4.4: Який шар є яким?

Last updated
Save as PDF

Page ID: 21320

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Щільність

Важливо, щоб ви знали, чи знаходиться водний шар вище або нижче органічного шару в сепараторній воронці, оскільки він диктує, який шар зберігається, а який врешті-решт викидається. Два незмішувані розчинники будуть укладатися один на одного на основі відмінностей в щільності. Розчин з меншою щільністю буде спиратися зверху, а більш щільний розчин буде спиратися на дно.

Більшість негалогенізованих органічних розчинників мають щільність менше 1 г/мл, тому буде плавати поверх водного розчину (якщо вони не змішуються). Помітним винятком є те, що галогенізовані розчинники щільніше води (мають щільність більше 1 г/мл), і тому замість цього будуть опускатися нижче водних розчинів (Таблиця 4.1 та рис. 4.8).

Два контейнери, що показують ефекти щільності. Ліва ємність: прозорий розчин з позначкою «діетиловий ефір» поверх водного розчину. Правий контейнер: водний розчин поверх прозорого розчину з позначкою «дихлорметан». — Малюнок 4.8: Відносне положення водного і органічного шарів. Більшість органічних розчинників, таких як діетиловий ефір, знаходяться зверху, за винятком галогенізованих розчинників, таких як дихолорометан, які, як правило, знаходяться внизу.

Таблиця 4.1: Щільність звичайних розчинників при кімнатній температурі.
Розчинник	Щільність (г/мл)
Пентан	0.626
Петролейний ефір (суміш вуглеводнів С5 - С6)	0.653
Гексани (суміш 6 вуглеводнів)	0.655
Діетиловий ефір	0,713
етилацетат	0.902
Вода	0,998
Дихлорометан (СН ₂ Cl ₂)	1.33
Хлороформ (ChCl ₃)	1.49

Багато розчини, що застосовуються в сепараторних воронках, досить розбавлені, тому щільність розчину приблизно така ж, як і щільність розчинника. Наприклад, при змішуванні діетилового ефіру і\(10\% \: \ce{NaOH} \left( aq \right)\) розчину в сепараторної воронці знання точної щільності\(10\% \: \ce{NaOH}\) розчину не потрібно. \(10\% \: \ce{NaOH} \left( aq \right)\)Розчин - це\(90\%\) вода (за масою), тобто щільність повинна бути досить близькою до щільності води (приблизно\(1 \: \text{g/mL}\)). Фактична щільність\(10\% \: \ce{NaOH} \left( aq \right)\) розчину становить\(1.1089 \: \text{g/mL}\), значення лише трохи більше щільності води. Верхнім шаром в цій ситуації буде діетиловий ефір.

Однак бувають випадки, коли так можуть розчинятися частинки розчиненої речовини, що щільність розчину набагато більша, ніж щільність розчинника. Наприклад, насичений\(\ce{NaCl} \left( aq \right)\) розчин має щільність навколо\(1.2 \: \text{g/mL}\) (значно більшу, ніж щільність води), і може спричинити проблеми з розділенням розчинників аналогічної щільності, як дихлорметан.

Як визначити водний шар

Щільність розчинників може бути використана для прогнозування того, який шар є органічним, а який є водним у сепараторній воронці, але є й інші методи, які можуть бути корисними при цьому визначенні. Якщо ви не впевнені, який шар є водним, а який шар є органічним, виконайте одну з наступних дій:

Додайте трохи води з пляшечки для бризок в сепараторну воронку (рис. 4.9а) і спостерігайте, куди йдуть краплі води.

Якщо верхній шар водний, краплі води повинні змішатися з верхнім шаром, і вони будуть виглядати так, ніби зникнуть. Якщо нижній шар водний, краплі води потраплять через верхній шар, щоб змішатися з нижнім шаром (як зазначено стрілкою на малюнку 4.9b+c). Якщо важко відстежити, куди йдуть краплі води, також стежте за обсягом шарів: який шар не збільшиться з додаванням води - це водний шар.

Послідовність зображень з позначкою A, B і C. A: крапельниця тримається над контейнером, що тримає зелену рідину. B: контейнер тепер має як зелену рідину, так і прозорий шар рідини над ним. Стрілка вказує на прозорий шар рідини. C: різний контейнер з помаранчевою рідиною і прозорим рідким шаром. — Малюнок 4.9: а) Додавання води з пляшечки з бризком для визначення того, який шар є водним, б) Вода, забарвлена зеленим харчовим барвником, опускається в воронку і опускається на нижній шар (водний), в) Вода, що падає на нижній шар, як зазначено стрілкою.

Розглянемо відносні обсяги водних і органічних розчинників, виходячи з величин, використаних в експерименті.

На малюнку 4.10а показана\(125 \: \text{mL}\) роздільна воронка, що містить\(10 \: \text{mL}\) гексан і\(100 \: \text{mL}\) воду (підфарбована синім барвником). Якби це були величини, використані в експерименті, водний шар повинен бути нижнім шаром, оскільки він набагато більший. Хоча в цьому випадку однозначно, важливо знати, що непарна форма роздільної воронки може змусити вас неправильно оцінювати обсяги. Розділювальна воронка з рівними обсягами водного і органічного шарів показана на малюнку 4.10б, хоча шари піднімаються на різну висоту в воронці.

Послідовність з маркуванням A і B. A: ємність з синьою рідиною і тонким шаром прозорої рідини над нею. B: ємність з темно-синьою рідиною і більш широким шаром прозорої рідини над нею. — Малюнок 4.10: а)\(10 \: \text{mL}\) органічний розчинник (гексани) з\(100 \: \text{mL}\) водою (пофарбована синім барвником) в\(125 \: \text{mL}\) сепараторній воронці, б)\(40 \: \text{mL}\) кожен з органічних розчинників (етилацетат), і вода (пофарбована синім барвником).

\(^1\)Розчинники, перераховані в таблиці 4.1, є чистими сполуками, за винятком петролейного ефіру та гексанів. «Петролейний ефір» містить пентан, 2-метилбутан, 2,2-диметилпропан, н-гексан, 2-метилпентан, 3-метилпентан, 2,2-диметилбутан і 2,3-диметилбутан. «Гексани» містять 2-метилпентан, 3-метилпентан, н-гексан, метилциклопентан.