Фазовые равновесия жидкость–пар и термодинамические свойства растворов бинарных систем этилбензол – н-алкилбензолы

Аннотация

Методы теоретического описания закономерностей изменения термодинамических свойств в зависимости от состава и стуктуры компонентов растворов являются приоритетным направлением развития теории растворов. Рассматриваемая статья посвящена установлению взаимосвязей «термодинамические свойства – состав растворов – структура компонентов». Изучение термодинамических свойств бинарных растворов, образованных общим растворителем (этилбензолом), и веществами гомологического ряда н-алкилбензолов способствует установлению
указанных выше взаимосвязей. При производстве этилбензола и его гомологов часто встречаются растворы, образованные н-алкилбензолами. Алкилбензолы широко используются в различных областях науки и химической технологии в качестве растворителей, экстрагентов, пластификаторов.
Эбулиометрическим методом при различных давлениях измерены температуры кипения растворов четырёх бинарных систем, образованных этилбензолом и н- алкилбензолами. По построенным изотермам давления насыщенного пара растворов рассчитаны составы равновесных паровых фаз бинарных систем. Расчёт составов паровых фаз растворов систем производили численным интегрированием на ЭВМ уравнения Дюгема - Маргулеса методом Рунге-Кутта. Полученные данные по равновесию жидкость-пар послужили основой для расчётов термодинамических функций растворов систем. Рассчитаны энергии Гиббса и Гельмгольца, энтальпии испарения
и смешения, внутренняя энергия и энтропия растворов. Расчёты термодинамических свойств растворов производились в сравнении, с использованием двух стандартов: идеального раствора и идеального газа.
Установлено, что значения энергии Гельмгольца линейно зависят от молярной массы вещества (числа групп –CH₂– в молекуле) в гомологическом ряду н-алкилбензолов. Возрастание значений энергии Гельмгольца для н-алкибензолов в гомологическом ряду связано с линейным увеличением мольных объемов жидких веществ и уменьшением давления насыщенного пара веществ по экспоненциальной зависимости. Для бинарных растворов постоянных мольных концентраций, образованных этилбензолом и н-алкилбензолами, энергия Гельмгольца линейно зависит от молярной массы (числа групп –CH₂– в молекуле) н-алкилбензола в гомологическом ряду.
Получено уравнение, позволяющее с высокой точностью прогнозировать термодинамические свойства растворов бинарных систем. Уравнение интенсифицирует процесс исследования фазовых равновесий жидкость-пар и термодинамических свойств растворов бинарных систем в 300 раз. Установленные закономерности подтверждают гипотезу об аддитивном вкладе функциональных групп в термодинамические свойства растворов. Эта гипотеза лежит в основе статистической теории групповых моделей растворов. Установленные в статье термодинамические закономерности могут быть использованы и при решении широкого круга технологических задач в химической промышленности.