2-1-2-1- گرانرومتر استوالد………………………………………………………………………………………………………………….. 9
2-1-2-2- روش استوک…………………………………………………………………………………………………………………………. 10
2-1-2-3-گرانرومتر شات گراته……………………………………………………………………………………………………………… 11
2-2- چگالی……………………………………………………………………………………………………………………………………………… 12
2-2-1- استفاده از پیکنومتر………………………………………………………………………………………………………………….. 13
2-2-2- چگالیسنج دیجیتالی آنتون پار………………………………………………………………………………………………… 14
2-3- ترمودینامیک محلولها……………………………………………………………………………………………………………………. 17
2-4- توابع اضافی…………………………………………………………………………………………………………………………………….. 18
2-5- نحوه محاسبه و اندازه گیری توابع ترمودینامیکی………………………………………………………………………… 21
2-5-1- حجم مولار اضافی……………………………………………………………………………………………………………………… 21
2-5-1-1-مدلهای حجم مولار اضافی و پارامترهای برهمکنش………………………………………………………….. 22
2-5-1-2- مدل پریگوگن-فلوری-پترسون…………………………………………………………………………………………….. 23
2-5-2- ضریب انبساط دمایی و دمایی اضافی همفشار………………………………………………………………………… 26
2-5-3- انحراف گرانروی 28
2-5-4- انرژی آزاد گیبس اضافی…………………………………………………………………………………………………………… 28
2-5-5- معادله چند جمله ای ردلیچ-کیستر………………………………………………………………………………………… 30
2-5-6- حجم مولی جزئی و مولی جزئی اضافی…………………………………………………………………………………… 31
فصل سوم: بخش تجربی…………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 34
3-1- مواد مصرفی…………………………………………………………………………………………………………………………………….. 34
3-2- وسایل و تجهیزات…………………………………………………………………………………………………………………………… 34
3-3- اندازه گیری چگالی مایعات……………………………………………………………………………………………………………. 35
3-4- تعیین حجم مولار اضافی ………………………………………………………………………………………………………. 41
3-5- معادله بررسی شده برای حجم مولار اضافی (پریگوگن-فلوری –پترسون ).. 45
3-6- تعیین ضریب انبساط دمایی اضافی………………………………………………………………………………………………. 46
3-7- اندازه گیری گرانروی………………………………………………………………………………………………………………………. 49
3-8- انحراف گرانروی………………………………………………………………………………………………………………………………. 51
3-9- انرژی آزاد گیبس اضافی فعالسازی G*E…………………………………………………………………………………….. 55
3-10- محاسبه حجمهای مولی جزیی و حجمهای مولی جزیی اضافی……………………………………………. 59
فصل چهارم : بحث و نتیجهگیری……………………………………………………………………………………………………………. 67
4-1- تغییرات حجم اضافی مخلوطها…………………………………………………………………………………………………… 67
4-2- بررسی تغییرات انحراف گرانروی (Δη) مخلوطها………………………………………………………………….. 71
4-3- بررسی تغییرات انرژی آزاد گیبس اضافی فعالسازی G*E…………………………………………………………. 76
-3- بررسی تغییرات ضریب انبساط پذیری دمایی همفشار………………………………………………………………….. 78
4-4- حجمهای مولی جزئی و حجمهای مولی جزئی اضافی مخلوطهای دو جزئی………………………….. 81
فصل پنجم: نتیجه گیری کلی…………………………………………………………………………………………………………………………………………………. 86
نتیجهگیری………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 86
پیشنهاداتی برای تحقیقات آتی………………………………………………………………………………………………………………… 88
