Статьи

8.7. Визначення температури кипіння


Температура кипіння чистої рідини - це температура фазового рівноваги рідина ↔ пар, при якому тиск пари рідини дорівнює зовнішньому тиску. З pt діаграми (див. Рис. 137) слід, що фазовий рівновагу характеризується кривою кипіння, що починається від потрійної точки і закінчується критичною точкою К. Крива кипіння - крива тиску насиченої пари рідини, коли рідина і пар мають одну і ту ж температуру. Крива кипіння відображає залежність тиску пари від температури кипіння, і навпаки. Аналітично вона описується рівнянням Клапейрона - Клаузіуса:

(8.5)

де? Н - зміна ентальпії при кипінні рідини (кДж / моль); ΔV - зміна обсягу (в л) при фазовому переході рідина - пар.

Кипіння - процес ендотермічний (ΔH> 0), що супроводжується збільшенням обсягу (ΔV> 0). Для чистих індивідуальних рідин температура кипіння - фізична константа.

Будь-яка кипляча рідина є перегрітою, і термометр, занурений в неї, показує температуру кипіння під тиском, що дорівнює сумі тиску на поверхні рідини і гідравлічного тиску на тій глибині, де знаходиться ртутний резервуар термометра. Справжньою температурою кипіння рідини буде температура, при якій термометр змочений тонким шаром стікає конденсату, що знаходиться в рівновазі зі своїм парою.

Клапейрон Бенуа П'єр Еміль (1799 - 1864) - французький фізик і інженер, встановив залежність температури плавлення від тиску.

Клаузіус Рудольф Юліус Емануель (1822 - 1888) - німецький фізик, один із засновників термодинаміки.

Найпростіші прилади для визначення температури кипіння - це насадка Кальбаума (рис. 174, а) і прилад Сиволобова (рис. 174, б).

В насадки Кальбаума термометр 1 знаходиться у внутрішній трубці корпусу 2 і крапельно-рідка фаза з колби 4 на нього безпосередньо потрапити не може, він як би захищений паровою сорочкою. В силу цього на термометрі утворюється постійно оновлюється тонка плівка конденсату, що знаходиться в стані теплової рівноваги з навколишнім її парою. секунду.

Мал. 174. Пристрої для визначення температури кипіння рідини: насадка Кальбаума (а) і прилад Сиволобова (б): а: I - термометр; 2 - насадка Кальбаума; 3 - холодильник; 4 - колба; 5 - капіляри; 6 - колбонагревателі

Прилад Сиволобова (рис. 174, б) складається з рідинної лазні 2 (колби з рідиною), маленької пробірки 3 з капіляром 4. У колбу 2 заливають рідину і занурюють в неї пробірку з досліджуваної рідиною 5. Довжина пробірки 50-60 мм, внутрішній діаметр 3-5 мм, висота шару рідини 7-10 мм. Пробірку закріплюють на термометрі 1. У пробірку поміщають запаяний з одного кінця капіляр 4 довжиною 50 - 60 мм і діаметром не більше 1 мм. Відкритий кінець капіляра занурюють в рідину 5. рідинних баню 2 повільно нагрівають в інший рідинної бані, доводячи швидкість нагріву поблизу температури кипіння досліджуваної рідини, що знаходиться в пробірці, до 1 ° С / хв. "Ри температурі нижче температури кипіння на 2 - 3 градуси з капіляра починають виділятися окремі бульбашки повітря, число яких дуже швидко збільшується, а потім з'являється безперервний ланцюжок маленьких бульбашок, насичених паром досліджуваної рідини. Цей момент вважають температурою кипіння рідини 5, що знаходиться в пробірці 3 , і зазначають покаяння термометра 1.

Мал. 175. Прилади для визначення температури кипіння рідини Руле (с) і Свентославского (б) і ебуліометр з дзвоном (в)

Найбільш часто застосовують для визначення температури кипіння прилад Рупе (рис. 175, а), що дозволяє отримувати точні значення цієї константи рідкої речовини. В середині внутрішнього судини 3 приладу знаходиться отвір 5 з трубкою, яка доходить до ртутного резервуара термометра 1. Пар киплячій в посудині 4 рідини б проходить отвір 5 і пробульківает через шар 3 - 5 мл тієї ж рідини 6, сконденсировавшейся в посудині 3. Пройшовши шар рідини 6, пар через трубку 2 потрапляє в холодильник (на малюнку не показаний) і назад у вигляді конденсату вже не повертається.

