Отбор первичной пробы твердых веществ

Твердые вещества могут быть порошкообразными (сыпучи­ми) и кусковыми. Чем крупнее куски материала, тем больше его неоднородность и тем сложнее взять среднюю пробу. Способ от­бора пробы зависит не только от состояния материала (порош­кообразный, кусковой), но и от то­го, поступает материал без упаков­ки или в таре (мешки, ящики, боч­ки, банки). При этом надо учиты­вать степень его однородности и ус­ловия хранения. Вследствие небре­жного хранения материала он ув­лажняется, загрязняется.

Отбор первичной пробы сыпу­чих материалов,поступивших в та­ре, берут приблизительно в равных количествах из разных мест (снизу, сверху, из середины, с боков) с по­мощью специального приспособле­ния— щупа. Он представляет собой железный или медный узкий желоб, заостренный снизу, с рукояткой для удобства пользования (рис. 7, а, б). Щуп вкручивают в глубину матери­ала и вещество насыпается в желоб. Поскольку материал частично спол­зает по желобу, нижние слои не по­падают в состав пробы, используютщуп конструкции Говальского (рис. 7, б), позволяющий отби­рать пробу более точно. На его конце имеется пластинка-кла­пан, вращающийся перпендикулярно оси щупа. Ручка 2 под­вижна и при движении вперед фиксирует клапан так, что щуп остается открытым и наполняется веществом. Чтобы вытащить щуп из материала, ручку выдвигают назад, при этом клапан освобождается и при движении щупа материал давит на кла­пан, который закрывается и проба остается внутри щупа.

Если сыпучий материал рассыпан относительно тонким слоем (до 1 м) на большей площади _;(в вагоне), то следует брать про­бу в нескольких точках, расположенных в шахматном порядке. Пробу вязких, пастообразных масс надо отбирать по всей тол­щине массы сверху до дна.

Отбор первичной пробы кусковых материаловнаиболее тру­ден. Состав кусков может резко отличаться. При отборе пробы необходимо сохранять в ней такое же соотношение между круп­ными кусками и мелкими, как в исходном материале. Наиболее точно отбирается проба, если весь материал измельчить. Если по технологическому процессу для переработки исходное сырье под­лежит измельчению, то целесообразно брать пробу после измель­чения.

Обработка отобранной первичной пробы.Первичная средняя проба твердых материалов может иметь массу в несколько ки­лограммов, тогда как для химического анализа (лабораторная проба), как правило, требуется несколько граммов. Отсюда сле­дует необходимость сокращения пробы без изменения ее соста­ва. Это достигается разделкой первичной пробы такими опера­циями, как измельчение, перемешивание и сокращение.

Измельчение осуществляют вручную с помощью ступки или трамбовки на стальной плите. Ручное дробление трудоемко, его применяют в тех случаях, когда редко отбирают пробы не­большой массы. Для регулярной переработки большого количе­ства проб применяют специальные дробильные приспособления. Перемешивание небольших масс пробы осуществляют при помощи совка вручную. В случае значительной массы пробы ее насыпают лопатой в виде конуса, затем перекидывают на но­вое место и опять собирают в виде конуса.

Сокращение производят по определенным правилам, что­бы лабораторная проба по составу соответствовала первичной. Наиболее надежным способом сокращения пробы является спо­соб кольца и конуса с последующим квартованием. Всю пробу высыпают на ровную поверхность (железный лист или пол), рас­пределяют в виде кольца треугольного сечения (рис. 8) и за­тем собирают в конус в центре этого кольца. В вершину конуса вертикально вставляют острый край деревянной дощечки и по­ворачивая ее, как показано на рис. 9, развертывают конус в диск Подобную операцию повторяют 2—3 раза, после чего диск квар-туют, т. е. делят на четыре равных сектора двумя перпендику­лярными бороздами, проходящими через центр. Два противопо­ложных сектора отбрасывают, а два оставшихся перемешивают и подвергают дальнейшему сокращению по описанной методи­ке до тех пор, пока не останется масса, требуемая по ГОСТу

Отбор лабораторных пробпроводят способом вычерпыванияпробу, разровненную в виде круга, делят шпателем на ряд вза­имно перпендикулярных рядов и отбирают лабораторную пробу в шахматном порядке из середины образовавшихся квадра­тов на всю глубину слоя вещества.

Отбор проб жидкостей

Среднюю пробу жидкости берут специальным пробоотборни­ком, конструкция которого зависит от вида анализируемой жид­кости. Методы отбора проб и количество отбираемой жидкости в каждом конкретном случае определяются стандартами и тех­ническими условиями.