مراجع ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 89
عنوان فهرست جداول صفحه
34
37
38
39
40
جدول 3-6- حجم مولار اضافی برای سیستم دوتایی سولفولان + کلروبنزن در دماهای مختلف….. 42
جدول 3-7- ضرایب ردلیچ کیستر و انحراف استاندارد برای سیستم دوتایی سولفولان + کلروبنزن 42
جدول 3-8- حجم مولار اضافی برای سیستم دوتایی سولفولان + بروموبنزن در دماهای مختلف 43
جدول 3-9- ضرایب ردلیچ کیستر و انحراف استاندارد برای سیستم دوتایی سولفولان + بروموبنزن 43
جدول 3-10- حجم مولار اضافی برای سیستم دوتایی سولفولان + نیتروبنزن در دماهای مختلف 44
جدول 3-11- ضرایب ردلیچ کیستر و انحراف استاندارد برای سیستم دوتایی سولفولان + نیتروبنزن 44
45
46
46
47
47
جدول 3-17- مقادیر ضریب انبساط دمایی اضافی برای سیستم دوتایی سولفولان + نیترووبنزن در دماهای مختلف …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 48
48
جدول 3-19- شمارههای کاپیلار جهت اندازه گیری گرانروی مایعات مختلف… … 50
جدول 3-20- گرانروی ترکیبات خالص در دمای 298.15 کلوین با توجه به مراجع ذکر شده 50
جدول 3-21- گرانروی مطلق و انحراف گرانروی برای سیستم دوتایی سولفولان + کلروبنزن.. .. 52
جدول 3-22- ضرایب ردلیچ کیستر و انحراف استاندارد برای سیستم دوتایی سولفولان + کلروبنزن.. .. 52
جدول 3-23- گرانروی مطلق و انحراف گرانروی برای سیستم دوتایی سولفولان + بروموبنزن.. .. 53
جدول 3-24- ضرایب ردلیچ کیستر و انحراف استاندارد برای سیستم دوتایی سولفولان + بروموبنزن 53
جدول 3-25- گرانروی مطلق و انحراف گرانروی برای سیستم دوتایی سولفولان + نیترووبنزن.. .. 54
جدول 3-26- ضرایب ردلیچ کیستر و انحراف استاندارد برای سیستم دوتایی سولفولان + نیترووبنزن 54
جدول 3-27- مقادیر برای سیستم دوتایی سولفولان + کلروبنزن در دماهای مختلف… … 56
جدول 3-28- ضرایب ردلیچ-کیستر و انحراف استاندارد برای سیستم دوتایی سولفولان + کلروبنزن 56
جدول 3-29- مقادیر برای سیستم دوتایی سولفولان + بروموبنزن در دماهای مختلف… … 57
جدول 3-30- ضرایب ردلیچ-کیستر و انحراف استاندارد برای سیستم دوتایی سولفولان + بروموبنزن 57
جدول 3-31- مقادیر برای سیستم دوتایی سولفولان + نیتروبنزن در دماهای مختلف… … 58
جدول 3-32- ضرایب ردلیچ-کیستر و انحراف استاندارد برای سیستم دوتایی سولفولان + نیترووبنزن 58
جدول 3-33- حجم مولی ترکیبات خالص در سه دما 60
جدول 3-34- حجم مولی جزیی و برای سیستم دوتایی سولفولان + کلروبنزن در دماهای مختلف 61
جدول 3-35- حجم مولی جزیی و برای سیستم دوتایی سولفولان + بروموبنزن در دماهای مختلف 62
جدول 3-36- حجم مولی جزیی و برای سیستم دوتایی سولفولان + نیتروبنزن در دماهای مختلف 63
جدول 3-37- حجم مولی جزیی اضافی و برای سیستم دوتایی سولفولان + کلروبنزن در دماهای مختلف 64
جدول 3-38- حجم مولی جزیی اضافی و برای سیستم دوتایی سولفولان+ بروموبنزن در دماهای مختلف 65
جدول 3-39- حجم مولی جزیی اضافی و برای سیستم دوتایی سولفولان + نیتروبنزن در دماهای مختلف 66
عنوان فهرست اشکال صفحه
شکل-2-1- سیالی که بین دوصفحه جریان دارد………………………………………………………………………………….. 7
شکل-2-2- گرانرومتر استوالد……………………………………………………………………………………………………………………. 9
