Устройство и подготовка термометра Бекмана к измерению
Возможность определения тысячных долей градуса по шкале термометра Бекмана обусловлена малым диаметром капилляра и, вследствие этого, большой длиной участка, соответствующего 1° обычного термометра. Каждый такой градус поделен на десятые, а эти последние - на сотые доли градуса. Тысячные доли градуса отчитываются при помощи лупы.
Так как в криоскопичееких измерениях приходится иметь дело с разностями температур замерзания растворителя и раствора, а эти разности не велики, то нет необходимости иметь термометры Бекмана со шкалой больше 5-6°С.
Термометр Бекмана — ртутный термометр, и температура окружающей среды в нем определяется по объему определенного количества ртути при данной температуре. Но, в отличие от обычных термометров, в этом термометре можно менять количество ртути, необходимое для данного измерения.
В термометре Бекмана, помимо шарика и капилляра, имеющихся в обычных термометрах, имеется еще резервуар с запасом ртути, находящейся в изогнутом колене, припаянном к верхней части капилляра.
В зависимости от того, при каких температурах будет замерзать раствор, берут то или иное количество ртути, но всегда такое, чтобы при этой температуре мениск ртути находился в пределах шкалы измерения.
Таким образом, прежде чем находить понижение температуры замерзания раствора следует установить термометр на измеряемую температуру замерзания растворителя.
Нормальное состояние термометра Бекмана, т.е. состояние, пригодное для работы, характеризуется тем, что нижний резервуар (шарик) и капилляр должны полностью, без разрыва, быть заполненными ртутью и часть ртути, в виде небольшой капельки, должна выступать из капилляра у верхнего основания резервуара с запасной ртутью (рис. 27а).
Если в капилляре имеется разрыв, или ртуть не выступает из капилляра в верхнем резервуаре, то рукой или теплой водой, нагревая шарик, добиваются соединения ртути в месте разрыва и появления капельки в верхнем резервуаре.
Для установки термометра Бекмана на необходимую температуру проводят следующие операции:
1. в стакане емкостью 1-2 литра готовят жидкость с температурой на 2—3°С выше температуры замерзания растворителя. Для водных растворов эту жидкость готовят путем смешивания воды и льда, а температуру измеряют стандартным лабораторным термометром;
2. берут термометр Бекмана и, поворачивая его против часовой стрелки шариком вверх, стряхивают запасную ртуть, находящуюся в изогнутом колене, на выступившую из капилляра капельку. Таким приемом добиваются соединения всей ртути в один общий объем;
3. осторожно поворачивают термометр шариком вниз и помещают его в 1-2 литровый стакан с жидкостью, имеющей температуру на 2-3° выше температуры замерзания растворителя. В этой жидкости термометр Бекмана должен находиться до тех пор, пока ртуть шарика не примет температуру жидкости (около 3-5 мин.). За время нахождения термометра Бекмана в жидкости температура ее все время должна поддерживаться в пределах на 2-3° выше температуры замерзания растворителя. Если температура повышается или понижается и выходит за пределы установленного интервала, то необходимо в жидкость добавлять лед (для снижения температуры) или прибавлять воду комнатной температуры (для повышения температуры);
4. через 3-5 мин. термометр Бекмана берут в правую руку, быстро вынимают из жидкости и, удерживая термометр шариком книзу, запястьем правой руки ударяют о левую, чем достигается отрыв ртути от капилляра верхнего основания резервуара. Эта операция должна производиться быстро, иначе количество ртути в шарике и капилляре не будет соответствовать той температуре, которая поддерживалась при установке.
Отрыв ртути должен происходить от капилляра при его расширении, а оторвавшаяся ртуть должна находиться в изогнутом колене резервуара, не оставляя капелек на его стенках. Наличие таких капелек может привести к слиянию их с установленным количеством ртути при расширении ее в ходе дальнейших измерений.
Проверка термометра Бекмана на правильность установки. После отрыва ртути от капилляра термометр Бекмана вновь ставят в тот же стакан с жидкостью, и добавлением льда в воду (или размешиванием воды, если в ней достаточно льда) приводят жидкость к температуре замерзания растворителя. Температура замерзания жидкости измеряется также обычным термометром. По мере того, как температура жидкости понижается, ртуть в капилляре термометра Бекмана сжимается, мениск в капилляре движется к шарику и, проходя изогнутую бесшкальную часть капилляра, входит в шкалу. В тот момент, когда температура жидкости становится равной температуре замерзания растворителя мениск ртути в термометре Бекмана должен находиться в верхней части шкалы его в интервале от 3° до 4,5°. Термометр считается установленным правильно, если при температуре замерзания растворителя мениск ртути останавливается в верхней части шкалы термометра — в интервале 3- 4,5°.
В том случае, когда мениск ртути не доходит до шкалы и останавливается в верхней бесшкальной части капилляра — это означает, что температура жидкости, в которой устанавливался термометр, превышала менее чем на 2° температуру замерзания растворителя. Если же мениск ртути прошел шкалу и остановился где-то внизу за пределами шкалы, то это означает, что в этом случае была допущена противоположная ошибка: или температура установочной жидкости превышала больше чем на 3° температуру замерзания растворителя, или отрыв ртути в верхнем резервуаре был произведен не сразу после вынимания термометра из жидкости и ртуть вследствие этого успела несколько нагреться.
И в том, и другом случае работать с термометром нельзя и его необходимо вновь устанавливать так, как это было описано ранее.
Термометр Бекмана обычно вставлен в резиновую пробку с отверстием для мешалки. Пробка так подгоняется к пробирке, в которой будут производиться измерения, чтобы термометр не касался дна и стенок пробирки.
Описание прибора
Охлаждение жидкости производится в приборе (рис. 27б), состоящем из пробирки с отростком А, которая вставляется в деревянную пробку, закрывающую более широкую пробирку Б. Пробирка Б предохраняет пробирку А от механических повреждений и обеспечивает равномерное охлаждение жидкости благодаря воздушной прослойке между стенками этих пробирок.
Пробирка Б, в свою очередь, вставляется в металлическое кольцо, опирающееся на стенки большого сосуда (емкостью 5-7 л).
Для перемешивания охлаждающейся жидкости в пробирку А вставляется мешалка из нержавеющей стали.