1. DENEY
ERĐME NOKTASI VE KRĐSTALLĐ ORGANĐK BĐLEŞĐKLERĐN BELĐRLENMESĐ Genel Prensipler Birçok kristalli organik bileşik basit bir cihaz kullanılarak belirlenebilecek kadar düşük (50-3000 C) karakteristik birer erime noktasına sahiptir. Organik kimyagerler erime noktasını rutin olarak : a) Kristalli organic bileşiklerin saf olup olmadıklarının belirlenmesi ve b) Organik bileşiklerin tanımlanmaları için kullanırlar.
Saf kristalli bileşikler genellikle kesin ve net birer erime noktasına sahiptirler. Fakat, kesin ve net bir sıcaklık derecesi yerine bir erime sıcaklık aralığından bahsetmek daha yerinde olur. Erime Sıcaklık Aralığı, bir katının erimeye başladığı sıcaklık ile tamamen eridiği sıcaklık arasındaki genellikle derece santigrat cinsinden belirtilen aralık olarak tanımlanır. Genellikle, bu aralık saf bileşikler için 50C dan daha dardır. Bir bileşiğe az miktarda bile olsun karışmış safsızlıklar (eğer bileşikte çözünebiliyorlarsa ve onunla karışabiliyorlarsa) erime aralığının 50C dan daha fazla genişlemesine ve erime aralığının bileşiğin normal erime noktasından daha düşük sıcaklıklara inmesine neden olurlar. Yani, normalde 90-94°C aralığında eridiği bilinen saf bir bileşiğin, kendisi ile karışabilen az miktarda başka bir madde ile kirlendiğinde 87-93°C arasında erimesi mümkün olacaktır (Not: Verilen bu değerler sadece örnek teşkil etmek üzere verilmiş olup gerçek değerler değildirler. Genelde saf bileşikler farklı karakteristik erime aralıklarına sahiptirler). Bununla birlikte eğer bir bileşik 0.5-2 0C lik dar bir sıcaklık aralığında eriyorsa, bileşiğin oldukça saf olduğu kabul edilebilir. Bir bileşiğin erime noktası ( ya da erime aralığı), daha önce o bileşik için belirlenmiş ve referans olarak kabul edilen erime noktasından 4-5 °C a kadar farklı ölçülebilir. Bu farklılık genellikle ölçümü yapan kişinin gözlemleme yeteneğinden, ölçüm için kullanılan cihazın hassasiyet ve kalibrasyonundan kaynaklanmaktadır.
Bunlara rağmen erime noktası bir bileşiğin önemli karakteristik özelliklerinden biridir ve o bileşiğin tanımlanmasında yaygın olarak kullanılır. Örneğin, bilinmeyen X maddesinin tanımlanmış ve erime noktası bilinen A maddesi ile aynı olduğundan şüphe ediliyorsa, her iki maddenin erime noktası ölçülür. Ayrıca, bir miktar X maddesi A maddesi ile karıştırılır ve karışımın erime noktası da belirlenir. Eğer X ve A maddelerinin ölçülen erime sıcaklıkları birbirine yakınsa (en çok 5°C lık bir fark varsa ) ve A-X karışımıın erime aralığı saf A ve saf X
Fatih University
1
maddelerinin ölçülen erime sıcaklıklarına yakınsa (en çok 5°C lık bir fark varsa) ve karışımın erimesi en çok 5°C lık bir aralıkta gerçekleşiyorsa A ve X maddelerinin büyük olasılıkla aynı bilşikler olduğu kabul edilebilir. A ve X in aynı bileşikler olmaması durumunda ise, A-X karışımının erime noktasının saf A ve saf X maddelerinin erime noktalarından daha düşük bir sıcaklıkta olduğu ve 5°C dan daha geniş bir aralığa sahip olduğu gözlemlenecektir.
Özet olarak, eğer kristalin bir madde saf ise erime olayı dar bir sıcaklık aralığında gerçekleşir. Ayrıca, iki madde eğer birbirleriyle aynı iseler, karışımlarının erime aralığı sıcaklıkça her iki saf maddenin erime noktalarından: a)Daha düşük olamaz (5°C lik bir fark normal olarak kabul edilir) ve b) 5°C dan daha geniş bir aralığa sahip olamaz.
Genel Erime Noktası Tayin Tekniği Erime noktası tayin edilecek maddenin ince toz halindeki bir nümunesinden alınan az bir miktar madde, bir ucu kapatılmış ve ince çeperli bir kapiler tübün içine alınır. Bu ince kapiler tüp erime noktası tayin cihazının içine konur ve ısıtılır. Erimenin başladığı ve maddenin tamamının eridiği iki sıcaklık kaydedilir. Bu iki sıcaklık o maddenin erime aralığının iki ucunu belirler ve o maddenin karakteristik bir özelliğidir.