Отбор проб из больших резервуаровзависит от однородности или неоднородности жидкости, подлежащей анализу. Если жид­кость однородна, то достаточно зачерпнуть необходимое ее ко­личество в любом месте, чтобы получить среднюю пробу. Если же жидкость неоднородна (осадок, муть), среднюю пробу со­ставляют из проб, отобранных на разных уровнях жидкости. Принято отбирать три или пять проб в зависимости от высоты столба жидкости. В этом случае измеряют толщину каждого слоя, а затем отбирают пробу пропорционально объему. Так, при от­боре трех проб одну из них берут на 0,5 м от поверхности, вто­рую—на расстоянии 0,5 м от дна и третью — на середине. Из неглубоких резервуаров пробы берут при помощи стеклянных трубок с оттянутыми концами, из глубоких — специальными про­боотборниками.

Отбор проб из мелкой тары(бидоны, бутыли, железные бочки и т. л.) берут от определенного процента мест поступившей пар­тии. Жидкость в сосуде перемешивают и отбирают пробу при по­мощи длинной, суженной на конце стеклянной трубки, медлен­но погружая ее в жидкость в вертикальном положении. Затем, зажав верхнее отверстие трубки, ее вынимают. Так отбирают пробы из всех пре­дусмотренных тарных мест и смешивают в приемнике. Количество отбираемой жид­кости — не менее 1 л. Полу­ченную среднюю пробу раз­ливают в две сухие чистые склянки. Одна из них посту­пает на анализ, другая со­храняется на случай арбит­ражного анализа.

Отбор пробы промежу­точных продуктов из аппа­ратов и трубопроводов про­водят при постоянном конт­роле за ходом технологического процесса. Отбирают индивиду­альные пробы, которые сейчас же анализируют взятие проб из аппаратов производят через вентили или специально установлен­ные краны. Пробу жидкости, текущей по трубопроводу, отбира­ют через пробоотборный кран специальной конструкции (рис. 10), соединенный с несколькими трубками, загнутые концы кото­рых направлены отверстиями навстречу текущей жидкости. Труб­ки позволяют отбирать пробу в разных слоях жидкости.

Лекция 4

ГЛАВА 4

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ МЕТОДАМИ, ПРИМЕНЯЕМЫМИ В ТЕХНИЧЕСКОМ АНАЛИЗЕ

ПЛОТНОСТЬ

Различают абсолютную и относительную плотность.

Абсолют­ной плотностьюр (кг/м³) называют массу вещества, содержа­щуюся в единице объема. За единицу принимают массу 1 м³ чис­той воды при 4°С. Относительной плотностьюр₄²⁰Называют отно­шение массы вещества к массе чистой воды при 4°Св одинако­вом объеме ее определяют, как правило, при 20°С и относят к плотности воды при 4°С. Относительная плотность — безразмер­ная величина.

Если, например, плотность воды измерена не при 4°С, то по­лученное значение относительной плотности жидкости необхо­димо пересчитать, умножив его на отношение плотности водыпри той же температуре к ее плотности при 4°С. Например, надо пересчитать относительную плотность жидкости, определенную при 20 С, на плотность воды

при 4°С:

Плотность вещества можно определить при любой температуре, пересчитаее на р₄²⁰ по формуле

где р₄^t — плотность вещества при температуре испытания; t— температура испытания; α — поправочный температурный коэф­фициент (см. табл. 2приложения).

Плотность характеризует идентичность, чистоту и концентра­цию вещества. Для многих веществ (спирт, глицерин, формалин и др.) установлена зависимость между плотностью и концентра­цией. Зная плотность вещества, по таблице можно найти его кон­центрацию (см. приложение) и, наоборот, по известной концен­трации по этой же таблице находят плотность вещества.

Экспериментально плотность определяют денсиметром или гидростатическим взвешиванием. Оба эти способа основаны на законе Архимеда.

При определении относительной плотности можно использо­вать пикнометр. Плотность, определяемую пикнометром или гид­ростатическим взвешиванием, называют видимой, так как взве­шивание проводят в воздухе, плотность которого не учитывают. Для более точных измерений необходимо ввести поправку на по­терю массы в воздухе по формуле

где p_ист и p₁ — соответственно истинная и видимая плотности; 0,99823 — плотность воды при 20°С; 0,0012 — плотность воздуха.

Работа 1. Определение плотности жидкости с помощью ден­симетра (ГОСТ 18995.1—73). Денсиметр (ареометр) представля­ет собой стеклянный цилиндрический сосуд, нижняя часть кото­рого заканчивается шаром, заполненным свинцовой дробью (рис. 11). На цилиндрической части денсиметра нанесена шкала с. делениями, обозначающими плотности жидкостей, в которые погружают денсиметр, и температуру, при которой следует про­изводить определение. Градуировку денсиметров производят при 20°С и относят к плотности воды при 4°С. Для повышения точно­сти измерения и удобства пользования изготовляют набор денси­метров, шкалы которых охватывают определенный диапазон плотностей.

