и местных перегревов жидкости.

Для обеспечения равномерного нагревания следует перегонную колбу нагревать на жидкостных банях (водяной, масляной, парафиновой и т.д.), при этом температура бани не должна превышать температуру кипения перегоняемого вещества более чем на 20-30°.

Для создания равномерного кипения и предотвращения толчков за счет местного перегрева жидкости, перед началом нагревания в перегонную колбу помещают несколько «кипелок», которые иногда называют «кипятильниками» (запаянные с одной стороны стеклянные капилляры или кусочки прокаленного пористого неглазурованного фарфора). Запаянные концы капилляров должны выступать над жидкостью. Во время нагревания из «кипелок» или капилляров постепенно мельчайшими пузырьками выходит воздух, который способствует образованию пара и обеспечивает равномерное кипение жидкости.

Нельзя бросать «кипелки» в горячую жидкость, так как быстрое парообразование может вызвать разбрызгивание жидкости из колбы. Содержимое колбы быстро нагревают до кипения, после чего уменьшают нагревание и устанавливают необходимую скорость перегонки. Рекомендуется вести перегонку с такой скоростью, чтобы в приемник попадало не более 1-2 капель в секунду (60-120 капель в минуту). К концу перегонки скорость уменьшают до 0,5 капли в секунду (30-40 капель в минуту) с целью уменьшить перегрев паров на горячих стенках колбы. Однако к концу перегонки, даже после уменьшения её скорости, не удается избежать легкого перегрева паров вещества, в связи с чем термометр показывает температуру на 1-2° больше.

Перегонку прекращают, когда в колбе остается около 1 мл вещества. Насухо перегонять вещество не рекомендуется, так как последние капли вещества, сконденсировавшиеся на термометре, попадая на горячее дно колбы, могут вызвать ее растрескивание.

Резкое уменьшение показания термометра, при условии постоянства нагревания и отсутствия сквозняков, означает, что всё вещество перегналось из колбы, а резкое увеличение – что данное вещество практи-чески полностью перегналось и начинает перегоняться промежуточная фракция, состоящая из остаточного количества данного вещества и вещества с более высокой температурой кипения. Как только показание термометра начнёт резко увеличиваться, необходимо сменить приёмник и собирать промежуточную фракцию до тех пор, пока показания термометра опять не станут постоянными.

Поправки

При проведении простой перегонки в показания термометра вносятся поправки на выступающий столбик ртути термометра, атмосферное давление, неточность калибровки термометра.

Для того чтобы правильно и своевременно отбирать нужные фракции, необходимо в приведенную в справочниках температуру внести вышеуказанные поправки и таким образом подсчитать ожидаемую температуру кипения вещества по формуле

 

t набл = t справ - D t выст.столб ± D t давл ± D t кал , (1)

 

где tнабл – ожидаемая температура кипения вещества, °С; tсправ – температура кипения вещества из справочника, °С; Dtвыст.столб – поправка на выступающий столбик ртути термометра; Dtдавл – поправка на атмосферное давление; Dtкал – поправка на неточность калибровки термометра.

В тех случаях, когда подвергают перегонке впервые полученное вещество или отсутствуют справочные данные, в остановленную в опыте температуру кипения вносят эти же три поправки для приведения ее к нормальным условиям по формуле

 

t справ = t набл + D t выст.столб ± D t давл ± D t кал . (2)

 

Поправки в показания термометра

 

1. Поправка на выступающий столбик ртути термометра, которая учитывается только для термометров полного погружения, являющихся наиболее распространенными. Поправка на выступающий столбик ртути не вносится: а) в показания термометра частичного погружения, имеющего особую черту, по которую он должен быть погружен в зону нагревания; б) в показания «укороченных» термометров, имеющих короткую шкалу, например в 50°С; в) в показания термометров на шлифах.

Термометры полного погружения с длинной шкалой градуируются заводами-изготовителями при полном погружении всей шкалы в жидкость или пары вещества.

При определении температуры кипения (а также и плавления) ртутный столбик не полностью омывается парами вещества, в результате чего наблюдаемая температура оказывается ниже истинной (рис. 4).

