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二甲亞砜與二甲苯異構(gòu)體混合物的體積收縮與表面張力降低效應(yīng)（一）
來源：中山大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)(中英文) 瀏覽 506 次 發(fā)布時(shí)間:2025-12-05
摘要
在298.15 K 下, 用振動(dòng)管密度計(jì)在全濃度范圍內(nèi)測(cè)量了二甲亞砜分別與鄰二甲苯、 間二甲苯、 對(duì)二甲苯構(gòu)成的3 個(gè)二元液體混合物的密度且計(jì)算出過量摩爾體積 VE;并用懸滴法測(cè)量了此3 個(gè)二元液體混合物的表面張力, 且計(jì)算了這3 個(gè)體系的表面張力偏差值。其中, 3 個(gè)二元混合物 VE和表面張力偏差值均為負(fù)值, 在極小值處。
通過測(cè)定二元體系的過量體積和表面張力數(shù)據(jù)可以了解分子間相互作用力的情況。本文測(cè)定了二甲亞砜分別與鄰二甲苯、 間二甲苯和對(duì)二甲苯3 個(gè)二元混合物的過量體積與表面張力, 探討它們之間作用力的差異性, 由此可為高效分離混合二甲苯技術(shù)的研究提供參考。之前曾報(bào)道了鄰二甲苯、間二甲苯、 對(duì)二甲苯 +醇類 (異丙醇、 叔丁醇、 乙醇)[ 1,2], 鄰二甲苯、 間二甲苯、 對(duì)二甲苯 +酮類(丙酮、二丁酮)[ 3], 鄰二甲苯、 間二甲苯、對(duì)二甲苯+醚類 (異丙醚、 叔丁基甲醚)[4]。
1 實(shí)驗(yàn)部分
1.1 試劑
二甲亞砜:天津市大茂化學(xué)試劑廠, AR ;鄰二甲苯、間二甲苯和對(duì)二甲苯為CP , 經(jīng)精密精餾柱精餾, 取中間餾分。經(jīng)PE Auto system XL 氣相色譜分析, 二甲亞砜、 鄰二甲苯、間二甲苯和對(duì)二甲苯的 純 度 (w )分 別 為 99.80 %、 99.99 %、99.85 %、 99.52 %。所有試劑均用0.4 nm 分子篩干燥脫水并存放于干燥器中備用。各試劑在298.15 K的密度用 Anton Paar DMA4500 型振動(dòng)管密度計(jì)測(cè)定;表面張力用Data Physics 公司的OCA20 接觸角表面張力儀測(cè)量。其結(jié)果與文獻(xiàn)值同列于表1 。
1.2 實(shí)驗(yàn)方法
二元液體混合物的摩爾分?jǐn)?shù)濃度用稱量法配制, 電子天平稱準(zhǔn)至0.000 1 g 。二甲亞砜與鄰二甲苯、間二甲苯、 對(duì)二甲苯共3 個(gè)二元液體混合物在298.15 K 的過量體積用
Anton Paar DMA4500 型振動(dòng)管密度計(jì)測(cè)定[8], 儀器內(nèi)置恒溫精度為±0.01 K 。每次測(cè)定前用干燥空氣和二次蒸餾水對(duì)密度計(jì)進(jìn)行校正, 精確至 1 ×10-5g·cm-3, 誤差為±5 ×10-5g·cm-3。空氣與水的密度測(cè)定值, 在298.15 K 時(shí)分別為 0.001 19 g·cm-3(0.001 184 3 g·cm-3 [9]), 0.997 05 g·cm-3(0.997 044g·cm-3 [ 9])。表面張力用Data Physics 公司的OCA20 接觸角表面張力儀測(cè)量。該儀器配備 CCD 攝像頭和計(jì)算機(jī)圖像采集處理軟件, 專用恒溫裝置;采用懸滴法測(cè)量液體的表面張力, 測(cè)量精度為 ±0.05 mN ·m-1, 恒溫精度為±0.1 °C。其計(jì)算表面張力的公式如下:
σ=gΔρde2H-1(1)
式中, g 為重力加速度, Δρ為被測(cè)液體與環(huán)境的密度差, de 為液滴的最大直徑, H 是與儀器有關(guān)的校正因子。
2 結(jié)果和討論
二元液體混合物的過量摩爾體積 VE (cm3·mol-1)[ 11]
VE=(x1M1+x2M2)ρ-1-x1M1ρ1-1-x2M2ρ2-1
(2)
表面張力偏差值 δσ (mN·m-1)[11]
δσ=σ-x1 σ1 -x2 σ2
(3)
VE與摩爾分?jǐn)?shù) x 的數(shù)據(jù), 用Redlich_Kister 方程擬合[12]
VE=x(1 -x)∑i=0kAi (2x -1)i
(4)
式 (2)、 (3)、 (4)中, x1、 x2分別為組分1 和2的摩爾分?jǐn)?shù), M1、 M2分別為組分1 和2 的摩爾質(zhì)量, ρ1、 ρ2為純組分1 和2 的密度, ρ為溶液的密度, Ai為方程 (4)的擬合系數(shù)。標(biāo)準(zhǔn)偏差 SVE(cm3·mol-1)[ 13]
SVE=[∑(VEexp-VEcal)2(nexp -n)-1]1/2
(5)
式中, VEexp 是實(shí)驗(yàn)值, VEcal 是由方程 (4)計(jì)算出來的擬合值, nexp是取點(diǎn)數(shù)目, n 是方程擬合系數(shù)的數(shù)目。各混合物的密度 ρ、 過量體積 VE的實(shí)驗(yàn)值列于表2 , 擬合系數(shù)列于表3 ;表面張力 σ、 表面張力偏差 δσ的實(shí)驗(yàn)值列于表 4 ;圖 1 、 2 分別為298.15 K 時(shí)各體系的 VE-x , δσ-x 的實(shí)驗(yàn)值及擬合得到的光滑曲線。