تئوری برای آزمایشگاه های شیمی آلی 1

[*مینا*]

اندازه گیری نقطه ی ذوب ترکیبات آلی

هدف: برای دو هدف مختلف می توان از آن استفاده کرد 1_ شناسایی 2_ تعیین خلوص ترکیبات آلی .
وقتی ماده ناشناخته است مهمترین کار: تعیین ثابت های فیزیکی (خصوصیت های فیزیکی) ترکیب آلی است ؛ مهمترین ثابت های فیزیکی عبارتند از :
رنگ ماده، بو، شکل بلور ها، نقطه ی ذوب، نقطه ی جوش، نقطه ی تصعید، ضریب انکسار نور، طیفIR ، طیف NMR، طیفUV، طیف سنجی جرمی، آنالیز عنصری .
در اثر وجود ناخالصی رنگ بلور ها تغییر می کند ، شکل بلور ها هم این گونه است .
نقطه ی ذوب: دمای نقطه ای را به ما می دهد که در آن از فاز جامد به مایع می رویم به شرطی که در انتقال از جامد به مایع در فشار استاندارد محیط با 1 اتمسفر صورت بگیرد .
تعریف دوم و صحیح تر : عبارت از دمایی است که در آن دما فاز جامد و مایع به حالت تعادل می رسد .

توضیح شکل : فرض می کنیم 100 تا مولکول A داریم، به محض افزایش دمابه لحظه ای خواهیم رسید که نیرو های جاذبه ی بین مولکولی A بر همدیگر غلبه کرده و ماده ی جامد از شبکه ی کریستالی خود خارج می شود واتم ها روی همدیگر میلغزندو ما ده از حالت جامد وارد حالت مایع خواهد شد .Tm نقطه ی ذوب A در آن حالت جامد و مایع A برابر خواهند بود و تعادل برقرار خواهد شد بین جامد و مایع ، Tm1 نقطه ی ذوب ابتدایی A هنوز تعادل برقرار نشده است ، Tm2 نقطه ی نهایی تمامی ماده به مایع تبدیل شده است .
قابل توجه است که رطوبت نیز مانند ناخالصی عمل کرده و در خصوصیت های فیزیکی ماده تغییر ایجاد می کند .
ناخالصی ها دو ماهیت دارند که یا محلول اند یا نامحلول، ناخالصی محلول روی نقطه ی ذوب تاثیر منفی خواهد داشت چون میزان محلول را زیاد می کند در صورتی که اگر ناخالصی نامحلول باشد با افزایش دما نمی تواند وارد فاز مایع شود بنابر این هیچ تاثیری نمی گذارد.
مثال :سولفات کلسیم در نقطه ی ذوب استانلید تاثیر نمی گذارد،
کلرور سدیم در فاز مایع است و در نقطهی ذوب استانلید تاثیر می گذارد .
بنابراین: آن موادی به عنوان ناخالصی محلول عمل می کنند که یک خاصیت یونیزاسیون در آن ها وجود داشته باشد.
رطوبت تاثیر منفی می گذارد .
برای یک ماده ی خالص حداکثر اختلاف دمایی که بین Tm1 و Tm2 خواهیم دید بین 0.5 تا 1 درجه خواهد بود اما برای ماده ای که ناخالصی دارد این اختلاف دما بین 5 تا 10 درجه می تواند باشد و هر چه ناخالصی بیشتر باشد اختلاف دما بین نقطه ی ذوب ابتدایی و انتهایی بیشتر خواهد بود .
نحوه ی تشخیص نقطه ی ذوب: اگر ماده جمع شود ( کم شود ) و یا گاهی شبنم مانند هایی در محلول ایجاد می شود که همیشه نشان دهنده ی نقطه ی ذئب ابتدایی است ، اگر محلول شفاف شد به نقطه ی ذوب نهایی رسیده ایم و همه ی جامد ها به مایع تبدیل شده است .

اندازه گیری نقطه ی ذوب مخلوط چند ماده :

اتکتیک: نقطه یذوب چند ترکیب که باهم ترکیب شده اند.
فرض کنید دو ماده داریم :A با نقطه ی ذئب 118 درجه و B با نقطه ی ذوب 90 درجه وقتی آنها را با هم مخلوط می کنیم دو امکان وجود دارد:1_ تشکیل مخلوط اتکتیک می دهند : نقطه ی ذوب حاصل خیلی پایین تر از مواد اولیه است مثلا 60 درجه 2_ تشکیل مخلوط اتکتیک نمی دهند : در این صورت B به صورت ناخالصی روی A عمل می کند و نقطه ی ذوب A را حداکثر 20 درجه کم میکند مثلا مخلوط حاصل دارای نقطه ی ذوبی برابر 108 درجه خواهد شد .
شاخصه ی نقطه ی اتکتیک این است که نقطه ی ذوب مخلوط حاصل بسیار پایین تر از نقطه ی ذوب مواد اولیه است

نکته : در این نقطه فاز جامد A و B را داریم که با مایع های خود در تعادل اند(شباهتی با نقطه ی ذوب دارد) .
از نقطه ی اتکتیک در صنعت برای تهیه ی آلیاژ های مختلف استفاده می شود بدین صورت که دو فلز را ذوب می کنند و اگر آن دو به یک نقطه ی اتکتیک رسیدند بنابر این می توان از آن ها آلیاژ تهیه کرد
آلیاژها: ترکیبی از چند فلز با نسبت های مختلف که در تهیه ی آن ها از نقطه ی اتکتیک استفاده می شود
نقطه ی اتکتیک فقط در مورد فلزات نیست در بعضی مواقع مواد آلی در کنار آب (رطوبت ) نقطه ی اتکتیک تشکیل داده و نقطه ی ذوب بسیار پایین خواهد آمد .
اندازه گیری نقطه ی ذوب در آزمایشگاه ها با استفاده از لوله ی مویین است .

