Technika laboratoryjna.pdf

(5955 KB) Pobierz
TEMPERATURA TOPNIENIA
Technika laboratoryjna
Temperatura topnienia T-1
T-1
OZNACZANIE TEMPERATURY TOPNIENIA
(opracowała Jadwiga Laska)
Wprowadzenie
Temperatura topnienia jest to temperatura w której substancja przechodzi ze stanu stałego do
ciekłego. Termodynamicznie jest to temperatura, w której następuje ustalenie równowagi między
stanem stałym i ciekłym substancji. Większość związków organicznych topi się w zakresie temperatur
50-300 o C (patrz tabela 1).
Czyste związki organiczne charakteryzują się ostrą temperaturą topnienia, to znaczy że różnica
pomiędzy temperaturą, w której zaczyna się kurczenie kryształów, a temperaturą, w której próbka
przechodzi całkowicie w stan ciekły na ogół nie przekracza 0.5 o C.
Dwie próbki tego samego związku powinny mieć taką samą temperaturę topnienia, jednak jeśli
dwie nieznane próbki mają taką samą temperaturę topnienia, to niekoniecznie zawierają ten sam
związek. Na przykład mocznik i kwas cynamonowy topią się w temperaturze 133 o C, kwas maleinowy
i kwas o-metoksybenzoesowy w 100 o C, a kwas p-cyjanobenzoesowy i dinitronaftalen w temperaturze
214 o C.
Substancja zawierająca niewielką ilość zanieczyszczeń topi się na ogół w szerszym zakresie
temperatur, przy czym początek przemiany następuje poniżej temperatury topnienia czystej substancji.
Ta ostatnia prawidłowość obserwowana jest również w przypadku mieszanin związków. Temperatura
topnienia mieszaniny związków może być niższa nawet o kilkadziesiąt o C w porównaniu do czystych
substancji ale najczęściej jest to ok. 20 o C. Wyraźne obniżenie temperatury topnienia mieszaniny
związków ma niebagatelne znaczenie przy identyfikacji nieznanych próbek. Jeśli dwie próbki mają
identyczną temperaturę topnienia a ich zmieszanie nie powoduje jej obniżenia to niewątpliwie
zawierają tę samą substancję chemiczną.
Temperatura topnienia jest cennym parametrem nie tylko do identyfikacji związków
organicznych, ale także do określenia ich czystości. Warto jednak mieć na uwadze, że niektóre
związki mogą przyjmować różne konformacje i krystalizować w kilku formach, różniących się
temperaturą topnienia. Należy wówczas znać temperatury topnienia wszystkich form krystalicznych.
l.p. nazwa związku tt. [ o C]
1 Benzofenon 48
2 Bifenyl 70
3 octan 2-naftylu 71
4 o -nitroanilina 71
5 m -dinitrobenzen 90
6 p -aminobenzoesan etylu 92
7 kwas m -toluilowy 112
8 Acetanilid 114
9 m -nitroanilina 114
10 p -nitrofenol 114
11 kwas benzoesowy 122
12 2-naftol 123
13 kwas cynamonowy 133
14 Mocznik 133
15 Benzoina 137
16 kwas m -nitrobenzoesowy 141
17 p -nitroanilina 147
18 kwas salicylowy 159
19 p -hydroksyacetanilid 160
20 kwas p -aminobenzoesowy 186
21 Benzoglicyna 187
Tabela T-1_1. Temperatury topnienia niektórych związków organicznych.
2
309143077.002.png
Technika laboratoryjna
Temperatura topnienia T-1
Wykonanie ćwiczenia
Celem ćwiczenia jest:
1. Oznaczenie temperatury topnienia
czystych związków.
2. Oznaczenie temperatury topnienia
mieszaniny związków.
3. Identyfikacja nieznanych związków.
Rys.T-1_1. Aparat Thielego do oznaczania temperatury
topnienia.
Szkło i sprzęt laboratoryjny
Odczynniki
rurki kapilarne (12 szt)
szpatułka (2 szt)
bagietka (2 szt)
probówki Φ10 (5 szt)
aparat Thielego (1 szt)
łaźnia olejowa z grzałką (1 szt)
płaszcz grzejny z regulatorem mocy
waga
kwas cynamonowy
mocznik
2 związki do identyfikacji
związki z tabeli 1
Oznaczenie temperatury topnienia czystych związków
Niewielką ilość kwasu cynamonowego umieścić w kapilarze i oznaczyć jego temperaturę
topnienia. Wynik zanotować.
Niewielką ilość kwasu cynamonowego umieścić w kapilarze i oznaczyć jego temperaturę
topnienia. Wynik zanotować.