Техника определения. В чистый цилиндр внутреннего диаметра не менее 5 см наливают испытуемую жидкость. Стара­ясь не задеть стенки цилиндра, в жидкость медленно вводят чистый и сухой денсиметр; держа его за верхний конец, ожидают (2—3 мин), чтобы денсиметр пришел в равновесие. Необходимо, чтобы при этом он не касался ни дна, ни стенок цилиндра. От­считывают деление на денсиметре по верхнему краю мениска и замеряют температуру анализируемой жидкости термометром, опущенным в цилиндр. Если температура испытуемого продуктаотличается от 20°С, а ареометр градуирован на р₄, то вводят по­правку на найденную плотность (см. табл. 2 приложения). До­пустимое расхождение между двумя параллельными определе­ниями не должно превышать 0,001.

Денсиметры содержат в сухом чистом виде, каждый раз после использования его надо промыть водой или соответ­ствующим растворителем, вытереть и по­ложить в набор.

Работа 2. Определение плотности при помощи пикнометра (ГОСТ 18995.1—73).Пикнометр представляет собой стеклянный сосуд с кольцевой меткой на шейке (рис. 12), емкостью от 1 до 100 мл (для работы наиболее удобны пикнометры емкостью 25— 50 мл).

Техника определения. Перед определением пикнометр тщательно моют и высушивают в сушильном шкафу при 100°С. Затем его взвешивают на аналитических весах с точностью до 0,0002 г, наполняют дистиллированной водой чуть выше метки, помещают в термостат и выдерживают при 20°С в течение 15— 20 мин. Когда жидкость в пикно­метре примет температуру термо­стата, жгутиками фильтровальной бумаги отбирают избыток воды до уровня метки на шейке. При опре­делении плотности темных жидко­стей уровень их в пикнометре уста­навливают по верхнему мениску, а для светлых жидкостей — по ниж­нему; соответственно и уровень во­ды устанавливают по верхнему или нижнему мениску. Пикнометр зак­рывают пробкой, вынимают из тер­мостата, тщательно вытирают сна­ружи фильтровальной бумагой и взвешивают. Находят объем пикно­метра по формуле

Воду из пикнометра выливают и высушивают его в сушиль­ном шкафу. Затем наливают в пикнометр испытуемую жидкость немного выше метки, помещают в термостат при 20°С и произ­водят те же операции, что и с водой вплоть до взвешивания.

Плотность р₄²⁰ испытуемого вещества находят по формуле

Работа 3. Определение плотности гидростатическим взве­шиванием (ГОСТ 15139—69).Для измерения плотности отфор­мованного изделия можно использовать стандартные образцы в виде брусков размером 10X15x120 мм или вырубать образ­цы размером 20X20X2 мм. Допускается испытание образцов произвольных размеров или целых изделий при условии, что их объем не менее 1 см³. Для проведения испытаний можно исполь­зовать аналитические весы, специально приспособленные для гидростатического взвешивания (рис. 13).

Техника определения. Образец, взвешенный на воз­духе с точностью до 0,001 г, прикрепляют тонкой проволочкой к коромыслу гидростатических весов и погружают в стакан с дистиллированной водой при температуре 20±1°С. При погружении образца в воду следят за тем, чтобы на его поверхности и на проволоке не было пузырьков воздуха, а сам образец не ка­сался стенок и дна стакана. Стакан ставят на специальную под­ставку, которая не должна касаться чашки весов. Опущенный в воду образец взвешивают с точностью до 0,001 г. Затем взве­шивают проволоку без образца при том же уровне погружения. Плотность вычисляют по формуле

где т — масса образца на воздухе; т₁— масса образца с про­волокой в воде; m₂ — масса проволоки, погруженной в воду; р₀ — плотность воды при 20°С.

ВЯЗКОСТЬ

Вязкостью, или внутренним трением, называют свойство жид­кости сопротивляться взаимному перемещению ее частиц, выз­ванному действием приложенной к жидкости силы. Различают вязкость динамическую и кинематическую.

Единица динамической вязкости в системе СИ — ньютон-се­кунда на квадратный метр — равна динамической вязкости та­кой жидкости, в которой при изменении скорости движения жид­кости на 1 м/с на расстоянии 1 м касательное напряжение равно силе в 1 ньютон на квадратный метр (Н-с/м²).

