بررسی برخی خواص ترمودینامیکی سیستم های دوتایی : پایان نامه ارشد شیمی فیزیک
سری جدیدی از پایان نامه های رشته شیمی در گرایش های مختلف آن را برای دانلود کاربران و دانشجویان دانشکده های علوم پایه قرار میدهیم . پایان نامه حاضر با عنوان بررسی برخی خواص ترمودینامیکی سیستم های دوتایی شامل سولفولان با کلروبنزن، برموبنزن و نیتروبنزن در دماهای مختلف در گرایش شیمی فیزیک با فرمت ورد (قابل ویرایش) معرفی میگردد.
چکیده تحقیق بررسی برخی خواص ترمودینامیکی سیستم های دوتایی :
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.
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 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 پدیده های 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 بهینه سازی 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 بکار میرود و همچنین در استخراج گاز برای خالص سازی 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 به کار 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 به کار میرود و همچنین در تولید دارو کاربرد دارد [10].
نیترو بنزن، یک حلال دو قطبی چند منظوره است که برای تحقیقات سینیتیکی و الکتروشیمیایی به کار میرود که 95% آن در تهیه آنیلین مصرف میشود و همچنین در تهیه لاستیک ، آفت کشها، 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 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 و همکارانش بر روی خواص ترمودینامیکی مخلوطهای دوتایی شامل اندازه گیری چگالی، گرانروی و سرعت صوت مخلوط های 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[.
بعلاوه مطالعات صورت گرفته شده توسط شوکلا و همکارانش بر روی خواص ترمودینامیکی مخلوط های دوتایی شامل اندازه گیری چگالی، گرانروی مخلوطهای دوتایی از متانول باکلروبنزن، برومو بنزن در دماهای مختلف که در آن توابع اضافی مربوطه محاسبه و برهمکنشهای بین مولکولی و اثرات ساختاری تشریح گردیدکه بر اساس آن این نتیجه حاصل شد مقادیر منفی حجم مولار اضافی مشاهده شده نشان دهنده برهمکنش دوقطبی دوقطبی قوی بین ترکیبات میباشد [15].
در پژوهشی دیگر چگالی، گرانروی مخلوطهای دوتایی 2- اکتانول با برومو بنزن و کلرو بنزن در دماهای مختلف توسط باهاتیا و همکارانش اندازه گیری شده است و توابع اضافی مربوطه تعیین و این نتیجه حاصل شد که مقادیر مثبت حجم مولار اضافی ناشی از برهمکنش بین مولکولی ضعیف بین 2 -اکتانول و ترکیبات آروماتیک میباشد [16].
سه عامل اصلی برای بررسی برهمکنشهای بین مولکولی توسط خواص ترمودینامیکی اضافی مخلوطها به شرح زیر است:
- برهمکنش فیزیکی: شامل نیروهای پراکندگی و برهمکنش ضعیف واندروالسی و نامساعد بین مولکولهای غیر مشابه
- برهمکنش شیمیایی: شامل پیوندهای شیمیایی مثل انتقال الکترون و تشکیل پیوندهای هیدروژنی و برهمکنش خاص دو قطبی-دوقطبی
- ساختاری: ناشی از اتصالات هندسی یک جزء به جزء دیگر که به علت تغییرات درون شبکهای ایجاد میشود
در تحقیق انجام شده، ابتدا مقادیر چگالی و گرانروی مخلوطهای دوتایی سولفولان با کلروبنزن، بروموبنزن و نیتروبنزن در دماهای 15/298، 15/303و 15/308 کلوین اندازهگیری شد سپس با استفاده از مقادیر تجربی چگالی و گرانروی هر یک از ترکیبات خالص و مخلوطهایشان در کسرهای مولی مختلف از سولفولان مقادیر حجم مولار اضافی، انحراف گرانروی، حجمهای مولی جزئی، ضریب انبساط پذیری هم فشار و همچنین انرژی آزاد گیبس فعالسازی محاسبه گردید. همه دادههای مربوط به توابع اضافی توسط معادله ردلیچ-کیستر تصحیح و به هم مرتبط گردیدند. همچنین با استفاده از مقادیر تجربی حجم مولار اضافی توسط نظریه پریگوگن-فلوری-پترسون حجم مولار اضافی پیش بینی شد. سپس با کمک این توابع و رسم منحنیهای مربوط به آنها بر حسب کسر مولی سولفولان، به مطالعه نوع برهمکنشهای بین مولکولی پرداخته شد. همچنین اثرات دما، ترکیب درصد مواد بر روی خواص ترمودینامیکی مخلوطهای دوتایی سولفولان با حل شوندهها بررسی شد.