На початку визначення температури кипіння пар конденсується в посудині 3, нагріває що знаходиться в ньому рідина до кипіння. Постійна температура встановлюється через 5-10 хв. Так як термометр повністю знаходиться в парі досліджуваної рідини, виключається необхідність внесення поправки на виступаючий стовпчик ртуті. Точність температури кипіння рідини за допомогою приладу Рупе в умовах рівномірного і спокійного кипіння становить ± 0,005 ° С. Для рівномірного кипіння рідини в неї поміщають капіляри 7, а нагрів судини 4 здійснюють колбонагревателі 8.

Рупе Ганс (1866 - 1951) - швейцарський хімік-органік, синтезував мнoгіе оптично активні сполуки.

C такою ж точністю визначають температуру кипіння рідин на простому ебуліометре Свентославского (рис. 175). Досліджувана рідина кипить в невеликому цілком заповнених грушоподібної посудині 8. Пара, що утворюється захоплює кісшую рідина по тонкій трубці 5 (внутрішній діаметр око-до 7 мм) і викидає її в посудину часткової конденсації 6 на поверхню кишені 4, в який поміщений термометр 2 або термометр опору . Карман заповнений силіконовим маслом і має зовні напаяти скляну спіраль для стікання конденсату без освіти розривів на рідкої плівці. Для рівномірного кипіння рідини в посудину 8 кидають капіляри або припаюють до внутрішньої поверхні товчене скло. Конденсат, що стікає з зворотного холодильника 1, проходить через лічильник крапель 3 і повертається по трубці 7 у колбу 8. Досліди показали, що температура уздовж всієї поверхні кишені 4 постійна і дорівнює температурі кипіння рідини.

Число крапель практично пропорційно інтенсивності нагрівання. Для кожної досліджуваної рідини знаходять попередньо свою інтенсивність нагрівання, спостерігаючи за зміною температури кипіння і числом утворюються крапель. Наприклад, для води число крапель може змінюватися від 8 до 25 в 1 хв. Якщо число крапель більше 25, то тиск усередині ебуліометра піднімається, і виміряна температура кипіння буде трохи вище істинного значення. Спостереження за температурою кипіння припиняють, коли результати останніх п'яти вимірювань збігаються в межах 0,05 - 0,1 ° С. Знайдена температура кипіння індивідуальної рідини відповідає атмосферному тиску на момент вимірювання.

Хороші результати дає також ебуліометр з дзвоном (рис. 175, в). У цьому приладі кипляча рідина з поглиблення 8 через дзвін 7 викидається разом з парою по трубці 6 в с ° суд 2 на розташований в ньому термометр / і стікає назад в колбу 5 через нижній відросток судини 2, а пар виходить через отвір 4 і через трубку 3 потрапляє в холодильник. Конденсат повертається в посудину 5.

Свентославскій Войцех Алоїзій (1881 - 1968) - польський физикохимик. 1-й ебуліометр сконструював в 1924 р

Щоб привести знайдену температуру кипіння рідини до стандартного тиску 101325 Па (760 торр), застосовують в разі незначного (± 30 торр) відхилення тиску навколишнього середовища від стандартного (див. Нижче) формулу

(8-6)

Δt ~ поправка, яку вносить в наіденную температуру кипіння для тиску р (торр) атмосфери, при якому була виміряна температура кипіння.

Коефіцієнт k для більшості рідин має значення 1,2 * 10-4, але для води, спиртів і карбонових кислот його значення дещо менше і дорівнює 1 * 10-4. Щоб не вводити поправки в температуру кипіння рідини, її визначають в стандартних умовах: р = 101325 Па = 1 атм = 760 торр, підтримуючи цей тиск за допомогою маностатом.

До змісту


Новости