سوالات مطرح :
چه عواملی در نقطه ی ذوب تاثیر می گذارد ؟ شکل بلور ها ، اندازه ی بلور ها، مقدار بلور ها، فشرده بودن بلور ها .
چرا در نزدیکی Tm1 باید دما را کنترل کنیم ؟ باید کنترل کنیم تا بتوانیم نقطه ی ذوب را اندازه گیری کنیم
نقطه ی اتکتیک چه ویژگی هایی دارد؟ در بالا توضیح داده شد .



منبع : سایت علمی نخبگان جوان
نویسنده : *مینا*



مطلب زیر ارسالی از شیمیدان کوچولو عزیز هست

تعیین نقطه ذوب مواد
هدف :
اندازه گيري ثابتهاي فيزيكي و برخي روشهاي جداسازي، تخليص و شناسايي تركيبها
تئوری:
نقطه ذوب درجه حرارتی است که در آن درجه حرارت، ماده جامد به مایع تبدیل شود (درجه حرارتی که در آن فشار بخار مایع با جامد برابر گردد). در تمام مدت ذوب درجه حرارت ثابت میماند و در این درجه حرارت دو فاز در حال تعادل هستند.
فشار بخار جامد ↔ فشار بخار جامد
عوامل موثر بر نقطه ذوب:
1.فشار اثری برنقطه ذوب ندارند زیرا مولکول های جامد به هم فشرده هستند.
2. اثر ناخالصی بر نقطه ذوب: وجود ناخالصی باعث کاهش نقطه ذوب می شود.
قانون رائول: افزایش ناخالصی باعث کاهش فشار بخار مایع می شود.
به طور مثال مخلوطی از جامد و مایع A را در نظر بگیرید اگر ناخالصی B به جسم A افزوده شود جسم A شروع به ذوب شدن می کند این به این علت است که افزایشB باعث کاهش فشار بخار مایعA می شود(قانول دائول) این امر باعث می شود برای برقراری تعادل حرکت مولکول های جامد A به فاز مایع افزایش یابد یعنی مقداری از A ذوب شود . حال اگر انرژی حرارتی برای این عمل موجود باشد A بدون کاهش درجه حرارت ذوب می شود(mp تغییر نمی کند) ولی اگر انرژی موجود نباشد برای ذوب شدن انرژی از جسم گرفته می شود و نقطه ذوب پایین می آید.
دامنه ذوب، دمائی است که ترکیب شروع به مایع شدن میکند تا دمایی که به طور کامل مایع میشود. ترکیب خیلی خالص دامنه ذوب 5/0 درجه یا کمتر دارد. دامه ذوب ترکیبات خالص معمولی 2-1 درجه است. خلوص ترکیب از دو طریق مشخص میشود: اول اینکه ماده خالصتر نقطه ذوب بالاتری دارد، دوم اینکه ماده خالصتر دامنه ذوب کمتری دارد یعنی بین درجه حرارت شروع و پایان ذوب اختلاف کمتری وجود دارد.
تعیین نقطه ذوب صحیح یک ترکیب آلی احتیاج به ماده کافی دارد تا با سرد و گرم کردنهای متناوب بتوان در بین فازهای مایع و جامد تعادل برقرار کرد و درجه حرارت آنرا اندازه گرفت. مقدار ماده ای که برای این عمل لازم است غالبا بیشتر از مقداری است که شیمیدان در دسترس دارد. از اینرو روشهای میکرو که چندان دقیق نیستند ولی احتیاج به مقدار ناچیزی از نمونه دارند و آسان هم هستند توسعه یافته اند. یکی از متداولترین روشها، استفاده از لوله مویین است. در کلیه روشهای میکرو نقطه ذوب را به صورت حدود تغییرات ذوب اندازه میگیرند. این حدود شامل درجه حرارتی است که عمل ذوب نمونه شروع میشود و بعد خاتمه می یابد.
در اندازه گیری نقطه ذوب با لوله مویین از گرم کن های گوناگونی استفاده میشود. این گرم کن ها از یک بشر ساده که محتوی مایعی با نقطه جوش بالاست و با چراغ گاز گرم و با دست همزده میشود، شروع شده و به وسایل کاملی میرسد که با الکتریسیته گرم میشود و بطور مکانیکی به هم میخورد.
دمای ذوب را عمدتا به دو طریق زیر تعیین میکنند:
1- لوله تيل
2- دستگاههاي اندازه گيري دقيق ميكروسكوپي
1- لوله تيل: وسيله ساده اي است كه به سهولت قابل دسترسي است. لوله تيل به نحوي طراحي شده است كه وقتي در آن روغن مي ريزيم و لوله را گرم مي كنيم، در آن تبادل گرمايي صورت مي گيرد. به نحوي كه توزيع دما در سراسر روغن داخل لوله يكنواخت مي شود. چنانچه لوله تیل در دسترس نباشد از یک بشر کوچک 50 یا 100 میلی لیتری می توان به عنوان حمام استفاده کرد.
وسایل آزمایش:
چراغ کوچک بونزن/ لوله مویین/ یک قطعه لوله شیشه ای یا پلاستیکی/ چسب/ دماسنج / لوله تیل