Ölçülen erime aralığına, maddenin saflığı dışında kristallerin büyüklüğü, ölçümde kullanılan madde miktarı, kapiler içindeki maddenin sıkıştırılma miktarı ve ısıtma hızı gibi faktörler etki eder. Cihazın metal bloğundan veya içindeki ısıtma yağından kapiler tube ısı aktarımı için kısa bir süre geçmesi gerekir. Ancak, eğer ısıtma işlemi çok hızlı gerçekleşiyorsa cihazın metal bloğunun veya ısıtma yağının sıcaklığı, erimekte olan maddenin sıcaklığından birkaç derece daha fazla olacaktır. Ölçülebilen ve kaydedilen sıcaklık cihazın metal bloğunun veya ısıtma yağının sıcaklığı olduğundan ölçülen erime noktası gerçek erime noktasından birkaç derece fazla olaracaktır. Bu nedenle erime noktası tayini sırasında cihazın ısıtma hızının sabit ve yeterince düşük olmalısına özen gösterilmelidir (1-2 0C/dakikalIk bir hız normaldir). Eğer maddenin erimesi beklenen sıcalık biliniyorsa (ve en az 60-70°C civarında ise), bu sıcaklığın 1015°C altına kadar ısıtma daha yüksek bir hızda gerçekleştirilir ve bu noktadan itibaren yukarıda belirtilen hıza düşürülür. Eğer erime sıcaklığı bilinmiyorsa, önce nisbeten daha hızlı bir ilk belirleme yapılması ve asıl erime noktası tayininin ikinci ve daha yavaş bir ölçümle yapılması tavsiye edilmektedir. Fatih University
2
Maddenin erime işlemi sırasındaki davranışları dikkatli bir şekilde gözlemlenmeli ve not edilmelidir. Erimenin aniliği veya yavaşlığı, maddedeki renk değişimleri ve bozulmalar erime aralığı ile birlikte not edilmelidir.
Bu deneyde erime noktaları birbirine yakın olan iki değişik saf katı bileşiğin erime noktalarını belirleyeceksiniz. Bundan sonar bu iki katı bileşiğin karışımını hazırlayıp bu karışımın erime sıcaklık aralığını bulacaksınız. Son olarak da, laboratuar asistanınızdan bilinmeyen bir madde alıp bu maddenin hangi bileşik olduğunu, maddenin saf erime noktasını ve başka bileşiklerle karışımlarının erime noktalarının tayini yoluyla belirleyeceksiniz. Laboratuarınızdaki erime noktası tayin cihazının doğru şekilde kullanılması için gerekli kullanma talimatı asistanlarınız tarafından size verilecektir.
Kimyasallar ve Cihazlar
Üre, sinnamik asit, benzoic asit, 2-naftol, benzoin, kapiler tüpler, erime noktası tayin cihazı, 50-70 cm boyunda ince cam boru.
A-Bazı Organik Bileşiklerin Erime Noktalarının Belirlenmesi
Prosedür
Kapiler tübün doldurulması şu şekilde yapılacaktır: Yaklaşık 30 mg kuru katı madde (örneğin üre) camdan yapılmış bir lam veya porselen bir tabak üzerinde temiz bir metal veya cam spatül kullanarak ince bir toz haline gelene kadar ezildikten sonar üçük bir topak halinde bir araya toplanır. Kapiler tüpün açık ucu, bu toz madde yığınından dik olarak geçecek şekilde lam veya porselen tabak yüzeyine bastırılırarak maddenin kapiler tüp içine alınması sağlanır. Bu işlem, yeterli madde toplanana kadar (kapiler içinde yaklaşık 2-3 mm lik bir madde miktarına ulaşana kadar) 2-3 kez tekrarlanabilir. Kapiler tüp kapalı ucu aşağıya gelecek şekilde çevrildikten sonra iki ucu açık olan 50-70 cm boyundaki cam tüp içinden geçirilerek sert bir yüzey üzerine bir kaç defa düşürülür. Böylelikle, kapiler içine alınan katı maddenin tüpün kapalı ucuna doğru transferi ve burada sıkıca istiflenmesi sağlanır. Bu işlem kapiler içindeki madde miktarı 1-2 mm olana kadar tekrarlanır ve kapiler tüp silinerek temizlenir.
