摘要

在298.15 K 下, 用振動管密度計在全濃度范圍內測量了二甲亞砜分別與鄰二甲苯、 間二甲苯、 對二甲苯構成的3 個二元液體混合物的密度且計算出過量摩爾體積 VE;并用懸滴法測量了此3 個二元液體混合物的表面張力, 且計算了這3 個體系的表面張力偏差值。其中, 3 個二元混合物 VE和表面張力偏差值均為負值, 在極小值處。

通過測定二元體系的過量體積和表面張力數據可以了解分子間相互作用力的情況。本文測定了二甲亞砜分別與鄰二甲苯、 間二甲苯和對二甲苯3 個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的研究提供參考。之前曾報道了鄰二甲苯、間二甲苯、 對二甲苯 +醇類 (異丙醇、 叔丁醇、 乙醇)[ 1,2], 鄰二甲苯、 間二甲苯、 對二甲苯 +酮類(丙酮、二丁酮)[ 3], 鄰二甲苯、 間二甲苯、對二甲苯+醚類 (異丙醚、 叔丁基甲醚)[4]。

1 實驗部分

1.1 試劑

二甲亞砜:天津市大茂化學試劑廠, AR ;鄰二甲苯、間二甲苯和對二甲苯為CP , 經精密精餾柱精餾, 取中間餾分。經PE Auto system XL 氣相色譜分析, 二甲亞砜、 鄰二甲苯、間二甲苯和對二甲苯的 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 型振動管密度計測定;表面張力用Data Physics 公司的OCA20 接觸角表面張力儀測量。其結果與文獻值同列于表1 。

1.2 實驗方法

二元液體混合物的摩爾分數濃度用稱量法配制, 電子天平稱準至0.000 1 g 。二甲亞砜與鄰二甲苯、間二甲苯、 對二甲苯共3 個二元液體混合物在298.15 K 的過量體積用

Anton Paar DMA4500 型振動管密度計測定[8], 儀器內置恒溫精度為±0.01 K 。每次測定前用干燥空氣和二次蒸餾水對密度計進行校正, 精確至 1 ×10-5g·cm-3, 誤差為±5 ×10-5g·cm-3。空氣與水的密度測定值, 在298.15 K 時分別為 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量。該儀器配備 CCD 攝像頭和計算機圖像采集處理軟件, 專用恒溫裝置;采用懸滴法測量液體的表面張力, 測量精度為 ±0.05 mN ·m-1, 恒溫精度為±0.1 °C。其計算表面張力的公式如下:

σ=gΔρde2H-1(1)

式中, g 為重力加速度, Δρ為被測液體與環境的密度差, de 為液滴的最大直徑, H 是與儀器有關的校正因子。

2 結果和討論

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與摩爾分數 x 的數據, 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的摩爾分數, M1、 M2分別為組分1 和2 的摩爾質量, 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。標準偏差 SVE(cm3·mol-1)[ 13]

SVE=[∑(VEexp-VEcal)2(nexp -n)-1]1/2

(5)

式中, VEexp 是實驗值, VEcal 是由方程 (4)計算出來的擬合值, nexp是取點數目, n 是方程擬合系數的數目。各混合物的密度 ρ、 過量體積 VE的實驗值列于表2 , 擬合系數列于表3 ;表面張力 σ、 表面張力偏差 δσ的實驗值列于表 4 ;圖 1 、 2 分別為298.15 K 時各體系的 VE-x , δσ-x 的實驗值及擬合得到的光滑曲線。