Кинематической вязкостью v(м²/с) называют отношение динамической вязкости Т1< к плотности при той же температуре p_t

Единица кинематической вязкости в системе СИ — м²/с. Она равна кинематической вязкости такой жидкости, динамическая вязкость которой 1 Н· с/м², а плотность 1 кг м³.

Относительная вязкость есть отношение вязкости исследуе­мой жидкости к вязкости другой жидкости, принятой за едини­цу (при данной температуре). Эта величина удобна для сравне­ния и не является физической характеристикой продукта.

Для жидкостей при данной температуре и давлении вяз­кость— постоянная величина, поэтому ее значение включают в стандарты для многих продуктов производства химической про­мышленности. С повышением температуры вязкость уменьшает­ся, с понижением возрастает. В связи с этим измерять ее следу­ет при температуре, указанной в стандартах или технических ус­ловиях на материал (обычно при 20°С). Вязкость растворов по­лимеров зависит от их концентрации и молекулярной массы: при одинаковой концентрации растворов вязкость повышается с уве­личением молекулярной массы полимера. Определение вязкости растворов полимеров предусмотрено пофазным контролем мно­гих технологических процессов.

Определение вязкости разбавленных растворов полимеров проводят в соответствии ГОСТ 18249—72. Приборы для опреде­ления вязкости, называют вискозиметрами. Принцип их дейст­вия основан на истечении столба исследуемой жидкости под дей­ствием силы тяжести. Наибольшее распространение в техниче­ском анализе получили капиллярные вискози­метры, например, марки ВПЖ-1, ВПЖ-2, ВПЖ-4. Капиллярный вискозиметр ВПЖ-4 (рис. 14) представляет собой стеклянную 1_Г-эбразную трубку, в колено 2 которой впаян капилляр 7, соединенный с шарообразным ре­зервуаром 4. Контрольные метки 5 и 6 служат для наблюдения времени истечения жидкости. Колено 1 и резервуар 8 служат для наполне­ния вискозиметра испытуемой жидкостью.

Динамическую вязкость вычисляют по формуле

где ∆p— разность давлений на концах капил­ляра; r — радиус капилляра; l — длина капил­ляра; V— объем жидкости, протекающей через капилляр; Ʈ — время истечения жидкости. Если жидкость вытекает из капилляра под действием собственной массы, то ∆p=gНр, гдеg— ускорение силы тяжести; Н — разность уровней жидкости в коленах при­бора. Тогда

где р — относительная плотность жидкости. Величины V, lи r, а также высота столба жидкости постоянны для каждого виско­зиметра. Отсюда

ВеличинаК— постоянная вискозиметра, ее значение указывают в паспорте, приложенном к вискозиметру.

Динамическую вязкость ƞ(Н·с/м²) разбавленных растворов полимеров рассчитывают по формуле

где K — постоянная вискозиметра; Ʈ — среднее время истечения раствора или растворителя; р — плотность раствора полимераили растворителя при температуре испытания, определяемая пикнометрическим методом.

Кинематическую вязкость раствора полимера v(м²/с) рассчи­тывают по формуле V = КƮ

Техника определения. Перед работой вискозиметр тщательно моют и сушат в сушильном шкафу. Для работы при­бор укрепляют вертикально в термостате, в котором находится вода с требуемой по стандарту температурой. Для измерения температуры термостата применяют термометр с ценой деления 0,1°С. Исследуемый раствор полимера (~10 мл) вводят пипет­кой в широкое колено вискозиметра 1 (см. рис. 14). После на­полнения выдерживают вискозиметр в термостате в течение 15 мин. Затем через резиновую трубку, надетую на колено 2, за­сасывают раствор полимера в шарик 3. После этого начинают спуск жидкости. Когда уровень жидкости в колене 2 пройдет мимо верхней метки 5, пускают в ход секундомер и следят за опусканием жидкости в колене от верхней до нижней метки 6. Секундомер останавливают в тот момент, когда жидкость прой­дет нижнюю метку, и замечают время истечения жидкости от верхней до нижней метки. Измерения повторяют не менее 3 раз (время истечения не должно отличаться более чем на 0,4 с) и находят среднее арифметическое.

