УДК 54

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МОЛЕКУЛЯРНЫХ КОМПЛЕКСОВ GEF4 С МЕТИЛ-ФЕНИЛОВЫМ ЭФИРОМ

Хорошилов А.В.1, Федорова С.Н.1, Дудун Д.А.1
1Центр коллективного пользования имени Д.И. Менделеева

Аннотация
Определены значения плотности и вязкости жидкой фазы в системе газообразный тетрафторид германия – его молекулярный комплекс с метил-фениловым эфиром. Измерения выполнены в интервале температуры (273 – 313) К для плотности комплексного соединения и при (293 – 313) К для его вязкости. Показано, что плотность молекулярного комплекса в (1,6 – 1,2) раза выше плотности исходного метил-фенилового эфира, а вязкость комплекса GeF4 с МФЭ при температуре 293 К превосходит значение аналогичной величины для метил-фенилового эфира примерно в 12 раз. Приведены результаты обработки экспериментальных данных в виде уравнений регрессии.

Ключевые слова: влияние температуры, вязкость, комплексное соединение тетрафторида германия с метил-фениловым эфиром, плотность, тетрафторид германия


PHYSIC AND CHEMICAL PROPERTIES OF MOLECULAR COMPLEXES GEF4 WITH METHYL PHENYL ETHER

Horoshilov A.V.1, Fedorova S.N.1, Dudun D.A.1
1Center for collective using named after D.I. Mendeleev

Abstract
This paper is about physic and chemical properties of molecular complexes GeF4 with methyl phenyl ether.

Рубрика: 02.00.00 ХИМИЧЕСКИЕ НАУКИ

Библиографическая ссылка на статью:
Хорошилов А.В., Федорова С.Н., Дудун Д.А. Физико-химические свойства молекулярных комплексов GeF4 с метил-фениловым эфиром // Современные научные исследования и инновации. 2012. № 8 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2012/08/16554 (дата обращения: 29.09.2017).

Работа выполнена в ЦКП «Центр коллективного пользования имени Д.И. Менделеева» в рамках ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2013 годы», ГК № 16.552.11.7046.

Введение

Процедуре расчета установок для разделения изотопов физико-химическими методами и, в частности, методом химического изотопного обмена в системах газ-жидкость, предусматривает определение гидродинамических и массообменных характеристик используемых контактных устройств. Надежное определение значений указанных характеристик невозможно без знания таких физико-химических параметров используемой рабочей системы, как плотность, вязкость, удельный объем  жидкой фазы, а также их зависимости от температуры. Работа посвящена определению значений вышеуказанных параметров газо-жидкостной системы тетрафторид германия – комплексное соединение GeF4 c метил-фениловым эфиром (МФЭ).

Методика измерений

Для определения физико-химических свойств жидкой фазы системы GeF4(газ) - GeF4·МФЭ(ж) использованы предварительно приготовленные комплексные соединения тетрафторида германия с МФЭ в состоянии полного насыщения. Образование указанных молекулярных комплексов выполнено на установке для изучения фазового равновесия [4, 5] при атмосферном давлении и температуре примерно на пять градусов меньше температурных условий измерения плотности (ρж, к) и вязкости (ηж, к) комплекса GeF4·МФЭ(ж). Плотность комплексного соединения определена пикнометрическим методом с предварительным измерением плотности стандартной жидкости:

 (1)                                                                                                    (1)

 

где Mж – масса пикнометра с исследуемой жидкостью, г; Мст – масса пикнометра со стандартной жидкостью, г; М0 – масса пустого пикнометра, г; ρст – плотность стандартной жидкости при температуре измерений, г/см3. Особенность измерений состояла в заполнении пикнометра комплексом выше метки, термостатированием пикнометра при заданном значении температуры до прекращения изменения объема жидкой фазы и  удалении избытка жидкости. Взвешивание пикнометра выполнялось на электронных весах с дискретностью (1×10-2 - 1×10-3)  г (без учета поправки на плотность воздуха). Измерение вязкости выполнено с использованием стеклянного капиллярного вискозиметра [2, c. 7-10] по времени истечения жидкости известного объема через тонкий капилляр под воздействием силы тяжести (кинематическая вязкость ν, мм2/с, уравнение (2)) и расчетом динамической вязкости ηж, к, Па·с, по уравнению (3).

,                                                                                                   (2)

где kв – константа вискозиметра, мм22, определенная по дистиллированной воде; τ- время истечения жидкости, с.

,                                                                                                            (3)

где ρж, к – плотность комплекса при заданном значении температуры, г/см3. Определение плотности выполнено в интервале температуры (273 – 313) К, а вязкости при Т = (293 – 313) К. Точность поддержания температуры составляла для всех измерений  ΔТ = ± 1 К. В качестве стандартной жидкости использована дистиллированная вода (за исключением измерений при Т = 273 К, когда вместо воды применен ацетон). Следует указать, что для сопоставления результатов измерений, аналогичными способами определены плотность и вязкость исходного МФЭ. Результаты измерений их обработка и анализ Измеренные значения плотности молекулярного комплекса GeF4 с МФЭ приведены в таблице 1. При этом доверительный интервал значений плотности (Δρж, к)  найден в соответствии с законом накопления ошибок [1, с. 65-73].