Oznaczenie temperatury topnienia mieszanin związków
Przygotować mieszaniny kwasu cynamonowego i mocznika w następujących proporcjach
wagowych: 10:90, 25:75, 50:50, 75:25, 90:10
Składniki mieszanin należy dobrze wymieszać i rozetrzeć (wystarczy bagietką w probówce,
należy jednak uważać, by nie rozbić dna probówki).
Wyznaczyć temperatury topnienia wszystkich mieszanin.
Sporządzić wykres temperatury topnienia w zależności od składu mieszaniny. Na wykresie
uwzględnić również czyste substancje.
Identyfikacja nieznanych związków
Wyznaczyć temperatury topnienia otrzymanych związków.
Z tabeli 1 wybrać związki o tt podobnej do tt badanej próbki.
Przygotować mieszaninę 50:50 identyfikowanej próbki i znanego związku wykazującego podobną
tt. Zmierzyć temperaturę topnienia mieszaniny.
Na podstawie uzyskanych wyników zidentyfikować próbki.
Uwaga:
Ćwiczenie powinno być zakończone sprawozdaniem zawierającym opis czynności i wyniki badań.
2
309143077.003.png
Technika laboratoryjna
Krystalizacja T-2
T-2
KRYSTALIZACJA
(opracowała Jadwiga Laska)
Wprowadzenie
Związki organiczne wydzielone bezpośrednio ze środowiska reakcji na ogół zwierają mniejsze
lub większe ilości zanieczyszczeń. Mogą to być zarówno resztki nieprzereagowanych substratów, jak i
produkty uboczne reakcji. Jeśli produkt główny jest ciałem stałym, to najczęściej oczyszcza się go
przez krystalizację. Metoda ta wykorzystuje różnicę w rozpuszczalności różnych związków w danym
rozpuszczalniku wynikającą z różnic w ich budowie chemicznej. Jednocześnie wykorzystwana jest
także zależność rozpuszczalności od temperatury (patrz tabela T-2_1). Na przykład w temperaturze
17 o C cholesterol rozpuszcza się w etanolu w ilości 1g/ 100 ml, a w temperaturze 80 o C – 11g/100 ml.
Substancja rozpuszczona
Rozpuszczalnik
Temperatura
Rozpuszczalność
[g/100 cm 3 ]
kwas bursztynowy
Woda
20
7
100
121
17 1
78 11
Tabela T-2_1. Rozpuszczalność wybranych związków organicznych w zależności od temperatury.
Etanol
Zanieczyszczony produkt rozpuszcza się na gorąco w takiej ilości odpowiednio dobranego
rozpuszczalnika, by otrzymać roztwór nasycony, następnie odsącza nierozpuszczalne
zanieczyszczenia, a pozostały roztwór oziębia się. Najistotniejszym problemem jest tu więc dobór
odpowiedniego rozpuszczalnika.
Wybór odpowiedniego rozpuszczalnika powinien opierać się na następujących przesłankach:
1. Substancja oczyszczana powinna dobrze rozpuszczać się w danym rozpuszczalniku na
gorąco i źle w temperaturze pokojowej.
2. Zanieczyszczenia powinny albo całkowicie rozpuszczać się w rozpuszczalniku lub być w
nim całkowicie nierozpuszczalne lub powinny dać się łatwo usunąć węglem aktywnym.
3. Rozpuszczalnik powinien charakteryzować się jak najniższą temperaturą wrzenia i dużą
lotnością. Ułatwia to suszenie otrzymanych kryształów.
4. Rozpuszczalnik nie powinien reagować z substancją rozpuszczaną.
Dodatkowo przy wyborze rozpuszczalnika warto również wziąć pod uwagę jego toksyczność,
palność i cenę.
Niekiedy do krystalizacji stosuje się nie jeden rozpuszczalnik lecz mieszaninę dwóch. Jeden z
rozpuszczalników powinien bardzo dobrze rozpuszczać krystalizowana substancję, a drugi praktycznie
jej nie rozpuszczać. Do gorącego roztworu substancji w pierwszym rozpuszczalniku dodaje się powoli
drugiego rozpuszczalnika aż do momenty gdy substancja rozpuszczona zaczyna się wytrącać.
Wówczas mieszaninę ogrzewa się ponownie w celu rozpuszczenia wytrąconych kryształów. Powolne
chłodzenie tak przygotowanego roztworu prowadzi do wydzielenia kryształów czystego produktu.
Najczęściej stosowane pary rozpuszczalników to woda-metanol, woda-etanol, benzen-eter naftowy,
octan etylu-etanol i woda-aceton.
Opisany sposób krystalizacji odnosi się do sytuacji, gdy rozpuszczalność zanieczyszczeń
znacząco różni się od rozpuszczalności oczyszczanej substancji. W takim przypadku pojedyncza
krystalizacja wystarcza do uzyskania produktu o wystarczającym stopniu czystości. Niestety
nierzadko zanieczyszczenia mają podobną rozpuszczalność jak substancja główna. W takim
przypadku konieczna jest wielokrotna krystalizacja.
cholesterol
309143077.004.png
Technika laboratoryjna
Krystalizacja T-2
Wykonanie ćwiczenia
Celem tego ćwiczenia jest zdobycie doświadczenia w technice krystalizacji na przykładzie
oczyszczania bifenylu.
