Способы определения температуры плавления и используемые приборы

Наиболее распространен метод определения температуры плавления веществ в запаянных с одного конца стеклянных капиллярах диаметром около 1 мм и длиной 70—90 мм. Капилляры изготавливают в стеклодувных мастерских из тонкостенных стеклянных трубок диаметром 10—15 мм. Предназначенные для изготовления капилляров трубки следует предварительно тщательно промыть дистиллированной водой и высушить. Хранить готовые капилляры необходимо в плотно закрытых пробками пробирках, чтобы они не пачкались и не пылились.

Вещество, температуру плавления которого нужно определить, высушивают до постоянной массы, после чего небольшую его порцию, равную примерно 3—5 мг, тщательно растирают на чистом часовом стекле шпателем или кончиком скальпеля в тонкий порошок. Далее открытым концом капилляра зачерпывают часть порошка и переводят его на дно капилляра легким встряхиванием. Для уплотнения вещества в капилляре последний бросают несколько раз в стеклянную трубку длиной 60—80 см, установленную вертикально на мраморной или керамической плитке. Операцию повторяют несколько раз, пока на дне капилляра не образуется слой порошка высотой около 2 мм.

Некоторые, например воскообразные вещества, не удастся растереть в топкий порошок. В таких случаях используют капилляры, открытые с обоих концов. Заполнение производят, надавливая капилляром на кусок вещества. Температуру плавления определяют в металлических блоках или приборах с воздушной баней, либо помещают капилляр с веществом в более широкий капилляр, заправленный с одного конца.

При необходимости определения температуры плавления без доступа воздуха, капилляр, вытянутый из отрезка стеклянной трубки не отламывая его от трубки, запаивают с одного конца и набивают веществом. Далее трубку подсоединяют к вакуумной линии, капилляр отпаивают либо под вакуумом либо после заполнения системы инертным газом.

Существует множество различных приборов для определения температуры плавления веществ в капиллярах. Наиболее пригодными из них следует считать те которые обеспечивают возможность равномерного и медленного повышения температуры в широком интервале. При быстром нагревании неизбежно возникают ошибки вследствие различной теплопроводности шарика термометра и капилляра с веществом, их различной массы, а также из-за невозможности мгновенного расплавления вещества. Поэтому вблизи ожидаемой температуры плавления необходимо поддерживать скорость нагрева не более 1°С в 1 мин, а во время плавления — 1 °С за 2—3 мин.

Рис. 90. Прибор Тиле для определения температуры правления 1 — капилляр с пеществом; 2 — изолированная электрическая обмотка; 3— жидким теплоноситель.

Рис. 91. Прибор для определения температуры плавления веществ: 1 — капплллр с веществом; 2 — хлоркалициовая трубка 3 — жидкий теплоноситель

При этом отмечают температурный интервал от начала слипания порошка в капилляре до исчезновения последних кристаллов и образования прозрачного расплава. Если приблизительное значение температуры плавления неизвестно, готовят сразу два капилляра с веществом. Первый используют для грубого определения температуры плавлении, которое производят при быстром нагревании — примерно на 5 OC в 1 мин во всем вероятном интервале плавления.

Из приборов с жидкими теплоносителями наибольшее распространение получил прибор Тиле (рис. 90). Его конструкция обеспечивает разномерную естественную циркуляцию нагреваемой жидкости, исключающую возникновение конвективных потоков, которые могли бы привести к неравномерности нагрева. Нижняя часть колена обогревается на небольшом пламени спиртовки, либо—предпочтительнее — обматывается нихромовой спиралью, включаемой в сеть через автотрансформатор. Регулятор последнего полезно градуировать по температуре.

Шарик термометра в приборе Тиле должен находиться на равном удалении от стенок примерно посередине вертикального участка — там, где движение жидкости наиболее равномерное.

Капилляр с веществом можно прикреплять непосредственно к термометру, например при помощи резинового колечка, однако удобнее вводить капилляр через боковую наклонную трубку — это позволяет легко его заменять, не вынимая термометра. Необходимо строго следить, чтобы конец капилляра с веществом соприкасался с серединой ртутного шарика термометра. Наблюдение за плавлением ведут через увеличительное стекло, обязательно в защитных очках или маске.