شکل-2-3- دستگاه اندازه گیری گرانروی با روش استوک……………………………………………………………………… 10
شکل-2-4- ساختار گرانرومترشات گراته………………………………………………………………………………………………….. 11
شکل-2-5- پیکنومتر پر شده با مایع رنگی………………………………………………………………………………………………. 13
شکل-2-6- تصویر لوله Uشکل…………………………………………………………………………………………………………………. 15
شکل-2-7- ارتعاش نوسانگر……………………………………………………………………………………………………………………….. 16
شکل-2-8- تغییرات حجم محلول بر اثر افزایش یک مول حلشونده……………………………………………………. 32
شکل-3-1- دستگاه چگالی سنج آنتون پار………………………………………………………………………………………………. 35
نمودار 3-2- نمودار تغییرات چگالی سیستم دوتایی سولفولان + کلروبنزن در دماهای مختلف………….. 38
39
40
67
نمودار4-2- تغییرات حجم مولار اضافی برای سیستم دوتایی سولفولان+ بروموبنزن در دماهای مختلف 68
68
70
72
72
73
73
نمودار4-10- تغییرات انحراف گرانروی برای سیستم دوتایی سولفولان+ بروموبنزن در دماهای مختلف 74
74
نمودار4-12- تغییرات برای سیستم دوتایی سولفولان + کلروبنزن در دماهای مختلف….. 76
نمودار4-13- تغییرات برای سیستم دوتایی سولفولان+ بروموبنزن در دماهای مختلف….. 76
نمودار4-14- تغییرات برای سیستم دوتایی سولفولان + نیترو بنزن در دماهای مختلف….. 77
78
79
79
81
82
83
83
84
نمودار 4-23- تغییرات حجم مولی جزئی نیتروبنزن برای سیستم دوتایی سولفولان + نیتروبنزن در دماهای مختلف …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 84
85
85
فصل اول: مقدمه
مخلوطهای دوتایی
محلول به ترکیب همگن دو یا چند ماده گفته میشود منظور از ترکیب همگن این است که اجزای تشکیل دهنده مخلوط در یک فاز باشند و اجزاء آن قابل تفکیک از یکدیگر نیستند.. بهطور معمول مادهای که به مقدار بیشتری در مخلوط موجود باشد، حلال نامیده میشود. حلال میتواند گاز، مایع و یا جامد باشد. به مواد دیگری که در محلول موجود هستند (به غیر از حلال) حل شونده میگویند. حلال در هر فاز فیزیکی باشد، محلول هم در همان فاز خواهد بود. محلولها نقش بسیار مهمی در مطالعات علمی و تحقیقاتی دارند زیرا اکثر پدیدههای شیمیایی و بیوشیمیایی در فاز محلول انجام میگیرد. سیستم های دوتایی از نقطه نظرهای متعددی حائز اهمیت میباشند خواص شیمی فیزیکی مخلوط دوتایی از دو نقطه نظر نظری و عملی برای درک نظریه مایع اهمیت دارد ]1[. خواص ترمودینامیکی محلولهای مایع دوتایی اغلب براساس توابع اضافی همانند حجم مولار اضافی، آنتالپی اضافی و انرژی گیبس اضافی، مطرح میشوند، مطالعه این خواص ترمودینامیکی و درجه انحراف آن از حالت ایده آل در درک طبیعت بر همکنشهای بین مولکولی میان دو محلول و همچنین به عنوان یک روش کمی و کیفی برای استنباط اطلاعات مربوط به ساختار مولکولی و نیروهای بین مولکولی بسیار مفید است [3,2].
از میان این خواص ترمودینامیکی، خواصی مانند چگالی، گرانروی، ضریب شکست، وخواص حجمی مرتبط با آن بیشتر مورد بررسی قرار میگیرند زیرا این اطلاعات منعکس کننده رفتار واقعی حل شونده و میزان برهمکنش آن با حلال میباشد که از این دانش میتوان در عملیاتهای مهندسی مانند طراحی، کنترل و بهینهسازی فرایندهای شیمیایی استفاده نمود [4].