Если нужно получить относительную вязкость х, определяют динамическую вязкость растворителяƞ₀ и раствораƞпри оди­наковых условиях (температура термостата, объем, взятый на испытание) и рассчитывают по формуле

4.3. ТЕМПЕРАТУРА ПЛАВЛЕНИЯ

Температурой плавления называют температуру, при которой вещество из твердого состояния переходит в жидкое. Чистое ве­щество имеет строго определенную температуру плавления. По­этому температура плавления характеризует степень чистоты продукта. На практике определяют температурный интервал плавления, т. е. интервал между началом плавления — появле­нием первой капли жидкости и концом плавления, когда все ве­щество превращается в жидкое состояние. Для чистого продукта температурный интервал составляет 1—3°. Примеси посторон­них веществ и присутствие влаги изменяют температуру плав­ления, расширяют температурный интервал. Поэтому перед оп­ределением температуры плавления вещество предварительно перекристаллизовывают и высушивают, затем измельчают в тон­кий порошок, так как мелкие частицы плавятся быстрее.

Техника определения (по ГОСТ 18995.4—73). В су­хую капиллярную трубочку длиной 40—60 мм и внутренним диаметром ~1 мм, запаянную с одного конца, помещают измель­ченное сухое вещество. Для этого зачерпывают его открытым концом капилляра, погруженным в вещество, и уплотняют мно­гократным опусканием капилляра через стеклянную трубку диа­метром 60—80 мм и длиной 1 м, поставленную вертикально на стеклянную пластинку. Уплот­нение повторяют до получения слоя вещества высотой 2—3 мм.

Капилляр 4 с веществом помещают в при­бор, изображенный на рис. 15. В круглодонную колбу 1 с длинным широким горлом диа­метром 30—40 мм и длиной 200 мм помеща­ют широкую пробирку 2 и лабораторный тер­мометр 3, вставленный в пробирку через проб­ку. Пробирку укрепляют с помощью пробки в колбе так, чтобы она отстояла от дна на 1 см. Колбу на ²/₃ объема ее шара заполняют гли­церином. Прибор с лабораторным термомет­ром нагревают над асбестовой сеткой на газо­вой горелке до температуры, на 20—30° ниже предполагаемой температуры плавления. На­гревание регулируют так, чтобы температура поднималась на 1—2°С в 1 мин. Когда темпе­ратура будет на 10° ниже ожидаемого нижне­го предела температурного интервала плавле­ния, лабораторный термометр быстро заменя­ют на термометр с ценой деления 0,5° с при­крепленным к нему заполненным капилляром. Капилляр прикрепляют резиновым колечком так, чтобы находящееся в капилляре вещество было расположе­но на уровне середины шарика ртути термометра. За 5° до ожи­даемого нижнего интервала плавления нагревание несколько ослабляют и в это время внимательно наблюдают за состояни­ем вещества.

Появление первой капли жидкости и образование мениска считают началом плавления. Конец плавления отмечают, когда исчезнут последние крупинки твердого вещества.

4.4. ТЕМПЕРАТУРА КРИСТАЛЛИЗАЦИИ

Температурой кристаллизации называют наиболее высокую температуру перехода вещества из жидкого состояния в твер­дое. Ее определяют, охлаждая расплавленное вещество. Хими­чески чистое вещество имеет определенную температуру крис­таллизации, а примеси ее понижают. Поэтому температура крис­таллизации может служить для оценки чистоты веществ, имеющих низкую температуру плавления или нахо­дящихся при комнатной температуре в жидком состоянии.

Техника определения. Для определе­ния температуры кристаллизации (ГОСТ 18995.5—73) в пределах 30—150°С применяют прибор Жукова (рис. 16), представляющий со­бой стеклянный плоскодонный сосуд с двойными стенками, между которыми создан вакуум, чем обусловлено замедленное охлаждение содержи­мого прибора.

Анализируемый продукт, расплав­ленный и нагретый на 10—20°С выше предпола­гаемой температуры кристаллизации, наливают на ³/₄ высоты в подогретый прибор Жукова. В от­верстие прибора вставляют термометр с ценой деления 0,1° укрепленный на плотно пригнан­ной пробке так, чтобы ртутный шарик находил­ся посередине слоя испытуемого продукта. При­бор с расплавленным продуктом оставляют мед­ленно остывать. Когда его температура будет на 3—4°С превышать предполагаемую температуру затвердевания продукта, содержимое прибора интенсивно встряхивают, чем вызывают быструю кристаллизацию вещества. В это время темпера­тура резко возрастает до максимального значе­ния и остается неизменной в течение некоторого времени, а затем под влиянием внешнего охлаж­дения начинает понижаться.

Температурой кристаллизации считают максимальную тем­пературу, которая остается неизменной в течение короткого вре­мени. Допустимое расхождение между двумя определениями для одного и того же образца не более 0,2°.