Ćwiczenia składa się z następujących etapów:
1. Dobór odpowiedniego rozpuszczalnika
2. Krystalizacja
3. Określenie czystości produktu na podstawie pomiaru temperatury topienia.
Szkło i sprzęt laboratoryjny
waga
Odczynniki
rurki kapilarne (5szt)
szpatułki (2 szt)
bagietka (2 szt)
probówki (5szt) + statyw
uchwyty do probówek (2 szt)
kolba stożkowa 250-ml (1 szt. b/sz)
zlewka 250-ml (1 szt)
szkiełko zegarkowe (1 szt. średnica zlewki)
lejek z krótką nóżką (1 szt. średnica zlewki)
lejek Büchnera + kolba ssawkowa
pompka wodna
aparat Thielego
płaszcz grzejny lub płytka z regulatorem mocy
bifenyl 5 g
metanol
aceton
2-propanol
po 6 cm 3
chloroform
toluen
rozpuszczalniki wybrane do
krystalizacji 20 ml
węgiel aktywny
Dobór rozpuszczalnika do krystalizacji
W pięciu oznakowanych probówkach umieścić po ok. 50 mg czystego bifenylu. Do pierwszej
probówki dodać ok. 2 cm 3 metanolu, do drugiej acetonu, i do kolejnych 2-propanolu, chloroformu
i toluenu.
Wszystkie probówki wytrząsać lub zawiesiny mieszać bagietką. Rozpuszczalniki w których
nastąpiło całkowite rozpuszczenie bifenylu nie nadają się do krystalizacji .
Zawartość probówek, w których osad bifenylu pozostał nierozpuszczony, ogrzewa się do wrzenia
w płaszczu grzejnym.
Jeżeli osad nie rozpuścił się, należy dodać jeszcze 1 cm 3 rozpuszczalnika i znowu ogrzać do
wrzenia. Jeżeli nadal osad się nie rozpuszcza czynność powtórzyć. Rozpuszczalnik nie nadaje
się do krystalizacji jeśli nie nastąpiło rozpuszczenie bifenylu w 5 cm 3 rozpuszczalnika w
temp. wrzenia.
Pozostałe probówki chłodzi się i obserwuje krystalizację.
Wybrać rozpuszczalnik najlepszy do krystalizacji bifenylu.
Krystalizacja i oznaczenie temperatury topnienia.
Oznaczyć temperaturę topnienia zanieczyszczonego bifenylu.
W 250-ml kolbie stożkowej umieścić 20 cm 3 wybranego rozpuszczalnika, 5 g bifenylu
zawierającego ok. 10% zanieczyszczeń umieścić i dodać ok. 100 mg węgla aktywnego.
Kolbę umieścić na płytce grzejnej i ogrzewać w temp. wrzenia ok. 1 min.
Gorący roztwór przesączyć na sączku karbowanym. Filtrat zbierać w zlewce na 250 ml. Sączenie
musi być przeprowadzone w taki sposób, by nie następowała krystalizacja bifenylu na sączku.
Najlepiej jest umieścić zlewkę na ciepłej płytce grzejnej (patrz rys. T-2_1).
Przykrytą szkiełkiem zegarkowym zlewkę z przesączem odstawić do powolnego ochłodzenia
(ok.1/2 godz.). Powolne chłodzenie pozwala na uzyskanie większych, lepiej wykształconych
kryształów. Zbyt szybkie schłodzenie roztworu powoduje gwałtowne wypadanie kryształów,
co znacznie zwiększa prawdopodobieństwo zaokludowania rozpuszczalnika i ewentualnych
zanieczyszczeń.
309143077.005.png
Technika laboratoryjna
Krystalizacja T-2
Odsączyć kryształy na lejku Büchnera (rys. T-2_2), przemyć dwukrotnie czystym
rozpuszczalnikiem schłodzonym poniżej temperatury otoczenia i pozostawić na lejku do
wysuszenia.
Zważyć otrzymany produkt i wyznaczyć jego temperaturę topnienia. Czysty bifenyl przełożyć do
buteleczki i opisać: imię i nazwisko studenta, data, nazwa związku, masa, temperatura topnienia).
Rys. T-2.1. Grawitacyjne sączenie gorącego roztworu.
Rys. T-2.2. Sączenie pod próżnią na lejku Büchnera.
Uwaga:
Ćwiczenie powinno być zakończone sprawozdaniem zawierającym opis czynności i wyniki.
309143077.001.png
Zgłoś jeśli naruszono regulamin