فهرست مطالب تحقیق بررسی برخی خواص ترمودینامیکی سیستم های دوتایی :
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 اندازهگیری 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 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
نتيجه‌گيري 86
پيشنهاداتي براي تحقيقات آتي 88
مراجع 89
فهرست جداول
جدول3-1- مواد مصرف شده ، نام شرکت و درجه خلوص 34
جدول 3-2- چگالی ترکیبات خالص در دمای 298.15 با توجه به مراجع ذکر شده 37
جدول 3-3- چگالی سیستم دوتایی سولفولان + کلروبنزن در کسر مولی های مختلف 38
جدول3-4- چگالی سیستم دوتایی سولفولان + بروموبنزن در کسر مولی های مختلف 39
جدول 3-5- چگالی سیستم دوتایی سولفولان + نیتروبنزن در کسر مولی های مختلف 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
جدول 3-12- مقادیر حجم مولار اضافی،انحراف استاندارد و پارامتر برهمکنش برای سیستمهای دوتایی توسط تئوری پریگوگن-فلوری- پترسون در دماهای مختلف 45
جدول 3-13- مقادیر ضریب انبساط دمایی اضافی برای سیستم دوتایی سولفولان + کلروبنزن در دماهای مختلف 46
جدول 3-14- ضرایب ردلیچ کیستر و انحراف استاندارد ضریب انبساط دمایی اضافی برای سیستم دوتایی سولفولان + کلروبنزن 46
جدول 3-15- مقادیر ضرایب انبساط دمایی اضافی برای سیستم دوتایی سولفولان + بروموبنزن در دماهای مختلف 47
جدول 3-16- ضرایب ردلیچ کیستر و انحراف استاندارد ضریب انبساط دمایی اضافی برای سیستم دوتایی سولفولان + بروموبنزن 47
جدول 3-17- مقادیر ضریب انبساط دمایی اضافی برای سیستم دوتایی سولفولان + نیترووبنزن در دماهای مختلف 48
جدول 3-18- ضرایب ردلیچ کیستر و انحراف استاندارد ضریب انبساط دمایی اضافی برای سیستم دوتایی سولفولان + + نیتروبنزن 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
فهرست اشکال
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
نمودار 3-3- تغییرات چگالی سیستم دوتایی سولفولان+ بروموبنزن در دماهای مختلف 39
نمودار 3-4- تغییرات چگالی سیستم دوتایی سولفولان + نیترو بنزن در دماهای مختلف 40
نمودار4-1- تغییرات حجم مولار اضافی برای سیستم دوتایی سولفولان + کلروبنزن در دماهای مختلف 67
نمودار4-2- تغییرات حجم مولار اضافی برای سیستم دوتایی سولفولان+ بروموبنزن در دماهای مختلف 68
نمودار4-3- تغییرات حجم مولار اضافی برای سیستم دوتایی سولفولان + نیترو بنزن در دماهای مختلف 68
نمودار4-5- تغییرات حجم مولار اضافی برای سیستم دوتایی سولفولان با حلشونده ها در 15/298 کلوین 70
نمودار4-6- تغییرات گرانروی برای سیستم دوتایی سولفولان + کلروبنزن در دماهای مختلف 72
نمودار4-7- تغییرات گرانروی برای سیستم دوتایی سولفولان+ بروموبنزن در دماهای مختلف 72
نمودار4-8- تغییرات گرانروی برای سیستم دوتایی سولفولان + نیترو بنزن در دماهای مختلف 73
نمودار4-9- تغییرات انحراف گرانروی برای سیستم دوتایی سولفولان + کلروبنزن در دماهای مختلف 73
نمودار4-10- تغییرات انحراف گرانروی برای سیستم دوتایی سولفولان+ بروموبنزن در دماهای مختلف 74
نمودار4-11- تغییرات انحراف گرانروی برای سیستم دوتایی سولفولان + نیترو بنزن در دماهای مختلف 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
نمودار4-15- تغییرات ضرایب انبساط دمایی و ضریب انبساط دمایی اضافی برای سیستم دوتایی سولفولان + کلروبنزن در دماهای مختلف 78
نمودار 4-16- تغییرات ضرایب انبساط دمایی و ضریب انبساط دمایی اضافی برای سیستم دوتایی سولفولان+ بروموبنزن در دماهای مختلف 79
نمودار 4-17- تغییرات ضرایب انبساط دمایی و ضریب انبساط دمایی اضافی برای سیستم دوتایی سولفولان + نیترو بنزن در دماهای مختلف 79
نمودار 4-18- تغییرات حجم مولی جزئی سولفولان برای سیستم دوتایی سولفولان + کلروبنزن در دماهای مختلف 81
نمودار 4-19- تغییرات حجم مولی جزئی کلروبنزن برای سیستم دوتایی سولفولان + کلروبنزن در دماهای مختلف 82
نمودار 4-20- تغییرات حجم مولی جزئی سولفولان برای سیستم دوتایی سولفولان + بروموبنزن در دماهای مختلف 83
نمودار 4-21- تغییرات حجم مولی جزئی بروموبنزن برای سیستم دوتایی سولفولان + بروموبنزن در دماهای مختلف 83
نمودار 4-22- تغییرات حجم مولی جزئی سولفولان برای سیستم دوتایی سولفولان + نیتروبنزن در دماهای مختلف 84
نمودار 4-23- تغییرات حجم مولی جزئی نیتروبنزن برای سیستم دوتایی سولفولان + نیتروبنزن در دماهای مختلف 84
نمودار 4-24- تغییرات حجم مولی جزئی اضافی جزء اول برای سیستمهای دوتایی در 15/298 درجه کلوین 85
نمودار 4-25- تغییرات حجم مولی جزئی اضافی جزء دوم برای سیستمهای دوتایی در 15/298 درجه کلوین 85
راهنمای خرید و دانلود فایل
برای پرداخت، از کلیه کارتهای عضو شتاب میتوانید استفاده نمائید.
بعد از پرداخت آنلاین لینک دانلود فعال و نمایش داده میشود ، همچنین یک نسخه از فایل همان لحظه به ایمیل شما ارسال میگردد.
در صورت بروز هر مشکلی،میتوانید از طریق تماس با ما پیغام بگذارید و یا در تلگرام با ما در تماس باشید، تا مشکل مورد بررسی قرار گیرد. دیجی لود متعهد میشود که هر طور شده فایل خریداری شده ، به دست شما خواهد رسید.
برای دانلود فابل روی دکمه خرید و دانلود کلیک نمایید.
ديدگاه ها