Сушка органических веществ
Температура, при которой высушивается полученное вещество, должна быть ниже его температуры плавления. При этом следует иметь в виду, что оставшийся в веществе растворитель понижает Тпл.
Для высушивания органического вещества с температурой плавления, превышающей комнатную более, чем на 30 С, обычно применяют сушильный шкаф, в который вещество следует помещать в фарфоровой чашке или в чашке Петри, но не на листе бумаги.
Многие, особенно легкоплавкие, вещества сушат на воздухе. Для этого препарат равномерно распределяют на листе бумаги тонким слоем, накрывают его другим листом бумаги, в котором предварительно прокалывают некоторое количество отверстий, и оставляют в таком виде при комнатной температуре на несколько дней. Под лист чистой бумаги, на котором раскладывают вещество, полезно подложить сложенный в несколько раз лист газетной бумаги.
Критерием полного высыхания (точнее - достижения воздушно-сухого состояния) является постоянство веса высушиваемого образца при взвешивании его через определенные промежутки времени.
Определение температуры плавления вещества
Температурой плавления (Тпл) твердого кристаллического вещества называется температура, при которой оно начинает переходить в жидкое состояние при атмосферном давлении. Абсолютно чистое индивидуальное вещество имеет строго определенную Тпл. Однако в обычной практике вещество редко удается довести до чистоты, близкой к 100 %, поэтому полное превращение твердого образца в жидкость происходит в некотором температурном интервале Тпл = Тк - Тн, где Тк и Тн - соответственно температуры начала и конца плавления. Эти температуры обычно и указывают при характеристике чистоты полученного вещества (в том числе довольно часто в справочниках; например, в “Справочнике химика”, т. II, для п-аминоацетанилида Тпл 161 - 162 С, для ванилина 81 - 83 С и т. п.). Чем чище вещество, тем меньше Тпл. Практически чистое вещество имеет Тпл не более 0,5 С. Разность между началом и концом плавления в 1 С свидетельствует о хорошем качестве полученного продукта. Неправильно принимать за температуру плавления среднюю величину (Тн + Тк )/2.
Примесь любого другого вещества, способного полностью или частично смешиваться с исследуемым соединением, понижает его температуру плавления и, как правило, расширяет температурный интервал Тпл. Величина Тпл получается завышенной также из-за неправильного, слишком быстрого, нагревания образца.
Температура плавления – физическая константа химического соединения. Совпадение найденной и табличной величин Тпл служит одним из доказательств природы неизвестного вещества при его идентификации (распознавании). Прибор для определения температуры плавления изображен на рис. 3. Вещество помещают в стеклянный капилляр (7), который с помощью резинового колечка (6) прикрепляется к термометру (3) так, чтобы столбик вещества в капилляре был прижат к шарику термометра и за его состоянием можно было наблюдать через прозрачные стенки сосудов (1 и 2) и слой концентрированной серной кислоты, находящейся в сосуде (1). Капилляр представляет собой тонкостенную трубочку длиной 40 – 50 мм и диаметром 0,8 – 1 мм. С одного конца (более узкого) капилляр запаивают, для чего достаточно поднести кончик капилляра к краю нижней части пламени горелки. Около 0,1 г исследуемого вещества помещают на часовое стекло или на вогнутую поверхность донышка перевернутого стеклянного стакана и как можно тоньше измельчают кристаллы с помощью стеклянной палочки. Если нет уверенности в |
Рис. 3. Прибор для определения температуры плавления: 1 – внешний сосуд, заполненный концентрированной серной кислотой; 2 – внутренний пустой сосуд; 3 – термометр, укрепленный с помощью резиновой пробки с боковым вырезом 4; 5 – отвод внешнего сосуда; 6 – резиновое кольцо; 7 – капилляр с веществом; 8 – металлическая или асбестовая сетка |
том, что вещество совершенно сухое, стаканчик перед помещением на него образца можно слабо нагреть и подержать измельченное вещество на теплой поверхности в течение некоторого времени (~ 10 минут). Прикасаются открытым концом капилляра к “горке” измельченного вещества и попавшие внутрь кристаллы проталкивают вниз капилляра, бросая его несколько раз запаянным концом вниз в трубку длиной 60 – 70 см и диаметром около 1 см, поставленную вертикально на металлическую, стеклянную или керамическую поверхность. Уплотнение образца в капилляре происходит при ударе о твердую поверхность. При этом из-за упругой деформации стекла капилляр несколько раз подскакивает внутри трубки. Высота столбика вещества в капилляре должна быть 4 – 5 мм (не больше). Чем лучше уплотнено вещество в капилляре, тем точнее может быть определена температура плавления.
Капилляр прикрепляют к термометру, как об этом было сказано выше, и начинают нагрев прибора.
Если температуру плавления измеряют с целью определения степени чистоты известного продукта, прибор нагревают сначала быстро до температуры приблизительно на 10 С ниже известной из справочника Тпл чистого вещества. После этого горелку на короткое время отставляют, однако столбик термометра еще продолжает подниматься из-за тепловой инерции. Затем, тщательно дозируя подвод тепла расположением пламени горелки под сеткой, очень медленно поднимают температуру (1 – 2 С за 1 минуту). Чем медленнее поднимается столбик ртути в термометре, тем точнее может быть измерена температура плавления.
В процессе нагревания наблюдают за состоянием вещества в капилляре. Температуру, при которой столбик вещества в результате появления жидкой фазы начинает разрушаться, уменьшаясь в объеме (“съеживается”), принимают за начало плавления. В этот момент отмечают показание термометра (Tн). Еще более замедляют темп нагревания и дожидаются момента, когда вещество в капилляре полностью превратиться в жидкость. Это – конец плавления. Ему соответствует показание термометра Tк.
Если необходимо определить температуру плавления неизвестного вещества, то, прежде всего, следует убедиться, что оно вообще способно расплавляться при такой температуре, которая лежит в обычных пределах величин Тпл органических соединений (<300 C). Это можно сделать, нагревая небольшое количество продукта на стеклянной палочке над пламенем горелки. Только убедившись в том, что неизвестное вещество плавится на нагретой стеклянной палочке, можно приступить к определению его температуры плавления в капилляре. В этом случае обычно проводят не менее двух испытаний. В первом опыте Тпл определяют ориентировочно при относительно быстром темпе нагревания. Для второго опыта следует использовать вновь набитый капилляр и определить Тпл более тщательно при медленном повышении температуры, как это описано выше.
В приборе, изображенном на рис. 3, заполненном концентрированной серной кислотой, запрещается определять температуры плавления веществ, плавящихся выше 200 С.
Следует также указать на другие меры предосторожности при работе с прибором для определения температуры плавления, заполненном концентрированной серной кислотой. Определение высоких Тпл (180 – 200 С) следует проводить в защитных очках или наблюдать за плавлением через защитный экран. Отвод (5) сосуда (рис. 3) при нагреве должен быть обращен в ту сторону, где нет людей. Если капилляр упал на дно внутреннего сосуда, не пытайтесь доставать его с помощью стеклянной палочки и ни в коем случае не переворачивайте прибор! Нельзя принудительно охлаждать горячий прибор холодной водой; перед повторным определением температуры плавления прибору надо дать постепенно остыть на воздухе.