4.5. ТЕМПЕРАТУРА КАПЛЕПАДЕНИЯ

В отличие от кристаллических тел аморфные полимеры и смолы плавятся в некотором интервале температур. С повыше­нием температуры твердые смолы размягчаются, и установить точную границу перехода из нетекучего состояния в текучее труд­но. Поэтому в большинстве применяемых методов за темпера­туру плавления смол принимают температуру каплепадения, при которой капля полимера отделяется от равномерно нагре­той массы испытуемого вещества под действием собственного веса. Температуру каплепадения определяют в приборе Уббеллоде (рис. 17). Он состоит из стеклянного термостата 3, запол­ненного этиленгликолем и снабженного обратным холодильни­ком 2, термометра 1 с прикрепленным металлическим патроном

4 и металлической чашечки 5 с отвер­стием в нижней части.

Техника определения. Во внутреннюю часть термостата налива­ют этиленгликоль, уровень которого должен быть ниже дна внутренней пробирки на 10—15 мм. Термостат с обратным холодильником укрепляют на конусномэлектроподогревателе. Включают прибор и нагревают жид­кость в термостате при кипении не ме­нее 15 мин.

Испытуемую пробу смолы грубо из­мельчают и загружают в металличе­скую чашечку на ³/₄ ее объема. Чашеч­ку берут щипцами и осторожно, избе­гая перегрева или горения смолы, на­гревают. Смоле необходимо придать лишь пластичность, чтобы можно бы­ло термометр погрузить в смолу, при­крепив чашку к верхней части патро­на. Смолу, выступающую из отверстия в нижней части чашки, отрезают горя­чим ножом.

Наполненную смолой чашку с тер­мометром укрепляют в термостате. Смола быстро нагревается и, незадол­го до падения капли, показывается из нижнего отверстия чашки. Температу­ру, при которой капля расплавленной смолы проходит через отверстие в дне чашки и падает, считают температу­рой каплепадения. За результат при­нимают среднее арифметическое трех определений. Расхождения между оп­ределениями не должны превышать.

При разборке прибора чашку немного подогревают и осторож­но снимают с патрона термометра. Извлекают незатвердевшую смолу, отверстие прочищают латунным шилом, а чашку поме­щают в спирт или ацетон для полной очистки.

4.6. ТЕМПЕРАТУРА РАЗМЯГЧЕНИЯ СМОЛ

В некоторых случаях для синтетических смол, не имеющих резко выраженного перехода из твердого состояния в жидкое, определяют температуру размягчения (условное понятие). Наиболее распространены для опреде­ления температуры размягчения смол методы Кремера — Сарнова и «кольца и шара».

Определение температуры раз­мягчения по Кремеру — Сарнову. Слой смолы высотой в 5 мм, нахо­дящийся под давлением 5 г ртути, нагревают в стеклянной трубке и отмечают температуру, при которой ртуть прорывается через размягчив­шуюся смолу.

Прибор Кремера—Сарнова (рис. 18) состоит из двух стеклянных стаканов: наружного / диаметром 8 см и высотой 15 см и внутреннего 2 диаметром 6 см и вы­сотой 10 см. Внутренний стакан укрепляется при помощи специально­го диска 4 и имеет крышку с пятью отверстиями. В одно отверстие вставляют термометр 3, в осталь­ные — стеклянные трубки 5 внут­ренним диаметром 6 мм и высотой 5 мм, укрепленные при помощи кор­ковых пробок. В наружный стакан наливают слой глицерина высотой 5 см. Термометр укрепляют так, чтобы шарик ртути находился на уровне испытуемой смолы. Техника определения. Стеклянные трубки ставят на стеклянную пластинку, смоченную водой. В трубки наливают расплавленную смолу так, чтобы сверху образовался небольшой выступ, который после застывания срезают нагретым ножом. Наполненные смолой стеклянные трубки при помощи резиновой трубочки соединяют встык со стеклянными трубками такого же диаметра, но высотой 10 см. В большие трубки наливают по 5 г ртути и вставляют в аппарат так, чтобы смола в трубках нахо­дилась на одном уровне с ртутным шариком термометра. Пос­ле этого аппарат ставят на треножник и постепенно нагревают на асбестовой сетке, повышая температуру на 1—2° в 1 мин, до тех пор, пока ртуть под давлением собственной тяжести не прор­вется через слой размягченной смолы на дно стакана. В этот мо­мент отмечают показания термометра. Температуру, при кото­рой капля ртути падает на дно, считают температурой размяг­чения. Расхождение между двумя определениями не должно превышать 1 °С.

4.7. ТЕМПЕРАТУРА КИПЕНИЯ

Температурой кипения называют температуру, при которой упругость паров вещества становится равной атмосферному дав­лению, т. е. жидкость кипит при нормальном давлении 100 кПа (760 ммрт.ст.). Химически чистое вещество имеет определенную температуру кипения. Поэтому по температуре кипения судят о качественном и количественном составе вещества.

