购买
下载掌阅APP,畅读海量书库
立即打开
畅读海量书库
扫码下载掌阅APP

二、沸点测定

1.原理

液体分子逸出液面进入空间的现象叫做蒸发。若蒸发是在密闭的真空容器中进行,则逸出的蒸气分子又能返回液体中去,当气-液两相达到平衡时,蒸气具有的压力称为饱和蒸气压。饱和蒸气压的大小与温度有关(如图2-4)。从图中可知,加热液体,它的蒸气压随温度升高而增大。在开口容器中,当蒸气压增大到与施于液面的外压力相等时,气-液两相共存达到平衡,气化不仅在液面发生,在液体内部也有大量气泡逸出,即液体沸腾。此时的温度称为该压力下的沸点。图2-4不仅说明温度对饱和蒸气压的影响,同时也表明外压力对沸腾温度的作用。外压低时,沸腾时所需的蒸气压也下降,于是液体便在较低的温度下沸腾;相反则沸腾温度要升高。当外压为一个大气压(760毫米汞柱)时,此时的沸点称为标准沸点,即正常沸点。在一定的大气压力下,各种纯的液体有机化合物具有一定的沸点,在实验测定时,温度变动的范围(沸程)很小,在0.5℃~1℃左右。有杂质的液体化合物沸点范围就较大,一般超过5℃。所以测定沸点也是鉴定有机物及其纯度的一种方法。但应指出的是,具有固定沸点的液体不一定都是纯化合物,如95%乙醇和水组成的二元共沸混合物,它们也有一定的沸点。

图2-4 蒸气压的大小与温度的关系

由于沸点对于外界压力很敏感,所以在测定沸点时均应记录压力,例如“bp 25℃(750毫米汞柱)”。若是任意压力下测得的沸点,可按下列公式换算成标准状态时的沸点:

T 0 =t-(0.030+0.000 11t)ΔP。

T 0 ——标准状态时的沸点。

t——测得的沸点。

ΔP——测定沸点时的大气压与标准大气压之差。

沸点的测定,常使用常量法和微量法。用蒸馏法来测定沸点叫常量法,此法样品用量较大,要10mL以上。若样品不多时,可采用微量法,这里介绍微量法测定沸点。

2.实验内容与步骤

(1)取一根直径约4毫米,长8厘米的小玻管做外管,另一根直径约1毫米,长8厘米,一端封闭的毛细管做内管,内管倒插(开口向下)入外管中,组成沸点管,依次注入1~2滴样品液(无水乙醇、苯或未知样)后,将沸点管用橡皮圈固定在温度计上,并使液体部分与温度计水银球对齐,如图2-5所示。温度计通过开口软木(胶)塞塞在提勒管上,温度计的水银球不能触及管壁或管底,要放在提勒管上下两支管口之间,用导热液作传热介质,加热,小玻管的管口要高出热浴液面3~4毫米(如图2-5)。

图2-5 微量法测定沸点装置

(2)加热提勒管,当毛细管内冒出一连串快而连续不断的气泡时,表明内管的蒸气压大于大气压,可停止加热。让浴温自行下降,气泡逸出的速度减慢,等到气泡不再冒出而液体刚要进入毛细管(即最后一个气泡开始回入内管时)的瞬间,这时毛细管内液体表面的蒸气压和外界大气压相等,记录此时的温度,即为该试样的沸点。一个样品平行测三次,每次数值相差不应超过1℃。 K/rHd+Moyx6I0ubEeC2l9eF8VcdQ3uU5BmZRxTM2sUr++zGSHYRpVBVJmRLOGsQG



三、折光率的测定

1.原理

由于光在不同介质中传播的速率不同,所以当光线由一种介质A进入另一种介质B时,其前进的方向会发生改变(除非光线与两介质的界面垂直),这种现象称为光的折射(如图2-6所示)。

图2-6 光的折射现象

把光在空气中的速率c 空气 和待测液体中的速率c 液体 之比,定义为该物质的折光率,又称折射率(n)。根据光的折射定律,这两种速率之比也等于入射角(α)正弦和折射角(β)正弦之比,并能通过实验测定,即

作为液体物质纯度的标准,它比沸点更为可靠,能精确而方便地测定出来。利用折射率,可鉴定未知化合物,如果一个化合物是纯的,那么就可以根据所测得的折射率与已知化合物的折射率相比较,排除考虑中的其他化合物,确定和鉴定出该未知物。此外,折射率还可用于确定液体混合物的组成。当各组分结构相似和极性较小时,混合物的折射率和物质的量(摩尔)组成之间常成简单的线性关系,因此,在蒸馏两种以上的液体混合物且当各组分沸点彼此接近时,就可以利用折射率来确定馏分的组成。

同一物质的折光率随入射光波长和测定温度的不同而不同。一般地,折光率随着入射光的波长降低而升高,随温度升高而降低。因此,在折光率表示中要注明测定时的温度和波长,即: ,t是测试时的温度(℃),λ是入射光波长(nm)。一般常用波长为589.3nm的钠光(以D表示)在温度为20℃时测定,即用 作为某种液体的标准折射率。例如,用波长为589.3nm的钠光,在温度为20℃时测定水的折射率为1.3330。表示为 =1.3330。对于液体有机物来说,一般温度每升高1℃折光率随之下降0.00035~0.00055,通常取其平均近似值0.00045作为变温常数,通过下列式子能将在某一温度下测定的折射率换算成20℃时的折射率。

2.实验内容与步骤

测定折射率最常用的仪器是阿贝(Abbe)折射仪(如图2-7)。当光由介质A进入介质B时,若介质A对于介质B是光疏物质,即n A <n B ,则折射角β必小于入射角α。当入射角为90°,sinα=1时,这时的折射角达到最大值,称为临界角,用β 0 表示。在一定波长与一定条件下,β 0 是一个常数,它与折射率的关系为:

图2-7 Abbe(阿贝)折射仪

因此,通过测定临界角β 0 ,就能得到折射率。这就是通常所用的阿贝折射仪的基本原理。

为了测定β 0 值,阿贝折射仪采用了“半明半暗”的方法。就是让单色光由0°~90°的所有角度从介质A射入介质B,这时介质B中临界角以内的整个区域均有光线通过,因而是明亮的;而临界角以外的全部区域没有光线通过,因而是暗的,明暗两区域的界限十分清楚。如果在介质B的上方用一目镜观测,就可看到一个界限清晰的半明半暗图像。介质不同,临界角也不同,目镜中明暗两区的界限位置也不一样。如果在目镜上刻上一“+”字交叉线,改变介质B与目镜的相对位置,使每次明暗两区的界限总是与“+”字交叉线的交点重合,通过测定其相对位置(角度),并经换算,便可得到折射率。阿贝折射仪标尺上所刻的读数即是换算后的折射率。阿贝折射仪还装有消色散装置,故可直接使用白光,其所得的数值与钠光线所测的一致。

仪器主要部分由一个望远镜和两块直角棱镜组成。上面一块棱镜是光滑的,下面的是磨砂的。当将两块棱镜紧压在一起时,在其间的液体被压成一层薄膜,当光线由反射镜反射入下面的磨砂棱镜时,光发生漫射,以不同入射角射入两棱镜间液层,然后到达上面棱镜光滑表面上。由于棱镜的折射率很高,一部分光线可以再经折射进入空气而到达测量目镜,另一部分光线则发生全反射。调节螺旋使望远镜中的视野如图2-8所示,使半明半暗界限清晰并与目镜的“+”字交叉线交点重合,然后由读数镜中读出折射率。

图2-8 折射仪的调节

将折射仪与超级恒温槽相连,恒温后(温度应控制在±0.1℃之内)把棱镜分开,用少量丙酮或乙醇润湿上下镜面,稍干后用擦镜纸顺一个方向轻擦镜面。待晾干后在下面棱镜(要处于水平位置)上加1滴蒸馏水,关闭棱镜(旋紧),转动反射镜使光进入棱镜,并使望远镜内视场明亮。转动左面刻度盘(粗调),直到镜内有界线或出现彩色光带。若出现彩色光带,可转动消色散调节器至界线明暗清晰。再转动左面刻度盘(微调),使界限恰好通过“+”字的交点,记下读数。重复两次,将测得水的平均折射率与纯水折射率标准值( =1.3330)比较,可求得仪器的校正值。如校正值太大时整台仪器必须重新调试。

使用折射仪时,应注意不要使仪器曝晒于阳光下;用滴管或玻棒滴加样品时,不能触及棱镜,以免在棱镜上造成划痕;严禁使用对棱镜、金属保温套以及它们之间的粘合剂有腐蚀或溶解作用的样品。

应当指出,阿贝折射仪不能在较高温度下使用,对于易挥发或易吸水样品,调试也有困难,另外对样品的纯度要求也较高。

3.使用阿贝折射仪注意事项

(1)在滴加样品时,要小心操作,防止滴管触碰折射镜表面,否则镜面会划出伤痕而损坏。

(2)不要用阿贝折射仪测定强酸、强碱等有腐蚀性的液体。

(3)操作过程中,严禁油手或汗手触及光学零件,以免污染零件。

(4)要注意保养仪器,搬动仪器时,应避免强烈振动或撞击,以防止损伤光学零件及影响仪器精度。 K/rHd+Moyx6I0ubEeC2l9eF8VcdQ3uU5BmZRxTM2sUr++zGSHYRpVBVJmRLOGsQG

点击中间区域
呼出菜单
上一章
目录
下一章
×