Гораздо удобнее приборы, в которых термометр и капилляр не соприкасаются с жидким теплоносителем, а находятся в воздушной бане. Капилляр прикрепляют к термометру тонкой мягкой проволокой, а если температура не выше 150°С, — с помощью резинового колечка. Прибор может иметь также боковые наклонные трубки для ввода капилляров. Чтобы в трубки не попал холодный воздух, их следует затыкать тампонами из волокнистого асбеста или стеклянной ваты.

Лучшими жидкостями для рассматриваемых приборов в настоящее время являются высококипящие силиконовые масла, поскольку они нетоксичны, неагрессивны и позволяют производить нагревание до 850 OC.

Ряд преимуществ перед стеклянными приборами имеют массивные металлические, чаще всего медные, блоки для определения температуры плавления, которые нетрудно изготовить в лабораторных мастерских (рис. 92). Блок может быть нагрет до любой необходимой температуры с помощью электрической обмотки, подключенной через ЛАТР. Равномерность и плавность нагрева обеспечиваются высокой теплопроводностью меди и большой массой блока. Важно лишь, чтобы шарик термометра и капилляр находились в непосредственной близости друг от друга и не прикасались к стенкам канала. Капилляр прикрепляют к термометру, либо вводят через специальный капал. Чтобы внутрь блока не попадал холодный воздух, отверстия канала для наблюдения должны быть закрыты слюдой или стеклянными пластинками, а каналы для ввода термометра и капилляра — волокнистым асбестом или стекловатой. Снаружи блок тщательно изолируют.

Блок, изображенный на рис. 92,6, легко смонтировать на предметном столике микроскопа.

Рис. 93. Металлические блоки для определения температуры плавления веществ: а: 1 увеличительное стекло, 2- стеклянные пластинки 3- матовое стекло, 4 -отражатель б: 1 — капилляр с веществом, 2- электрообмотка, 3- термоизоляция 4 — покровое стекло, 5 -зеркало.

В этом случае капилляр не забивают плотно, а помещают в него лишь несколько мельчайших кристалликов вещества. Наблюдение за плавлением через микроскоп позволяет получить более точные значения температуры плавления, а также отметить некоторые изменения, например выделение пузырьков газа и т. п., часто невидимые невооруженным глазом. В то же время измерение температуры плавления смешанной пробы проводить лучше обычным капиллярным методом.

Прост и удобен метод определения температуры плавления невозгоняющихся соединений, при котором небольшое количество вещества наносится непосредственно на ртутный шарик расположенного горизонтально термометра. Блок, предназначенный для этой цели, изображен на рис. 9 3. Он обеспечивает высокую точность измерения при условкн нагрева вблизи температуры плавления не быстрее чем на 1 °С в 1 мин. Для определения достаточно нанести на шарик термометра минимальное количество очень тонкого порошка. Момент расплавления с этом случае виден особенно четко.

Определение температуры плавления (с предварительным замораживанием пробы) может быть также использовано для установления степени чистоты и для предварительной идентификации многих жидких при комнатной температуре веществ. В обычный запаянный с одного конца капилляр диаметром около 1 мм вносят необходимое количество жидкости с помощью другого более узкого капилляра диаметром 0,3—0,4 мм. Затем более узкий капилляр оплавляют и используют его для перемешивания жидкости в процессе кристаллизации, если она склонна к переохлаждению. Охлаждающая баня должна иметь температуру на 10—15 °С ниже температуры застывания жидкости. В связи с этим, для охлаждения применяют либо смесь льда и соли, либо ацетон и «сухой лед». В охлаждающую баню помешают прибор для определения температуры плавления с пустой внутренней пробиркой, в колбу которого наливают спирт или ацетон. Прибор снабжают спиртовым или толуоловым термометром. После того как прибор охладится до нужной температуры, к термометру п рикрепляют охлажденный в той же бане капилляр с закристаллизовавшейся жидкостью и проводят определение температуры плавления обычным образом. Если скорость подъема температуры недостаточна, колбу обогревают струей теплого воздуха или рукой, если слишком высока — изолируют колбу ватой, оставив окошко для наблюдения.

Рис. 63. Блок для определения температуры плавления невозгоняющихся соединений на шарике термометра: 1-нихромовая спираль на керамическое подложке; 2— термоизоляции; 3— стеклянная пластина.

К оглавлению

 

 

см. также