فهرست مطالب                        

 

عنوان                                                                                                                                                                 صفحه

فصل اول: مقدمه…………………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 1

مخلوط­های دوتایی          1

فصل دوم: مبانی تئوری……………………………………………………………………………………………………………………………………………………. 5

2-1- گرانروی.. 5

2-1-1- واحدهای گرانروی……………………………………………………………………………………………………………………… 8

2-1-2-روش­های اندازه ­گیری گرانروی……………………………………………………………………………………………………………………………………… 9

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 نتیجه ­گیری……………………………………………………………………………………………………………. 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

 

چکیده

چگالی و گرانروی مخلوط های دوتایی سولفولان با کلرو بنزن، بروموبنزن و نیتروبنزن در محدوده کسر مولی (0-1) در دماهای 15/298، 15/303و 15/308 کلوین و در فشار جو اندازه گیری شد

از روی اطلاعات تجربی چگالی و گرانروی حجم مولار اضافی، ضریب انبساط دمایی اضافی، انحراف گرانروی و مقادیر انرژی آزاد گیبس فعال­سازی اضافی و همچنین مقادیر حجم های مولی جزئی نیز محاسبه گردید.

کمیت های ترمودینامیکی اضافی نام برده شده در بالا در معادله ردلیچ-کیستر قرار داده شد تا پارامترهای برهمکنش­های دوتایی تخمین زده شود. از نتایج تجربی حجم مولار اضافی توسط نظریه پریگوگن-فلوری-پترسون مقادیر حجم مولار اضافی پیش بینی و بهم ارتباط داده شدند

نتایج نشان داد که مقادیر حجم مولار اضافی برای همه محلول­های دوتایی منفی می باشد همچنین مقادیر گرانروی و انرژی آزاد گیبس فعال­سازی اضافی منفی بدست آمد . میزان و نوع برهمکنش­های بین حلال و حل شونده های مخلوط­های دوتایی نیز تفسیر گردید

واژه های کلیدی

مخلوط­های دوتایی، معادله ردلیچ -کیستر، خواص اضافی، نظریه پریگوگن-فلوری-پترسون، ضریب انبساط دمایی اضافی

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.. به­ طور معمول ماده­ای که به مقدار بیشتری در مخلوط موجود باشد، حلال نامیده می­ شود. حلال می ­تواند 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 جنبه­ های 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 می­ شود 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 فرایند 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 می­ شود 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 می­ شود 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 اندازه ­گیری کردند و توابع اضافی مربوطه را محاسبه و علامت و بزرگی این