اطلاعات چگالی، گرانروی مایعات خالص و مخلوطها به منظور اهداف نظری و عملی حائز اهمیت میباشند و از نظر کمی و کیفی در مطالعه جنبههای ترمودینامیک – انتقال مرتبط با جریان مایع و گرما مفید میباشد [5].
سولفولان یک حلال آبگریز دو قطبی، با فرمول مولکولی C4H8SO2 دارای جرم مولکولی 17/120 گرم بر مول میباشد که به شکل مایع خالص بیرنگ است اما در صنعت اغلب در رنگ زرد روشن به علت برهمکنش با هوا می باشد که که بطور وسیع در صنعت نفت برای بازیافت ترکیبات آروماتیک و دیگر ترکیبات آلی با روش استخراج مایع[1] بکار میرود و همچنین در استخراج گاز برای خالصسازی و تصفیه بخار گاز طبیعی استفاده میشود و برای جزء جزء کردن اسید چرب به اجزای اشباع و غیر اشباع، به عنوان حلال واکنش برای تهیه پیریدین، ایزوسیانات، تهیه دارو و همچنین فرآیند پلیمریزاسیون کاربرد و اهمیت ویژهای دارد [7,6].
کلروبنزن، یک مولکول قطبی است و به عنوان یک ترکیب مهم در سینتیک شیمیایی، در فرایند دارویی و بیولوژیکی”ضد قارچ”، به عنوان ضدعفونی کننده و به طور گستردهای در تهیه حلالهای صنعتی بهکار میرود [9,8].
برومو بنزن مایعی زرد رنگ با بویی معطر که یک هالو بنزن است و به عنوان یک ماده اولیه در ساخت فن سیکلیدین استفاده میشود و همچنین به عنوان حلال صنعتی و یک افزودنی در روغنهای موتور بهکار میرود و همچنین در تولید دارو کاربرد دارد [10].
نیترو بنزن، یک حلال دو قطبی چند منظوره است که برای تحقیقات سینیتیکی و الکتروشیمیایی بهکار میرود که 95% آن در تهیه آنیلین مصرف میشود و همچنین در تهیه لاستیک ، آفتکشها، مواد منفجره، دارو و همچنین به عنوان یک عطر ارزان قیمت در تهیه صابون و موارد بسیار دیگر کاربرد دارد ]13,11[
مروری بر پژوهشهای انجام شده
کریشنا و همکارانش[2] در سال 2009 چگالی، گرانروی، مخلوط های دوتایی از سولفولان با آمین آلیفاتیک را در دمای15/308 درجه کلوین و در فشار اتمسفر اندازهگیری کردند و توابع اضافی مربوطه را محاسبه و علامت و بزرگی این کمیتها را در عبارتی از پیوند هیدروژنی و برهمکنشهای دو قطبی دو قطبی بین ترکیبات به بحث گذاشته و مشاهده کردند که حجم مولار اضافی، محلول دو تایی منفی میباشد که ناشی از برهمکنشهای دوقطبی دوقطبی قوی بین ترکیبات میباشد [6].
مطالعات انجام شده توسط پات واری[3] و همکارانش بر روی خواص ترمودینامیکی مخلوطهای دوتایی شامل اندازه گیری چگالی، گرانروی و سرعت صوت مخلوطهای دوتایی سولفولان با ایزومرهای استات (اتیل استات، n پروپیل استات و n بوتیل استات) در دماهای مختلف است در این تحقیق توابع اضافی مربوطه محاسبه و دادههای تجربی با معادله ردلیچ کیستر ارتباط داده شده و اثرات ساختاری از جمله تغییرات طول زنجیر در میزان برهمکنش بین مولکولی به بحث گذاشته شد ]14[.