Таблица 1. Плотность жидкой фазы системы GeF4(газ)  - GeF4·МФЭ(ж)  при  температуре (273 – 313) К

Т, К

М0, г

Mж, г

Мст, г

ρст,

г/см3

ж, к ± ∆ρж, к), г/см3

∆ρж, к,

% отн.

273

6,35

17,79

11,83

0,8130

1,70 ± 0,08

4,7

283

6,13

17,87

13,45

0,999701

1,60 ± 0,08

5,0

293

3,380

4,790

4,318

0,998205

1,50 ± 0,06

3,3

303

6,35

15,41

13,06

0,996900

1,35 ± 0,08

5,9

313

3,376

4,507

4,312

0,994900

1,202 ± 0,005

2,5

Как следует из таблицы 1, относительная погрешность измерения ρж, к менее 6 % отн., что следует считать удовлетворительным результатом при измерениях плотности жидкой фазы в подобных системах. Сами же значения σρж,к существенно отличаются от плотности исходного МФЭ (таблица 2).  Относительное изменение плотности ρж = ρж,кж,МФЭ в зависимости от температуры показано на рисунке 1 и, как следует из рисунка, в интервале T= (283 – 313) К превосходит плотность комплексообразователя в (1,6 – 1,2) раза соответственно, являясь следствием аналогичного изменения мольного отношения [5].

Таблица 2. Плотность исходного МФЭ при различной температуре

Температура Т, К

283

293

303

313

323

333

Плотность ρж,МФЭ, г/см3

1,00349

0,99405

0,98452

0,97498

0,96554

0,95614

Рисунок 1. Относительная плотность жидкости (ρж,к/ρж,МФЭ) и относительное изменение мольного отношения (r/r283) в зависимости от температуры

  Зависимость плотности молекулярного комплекса тетрафторида германия с МФЭ от температуры аппроксимирована прямой вида

ρж,к = (5,1 ± 0,7) – (12,5 ± 2,5)×10-3 Т,                                                               (4)

где  погрешность коэффициентов регрессии выражена значениями доверительного интервала [1, с. 175-206]. Измеренные значения вязкости жидкой фазы системы GeF4(газ)  - GeF4·МФЭ(ж)  представлены в таблице 3.

Таблица 3. Вязкость жидкой фазы системы GeF4(газ)  - GeF4·МФЭ(ж)  при температуре (293 – 313) К

Т, К

τср, с

v, мм2

ηж,к ± Δηж к, мПа×с

Δηж,к, % отн.

293

639

8,3012

12,5 ± 0,3

2,4

303

282

3,6868

4,9 ± 0,3

6,1

313

231

2,9904

3,6 ± 0,2

5,6

По сравнению с вязкостью исходного МФЭ (таблица 4) наблюдается значительное увеличение этой характеристики жидкости: при комнатной температуре Т = 293 К ηж,к > ηж,МФЭ почти в 12 раз. Таблица 4. Вязкость исходного МФЭ при различной температуре

Температура Т, К

273

286

293

303

313

Вязкость ηж,МФЭ, мПа×с

1,502

1,18

1,047

0,902

0,792

±Δηж,МФЭ, мПа×с

0,007

0,01

0,005

0,007

0,007

±Δηж,МФЭ, % отн.

0,5

0,8

0,5

0,8

0,9

Обработка измеренных значений вязкости жидкостей в виде зависимости Френкеля-Андраде [3, с.  224-232] (рисунок 2) приводит к следующему виду зависимостей с соответствующими коэффициентами корреляции (R):

ηж,МФЭ = 9,96×10-3 exp (1370,8/T),    R = 0,9993;                                    (5)

ηж,к     = 3,75×10-8 exp (5737,6/T),    R = 0,965.                                        (6)

Необходимо указать, что уравнение (6) описывает экспериментальные значения ηж,к с довольно высокой погрешностью: – 10 % отн. на границах температурного  интервала  и + 20 % отн. при Т= 303 К.

Рисунок 2. К обработке зависимости вязкости от температуры в виде уравнения Френкеля-Андраде.

Не следует исключать, что для более точного описания зависимости ηж,к = ηж,к (Т) необходим учет изменения мольного объема жидкой фазы в системе GeF4(газ)  - GeF4·МФЭ(ж).


Библиографический список
  1. Доерфель К. Статистика в аналитической химии / Пер. с нем. под ред. В.В. Налимова – М.: Мир, 1969. – 248 с.
  2. Молекулярная физика: Часть 2. Явления переноса. Практикум для вузов / В.И. Кукуев, В.В. Чернышев, И.А. Попова.  – Воронеж: Воронежский гос. ун-т, 2009. – 20 с.
  3. Френкель Я.И. Кинетическая теория жидкостей.  – Л.: Наука, 1975. – 592 с.
  4. Хорошилов А.В., Лизунов А.В., Чередниченко С.А. Разделение изотопов углерода карбаматным способом: свойства пар амин-растрворитель и коэффициент разделения в системе СО2 – карбамат ДЭА в толуоле // Химическая промышленность сегодня. – 2004. – № 5. – С. 30-41.
  5. Хорошилов А.В., Федорова С.Н., Дудун Д.А., Мошняга А.В. Образование комплексных соединений тетрафторида германия с органическими растворителями. // Исследования в области естественных наук. – Август, 2012. [Электронный ресурс]. URL: http://science.snauka.ru/2012/08/1002


Все статьи автора «Khoroshilov»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться: