Организация работы и техника безопасности при работе в лаборатории (стр. 11 )

6.2. Определение молекулярной массы - метод Раста

Молекулярная масса - одна из самых существенных характеристик вещества. Она лежит в основе определения таких величин, как молярные концентрации, объем, теплоемкость, электропроводность, теплота реакции и т. д. Молекулярная масса используется для установления строения вещества, применяется во всех расчетах по химическим формулам и уравнениям.

Существует много различных методов, дающих возможность определять молекулярную массу веществ органических соединений любого класса. Наибольшее распространение получили криоскопический, эбулиоскопический методы и метод Раста.

Для определения молекулярной массы криоскопическим методом берут отвешенное количество чистого растворителя и измеряют его температуру замерзания. Затем вновь в том же сосуде расплавляют растворитель, вносят в него навеску определяемого вещества и измеряют температуру начала кристаллизации смеси.

М - молекулярная масса, г/моль

К - криоскопическая постоянная растворителя

а - навеска вещества, г

А - масса растворителя

Dt - понижение температуры замерзания данного раствора, °С

По эбулиоскопическому методу повышение температуры кипения растворителя, обусловленное введением определенного количества испытуемого вещества, измеряют термометром Бекмана, а затем по формулам рассчитывают молекулярную массу. (Подробное описание криоскопии и эбулиоскопии дается в руководствах по физико-химическому практикуму)

М - молекулярная масса, г/моль

К '- эбулиоскопическая постоянная растворителя

а - навеска вещества, г

А - масса растворителя

Dt - повышение температуры кипения, °С

Метод Раста позволяет определять молекулярную массу органических соединений в приборе для определения температуры плавления. Этот метод применим для веществ, растворимых в расплавленной камфаре и устойчивых до 190°С. Метод состоит в определении понижения температуры плавления камфары при растворении в ней определенного количества исследуемого вещества. Для определения молекулярной массы требуется всего 10-60 мг вещества; точность определения 5-10%.

Кроме камфары известно много других, твердых при комнатной температуре веществ, имеющих достаточно большие величины криоскопической постоянной.

Например,

борниламин к = 40,6 бореол к = 35,8 камферхинон к = 45,7

Лабораторная работа 7

Тема. Определение молекулярной массы нафталина по понижению температуры плавления камфары.

Реактивы:

нафталин камфара

Приборы:

термометр с ценой деления 0,1-0,2°С горелка штатив с кольцом и асбестовой сеткой стакан с водой или глицерином мешалка капилляры резиновое кольцо

Проведение определения.

В небольшую чистую сухую пробирку помещают 60-70 мг нафталина, предварительно очищенного возгонкой, и около 0,7- 0,8 г камфары. Осторожно, на маленьком пламени горелки, нагревают пробирку для сплавления этих веществ. Затем удаляют из пламени пробирку, перемешивают полученный расплав проволочкой, сплющенной на конце. После того, как расплав затвердеет, извлекают большую его часть той же проволочкой на часовое стекло. Массу растирают и набивают ею капилляр диаметром 2 мм. В другой такой же капилляр набирают пробу чистой камфары. Оба капилляра крепят при помощи маленького резинового кольца к термометру с делениями 0,1 - 0,2°С. Затем начинают медленно нагревать прибор, внимательно наблюдая за состоянием проб через лупу. В момент плавления последних кристаллов смеси камфары с нафталином записывают температуру, принимая ее за температуру плавления смеси. Продолжая нагревание, определяют температуру плавления чистой камфары в другом капилляре. Молекулярную массу исследуемого вещества (в данном случае нафталина) рассчитывают по формуле:

40∙1000m1

М =

m2 · (t1-t2)

m1 – навеска исследуемого вещества, г

m2 – навеска камфары, г

t1 - температура плавление чистой камфары, °С

t2 - температура плавление смеси; °С

40 - криоскопическая константа камфары.

Для контроля рекомендуется повторить определение с другой парой капилляров.

6.3. Определение растворимости

По растворимости вещества в различных растворителях можно сделать заключение о наличии в веществе тех или иных функциональных групп. Кроме того, определение растворимости позволяет подобрать подходящий растворитель для перекристаллизации вещества («подобное» растворяется в «подобном»). Растворимость целесообразно исследовать в следующих растворителях: вода, 6%-е растворы гидроксида натрия, гидрокарбоната натрия, соляной кислоты; концентрированная серная кислота, этиловый спирт, бензол, петролейный эфир, уксусная кислота. В пробирку вносят одну каплю жидкого или 0,01 г твердого вещества и по каплям ~ 0,2 мл (10 капель) растворителя. После каждой прибавленной порции растворителя пробирку взбалтывают. Если вещество полностью растворимо, то его регистрируют как растворимое. Если вещество плохо растворяется или не растворяется при комнатой температуре, нагревают смесь до кипения. В случае плохой растворимости в неорганических растворителях, не растворившееся вещество отделяют, а раствор нейтрализуют и наблюдают, не выделяется ли из него исходное соединение. Помутнение нейтрализуемого фильтрата указывает на свойства веществ: кислые, если растворителем была щелочь или сода; основные - кислый растворитель. При внесении вещества в раствор гидрокарбоната нужно обратить внимание на выделение оксида углерода(IV).

6.4. Определение плотности

Плотность вещества ρ равна отношению его массы m к объему V: ρ = m/V. Относительная плотность d определяется отношением плотности данного вещества к плотности другого при определенных условиях. Обычно относительную плотность вещества определяют по отношению к плотности дистиллированной воды при температуре 4 °С. (рt4) d t4 = ρ/р Н2О. Величина d зависит от температуры, при которой её определяют. Поэтому необходимо указывать не только температуру, при которой проводят определение, но и температуру воды, плотность которой принята за единицу. Обычно стандартная температура, при которой проводят определение, равна 20 ºС. Например, запись d204 означает, что относительная плотность определена при 20 ºС, а за единицу сравнения взята плотность воды при 4°С.

Метод основан на определении относительной плотности - отношения массы испытуемого продукта к массе воды, взятой в том же объёме и при той же температуре. Так как за единицу

массы принимается масса 1 см3 воды при температуре 4°С, то точность, выраженная в г/см3 ,

будет численно равен: плотности по отношению к воде при температуре 4°С.

Относительная плотность (рt4) - является отвлеченным числом, не имеющим размерности. Плотность химических продуктов определяют пикнометрами различных модификаций, а также с помощью ареометров.

Лабораторная работа 8

Тема. Определение плотности нефтепродуктов.

Аппаратура, реактивы и материалы

·  Пикнометры типов ПЖ - l, ПЖ - 2, ПЖ - 3 и ПТ

·  Термометры ртутные стеклянные или термометры стеклянные для испытаний нефтепродуктов типа ТИН 5

·  Термостат или водяная баня для поддержания температуры 20°С : в качестве водяной бани можно использовать стакан любого исполнения (с мешалкой) вместимостью не менее 1 дм3

·  Весы аналитические с погрешностью взвешивания 0,0002 г.

·  Пипетка с оттянутым капилляром

·  Хромовая смесь (60 г дихромата калия, 0,1 дм3 дистиллированной воды и1 дм3 серной кислоты, х. ч. с плотностью 1840 кг/м3)

·  Спирт этиловый ректификованный технический или спирт технический

·  Ацетон

·  Нефрас-С 50/170

·  Бензин-растворитель для резиновой промышленности

·  Вода дистиллированная

·  Ткань мягкая без ворса

Подготовка к испытанию

Пикнометр и пробку с капилляром тщательно моют хромовой смесью, затем водой.

Ополаскивают дистиллированной водой, потом ацетоном или спиртом. Такую промывку ведут перед калибровкой или при неравномерном смачивании пикнометра жидкостью. Перед повторным испытанием - пикнометр промывают бензином или другим растворителем, затем

высушивают.

Для предотвращения появления статического заряда поверхность пикнометра протирают слегка увлажненным куском ткани. Статический заряд можно снять, если подуть на пикнометр.

Устанавливают «водное число» пикнометра, то есть массу воды в объеме пикнометра при температуре 20°С.

Подготовленный пикнометр взвешивают с погрешностью не более 0,0002 г, наполняют при помощи пипетки дистиллированной свежепрокипячённой и охлажденной до 18-20°С водой (пикнометр типов ПЖ - l, ПЖ – 2, ПТ - немного выше метки, пикнометр типа ПЖ-3 - до полного заполнения), следя за тем, чтобы в пикнометр не попали воздушные пузырьки, и погружают до горловины в термостат или баню с температурой 20°С.

Пикнометр выдерживают при 20°С в течение 30 мин. Когда уровень воды в шейке пикнометра с меткой перестанет изменяться, избыток воды отбирают пипеткой или фильтровальной бумагой и вытирают шейку пикнометра внутри. Уровень воды в пикнометре устанавливают по верхнему краю мениска.

В пикнометре с капилляром в пробке вода выступает из капилляра. Избыток её снимают фильтровальной бумагой.

Пикнометр с установленным при 20°С уровнем воды тщательно вытирают снаружи тканью без ворса, снимают статический заряд и взвешивают с погрешностью не более 0,0002 г. «Водное число» пикнометра (m) вычисляют по формуле:

m = m2- m1

где m1- масса пустого пикнометра, г ;

m2- масса пикнометра с водой, г.