Fatih University
3
Kapiler daha sonra laboratuar asistanınız tarafından size gösterilen şekilde erime noktası tayin cihazı içine yerleştirilir. Eğer maddenin erime noktası biliniyorsa, bu sıcaklığın 10-15°C altına kadar nisbeten hızlı şekilde ısıtılıktan sonra ısıtma hızı l-20C/dakika da sabitlenir ve erimenin başlangıç sıcaklığı ile maddenin tamamen eridiği sıcaklık kaydedilir. Ürenin erime sıcaklığı yaklaşık olarak 130°C dır. Rapo kağıdına üre için ölçeceğiniz erime noktasını ve erime sırasında gözlemleyeceğiniz maddedeki değişimleri kaydediniz.
Yine yukarıdaki metodu izleyerek trans-sinamik asidin erime noktasını bulunuz (transsinamik asidin erime noktası da yaklaşık 1300C dır). In a similar way, determine and record the melting point of a sample of trans-cinnamic acid. This compound also melts at approximately 1300C.
Safsızlığın erime noktası üzerindeki etkisini görmek için, yarı yarıya üre ve sinamik asitten oluşan bir karışımın ( her bir bileşikten yaklaşık 25 mg içeren) erime noktasını yine yukarıda belirtilen yolla ölçünüz. Zaman kaldığı takdirde, aynı prosedürü %25 üre-%75 sinamik asit ve % 75 üre- %25 sinamik asit karışımlarına da uygulayınız. (Alternatif olarak her öğrenciye veya öğrenci grubuna değişik oranlarda üre ve sinamik asit karışımları verilip bunların erime noktalarının tayini de istenebilir). Erime sıcaklık aralıklarını orta noktaları alınarak sonuçlarınızı bir tablo halinde gösteriniz.
B-Bilinmeyen Bir Bileşiğin Tanımlanması Hangi bileşik olduğu bilinmeyen bir maddenin tanımlanması gerektiğinde, daha yüksek bir ısıtma hızında (yaklaşık 5-10 °C / dakika ) bir ön ölçüm yapılması suretiyle zaman kazanılmalıdır. Daha sonra, erime noktası tayin cihazı bu ön ölçüm ile belirlenecek yaklaşık erime noktasının 15-20 °C altına kadar soğutulur. Yeni bir nümune alınarak bu kez erime noktası yaklaşık dakikada 1-2 °C lık bir ısıtma hızı uygulanarak daha kesin olarak belirlenir.
Fatih University
4
Prosedür Tablo 1.1 de yer alan bileşiklerin arasından seçilecek olan ve tanımlanması istenen bileşik nümunesini laboratuar asistanınızdan alınız. Đki kapiler tüp içine bu nümuneden bir miktar koyunuz. Birinci tüpü yukarıda belirtildiği gibi yaklaşık bir erime noktasının tayininde ikincisini de yine yukarıda belirtilen şeklilde dah kesin bir erime noktası tayininde kullanınız. Tablo 1.1 de verilen veriler ile nümuneniz için elde ettiğiniz verileri karşılaştırıp, nümunenizin bu tablodaki bileşiklerden hangileri olabileceğini kabaca tahmin ettikten sonra, size verilen nümunenin bir miktarını muhtemelen sizin bileşiğiniz olabileceğini tahmin ettiğiniz bu bileşiklerle karıştırıp (herbir maddeden yaklaşık 30 mg kullanarak) bu karışımların erime noktalarını belirleyiniz. Böylelikle size verilen maddenin Tablo 1.1 de yer alan bileşiklerden hangisi olduğunu bulunuz. Gerekirse ölçümlerinizi tekrarlayarak sonuçlardan emin olduktan sonra bütün gözlemlerinizi ve sonuçlarınızı açıklamalarıyla birlikte rapor kağıdına yazınız.
Tablo 1.1. Bazı Organik Bileşiklerin Erime Noktaları.
Bileşik
Erime Noktası, 0C
Benzoik Asit
121-122
2-Naftol
121-122
Benzoin
132-133
trans-Sinamik Asit
132-133
Üre
132-133
Sorular1. Erime Sıcaklığı Aralığı teriminin tanımını yapınız. 2. Erime noktası tayininin hangi amaçlarla rutin olarak yapıldığını belirtiniz. 3. Herbiri kristalin organik katı maddeler olan A,B, ve C maddlerininden birini içeren üç test tübünüz olduğunu varsayalım. Bu maddlerden herbiri saf haldeyken 140-142 0C da erirken , %50 A- % 50 B karışımı 122-130 0C de, %50 A- % 50 B karışımı 140-142 0C de eriyorsa, %50 B- % 50 C karışımı tahminen kaç derecede erir? A, B ve C bileşiklerinin tanımları hakkında ne söyleyebilirsiniz?
Fatih University
5