Рис. 19. Прибор для определения температуры кипения методом пе­регонки

Температу­ру кипения определяют микрометодом и методом перегонки, когда за начальную температуру кипения принимают температуру, при которой в приемник упала первая капля жидкости, за ко­нечную— температуру, при которой в приемник перешло 95% жидкости.

Работа 1. Определение температурных пределов перегон­ки (ГОСТ 18995.7—73). Определение проводят в приборе (рис. 19),-состоящем из круглодонной колбы 1 емкостью 100 мл с от­водной трубкой, отходящей от середины горла под углом 75° к его нижней части, термометра 2, приемника 4, в качестве кото­рого служит цилиндр емкостью 100 мл с делением в 1 мл, холо­дильника 3.

Для измерения температуры рекомендуется применять уко­роченный термометр с ценой деления 0,5°.

Техника определения. В колбу для перегонки с по­мощью цилиндра наливают 100 мл исследуемой жидкости так, чтобы жидкость не попадала на стенки колбы и особенно в от­водную трубку. Во избежание перегревания жидкости и задержки кипения в перегонную колбу опускают несколько запаянных с одного конца капилляров. В колбу вставляют термометр, ук­репленный в пробке таким образом, чтобы ртутный шарик на­ходился на уровне отводного отверстия трубки. Колбу укрепля­ют на штативе, к отводной трубке присоединяют холодильник, соединенный с чистым и сухим приемником. Подготовленный та­ким образом прибор нагревают на бане, температура которой должна быть примерно на 20° выше ожидаемой температуры ки­пения вещества.

Прибор с исследуемым веществом нагревают постепенно и ве­дут наблюдения за температурой и жидкостью. В момент начала кипения температура жидкости быстро поднимается и останавли­вается на некоторой определенной величине. Температуру, кото­рую показывает термометр при падении в приемник первой кап­ли жидкости, отмечают как начало кипения. Дальнейшее нагре­вание ведут так, чтобы отгонялось 3—4 мл жидкости в 1 мин. При перегонке необходимо все время наблюдать за показаниями термометра. Для чистых веществ температура перегонки 95% жидкости должна оставаться постоянной. Перегонку заканчива­ют, когда в приемник перегонится 95 мл исследуемой жидкости, и отмечают конечную температуру кипения.

Работа 2. Определение температуры кипения микромето­дом.Техника определения. В прибор помещают (рис. 15) тонкостенную стеклянную трубочку диаметром 3 мм и дли­ной ~80 мм, запаянную с одного конца, и прикрепляют ее ре­зинкой к термометру. В трубочку наливают несколько капель испытуемой жидкости и вставляют капилляр диаметром 1 мм, открытый снизу и имеющий перетяжку. Назначение капилля­ра— предохранить жидкость от перегревания, чему способст­вует небольшое количество воздуха, находящегося в нижней части капилляра.

Термометр с трубочкой помещают в прибор и нагревают. Незадолго до температуры кипения из капилляра начинают вы­деляться отдельные пузырьки воздуха, число которых быстро увеличивается; когда жидкость нагреется до температуры кипе­ния, появляется непрерывная цепочка маленьких пузырьков пара анализируемого вещества. В этот момент определяют показание термометра, которое соответствует температуре кипения жидко­сти.

4.8. ТЕМПЕРАТУРА ВСПЫШКИ И ВОСПЛАМЕНЕНИЯ

Температурой вспышки называют температуру, при которой пары вещества, нагреваемого в определенных условиях, обра­зуют с окружающим воздухом смесь, вспыхивающую при со­прикосновении с пламенем. Если вещество нагревать выше тем­пературы вспышки, то наступает момент, когда при поднесении пламени оно загорается. Температура, при которой вещество за­горается и горит не менее 5 с, называюттемпературой воспламе­нения.

Температура вспышки и температура воспламенения харак­теризуют степень огнеопасности вещества, содержание в нем легко испаряющихся веществ. Для определения температуры вспышки применяют приборы открытого и закрытого типов. Тем­пература вспышки одного и того же вещества в аппаратах от­крытого типа всегда несколько выше, чем в аппаратах закры­того типа. Это объясняется тем, что в последних испарение ве­щества происходит в сосуде и давление паров, необходимое для создания воспламеняющейся смеси с воздухом от поднесения пламени, достигается значительно раньше, чем в приборах от­крытого типа, в которых образующиеся пары свободно диффун­дируют в воздухе.

В ГОСТе обычно указан прибор, на котором следует опре­делять температуру вспышки.

Температура воспламенения определяется только в прибо­рах открытого типа, где доступ воздуха к поверхности достато­чен, чтобы обеспечить горение.