Поправка на выступающий столбик ртути вычисляется по формуле

 

Dt = K × h × ( t1 - t2) , (3)

 

Рис. 4. Поправка на выступающий столбик ртути термометра
где К – коэффициент, характеризую-щий кажущееся объемное расширение ртути и зависящий от сорта стекла; h – высота выступающего столбика ртути, отсчитанная от нижнего края пробки и до показания термометра (т.е. до температуры кипения или плавления), измеряется в градусах шкалы термометра (рис. 2); t1 – наблюдаемая или ожидаемая температура кипения или плавления; t2 – температура окружающей среды, измеренная на середине высоты выступающего столбика при помощи другого термометра.

Значения К для термометров со вставной шкалой из нормального стекла зависят от температуры (табл. 2).

 

Таблица 2. Значения К для термометров со вставной шкалой из стекла ХС

Температура, °С К
от 0 до 150 0,000158
от 150 до 200 0,000159
от 200 до 250 0,000161
от 250 до 300 0,000164

 

Несмотря на малые значения К, поправки на выступающий столбик ртути чаще всего равны 3-5° для температуры около 200°С, иногда они достигают даже 20°.

Вместо вычисления поправок на выступающий столбик ртути для трубчатых и палочных термометров можно пользоваться таблицами поправок, приведенными в [6], или же можно использовать номограмму, показанную А.Я. Берлиным [4, с. 26-28].

 

2. Поправка на атмосферное давление. Температура кипения зависит от атмосферного давления: чем ниже давление, тем ниже и температура кипения, и наоборот, чем выше давление, тем выше и температура кипения.

Прежде чем вычислять поправку на атмосферное давление, необходимо привести к 0°С давление, измеренное барометром с металлической пружиной, для чего из показаний барометра вычитают поправки в мм ртутного столба, приведенные в таблице 3.

 

Таблица 3. Поправки на давление

Температура помещения, °С 13-20 21-28 29-30
Поправка на давление, мм рт. ст.

 

Поправку на давление, вводимую в показания термометра, лучше всего подсчитывать по формуле

 

Dt = a × (P - 760) , (4)

 

где a – коэффициент измерения температуры кипения при изменении давления всего на 1 мм рт.ст., значения которого приведены в таблице 4.

 

Таблица 4. Коэффициенты изменения температуры кипения при изменении давления в пределах 760-30 мм рт.ст.

Примерная температура кипения, °С Значение коэффициента a при изменении давления на 1 мм рт.ст.  
для неассоциированных веществ для ассоциированных веществ  
 
0,038 0,044 0,050 0,056 0,068 0,032 0,037 0,042 0,046 0,056  

 

К ассоциированным веществам, то есть веществам, образующим межмолекулярную водородную связь, относятся все спирты, фенолы, нафтолы, карбоновые кислоты, первичные и вторичные амины, амиды.

Из справочной температуры кипения отнимают высчитанную поправку на давление, если давление ниже 760 мм рт.ст., или прибавляют ее к справочной, если давление выше 760 мм рт.ст.

Если же проводят перегонку впервые полученного вещества, то в установленную температуру вводят поправку на атмосферное давление следующим образом: из установленной температуры вычитают поправку, если атмосферное давление выше 760 мм рт.ст., и прибавляют ее, если давление ниже 760 мм рт.ст.

Поправка на атмосферное давление может быть высчитана по уравнению

 

Dt = К × (760 - Р), (5)

 

значения К даны для небольшого числа веществ в [4, с. 235].

 

3. Поправка на неточность калибровки термометра. На каждый термометр завод-изготовитель выдает паспорт, в котором указаны ошибки с их знаками при 0°С, 100°С, 200°С, 300°С и 350°С, если термометр имеет шкалу 0-350°С. Для других диапазонов шкалы – через меньший интервал температур. Однако этими поправками можно пользоваться только в течение полугода с момента выдачи паспорта.

После продолжительного пользования и нагревания показания термометра незначительно изменяются за счет старения стекла, поэтому термометры необходимо ежегодно проверять в Федеральном государственном учреждении «Тверской центр стандартизации, метрологии и сертификации».

Стеклянные жидкостные рабочие термометры поверяют в соот-ветствии с ГОСТ 8.279 «Термометры стеклянные жидкостные рабочие. Методы и средства поверки».

В зависимости от типа термометра при определении метрологических параметров определяют либо поправки к показаниям термометров, либо погрешности термометров [7].

Кроме простой перегонки при атмосферном давлении также применяется перегонка под уменьшенным давлением, которую часто называют перегонкой под вакуумом.

 

 







©2015 arhivinfo.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.