Наиболее распространенным аппаратом открытого типа яв­ляется прибор Бренкена, а закрытого — аппарат Мартенса — Пенского.

Работа 1. Определение температуры вспышки и темпера­туры воспламенения в аппаратах открытого типа (ГОСТ13921—68). Прибор Бренкена (рис. 20) состоит из железного тиг­ля 1 диаметром 63—65 мм, песчаной бани 3, термометра 2 дли­ной 300 мм, градуированного от 0 до 360°С с ценой деления 1°; зажигательной трубки 4, к которой подводится газ. Прибор име­ет шаблон для приливания определенного количества жидкости.

Техника определения. Тигель вымывают, сушат и ус­танавливают в песочную баню так, чтобы между его дном и дном бани оставался слой песка толщиной 5—8 мм, а верхний уровень песка на 10 мм не доходил до верхнего края тигля. Тер­мометр укрепляют в лапке штатива в строго вертикальном по­ложении. В тигель заливают исследуемое вещество, охлажден­ное до комнатной температуры. Прибор окружают кожухом и помещают в такое место, где нет заметного движения воздуха и свет несколько затемнен, чтобы вспышка была хорошо видна. Баню медленно подогревают. Когда температура бани будет на 10° ниже ожидаемой температуры вспышки, пламенем зажига­тельной трубки через каждые 2° обводят по краям тигля, де­лая два оборота по ходу и против часовой стрелки.

Длина пламени для зажигания должна быть 3—4 мм, а дли­тельность каждого испытания не более 2—3 с. За момент вспыш­ки принимают появление над веществом голубоватого, быстро исчезающего пламени, сопровождающегося легким хлопком (взрывом). Температура, соответствующая этому моменту, яв­ляется температурой вспышки.

Далее можно определять температуру воспламенения про­дукта. Для этого продукт продолжают нагревать и через каж­дые 2° пламенем зажига­тельной трубки проводят над поверхностью тигля. Замеча­ют температуру, при которой продукт воспламеняется и горит не менее 5 с,—это температура воспламенения про­дукта.

Работа 2. Определение температуры вспышки в аппара­тах закрытого типа.Прибор Мартенса — Пенского (рис- 21) состоит из медного резервуара 1 с плоским дном, внутренним диаметром 50 мм, высотой 55 мм, с кольцевой сеткой на внут­ренней стороне стенки (до нее наливают испытуемый про­дукт); крышки резервуара 2, имеющей тубус 8 (для термомет­ра 5); мешалки 4 на гибкой пружинной ручке; зажигательной лампочки 3, которая при повороте рукоятки 6 с механизмом 7 перемещается через отверстие в крышке в свободное от жидко­сти пространство резервуара; чугунной воздушной бани 10, окруженной металлической рубашкой 9, защищающей ее от потери тепла.

Техника определения. Перед определением в тща­тельно промытый и высушенный резервуар заливают исследуе­мый продукт до кольцевой метки, помещают в гнездо чугунной воздушной бани, закрывают его чистой, сухой крышкой и вставляют термометр. После этого прибор медленно нагрева­ют. Продукт изредка перемешивают вращением мешалки. При температуре на 10° ниже ожидаемой температуры вспышки через каждые 2° поворачивают . рукоятку 6 и зажигательная лампочка наклоняется в заполненное паром пространство ре­зервуара. Во время испытания перемешивание прекращают. Моментом вспышки считают появление синего пламени над всей поверхностью продукта. После получения первой вспышки испытание продолжают, повторяя зажигание в тех же услови­ях через 2°. Если при этом вспышки не произойдет, то испы­тание повторяют заново.

За температуру вспышки принимают показания термометра в момент первого появления синего пламени над поверхностью исследуемого вещества при двух параллельных определениях. В том случае, если испытанию подвергают неизвестный про­дукт, делают предварительное определение температуры вспыш­ки, после чего проводят повторное определение, как описано выше.

ГЛАВА 5

МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЛАГИ

Содержание влаги часто определяют в техническом анализе сырья, вспомогательных материалов, готовой продукции. Такое определение необходимо для правильного расчета содержания основного компонента анализируемого продукта.

Выбор метода определения зависит от свойств анализируе­мого вещества. В веществах, стойких к повышенной темпера­туре, влагу определяют высушиванием до постоянной массы. Метод Фишера позволяет быстро и точно определять любые количества воды в различных органических и неорганических соединениях. Метод Дина и Старка позволяет определять влагу в смолах и пресс-порошках, а также во многих органиче­ских соединениях. Этим методом пользуются при анализе веществ, содер­жащих более 10% воды.