Взаимная растворимость двойной системы вода--н-бутиловый спирт

Взаимная  растворимость компонентов двойной  системы 

Вода - н-Бутиловый спирт

Ильин К.К., Севрюгин А.В.

Визуально-политермическим  методом в интервале  -10-125^оС исследованы фазовые равновесия и критические явления в двойной системе вода – н-бутиловый спирт, где двойная жидкостная система характеризуется с расслаиванием с верхней критической растворения (ВКТР),  которая составила 124.4^оС.  Координаты верхней критической точки определяли по методу отношения объемов жидких фаз. На основании полученных данных была построена фазовая диаграмма системы вода–н-бутиловый спирт.

В настоящее  время н-бутиловый спирт находит широкое применение в химической практике в качестве: растворителя в лакокрасочной промышленности; модификатора мочевино- и меламино-формальдегидных смол; исходное вещество при производстве пластификаторов (фталатов, себацинатов и пр.); сырье для синтеза бутилацетата, бутилакрилата и эфиров с гликолями; топливо в автомобильных двигателях; компонент гидравлических и тормозных жидкостей. Поэтому актуальным является определение растворимости  н-бутилового спирта в различных растворителях, в частности, в воде при различных условиях.

Растворимость компонентов двойной системы  вода – н-бутиловый спирт исследована в работах [1-3]. В работе [1] авторы впервые установили, что диаграмма растворимости этой системы характеризуется наличием бинодальной кривой с ВКТР. Приведенные в работе [1] максимальная температура существования двухжидкофазного состояния равна 125.15^оС, отвечающий содержанию 32.82 мас.% спирта. В работе [2] определенна взаимная растворимость компонентов двойной системы и изучено влияние солей на взаимную растворимость компонентов. Ими установлено, что при температуре 124.40 ^оС  система становиться гомогенной. В работе [3] была построена бинодал ьная кривая. Авторами изучалось влияние соли на растворимость в двойной системе. Отметим, что в работах [1-3] не было определенно нонвариантное монотектическое равновесие двух жидких фаз.

Целью работы было являлось политермическое изучение взаимной растворимости двойной системы вода – н-бутиловый спирт, и экспериментальное  определения координат критических точек в этой двойной системе.

Препарат н-бутилового спирта квалификации «ч.д.а» (Ангарский завод хим. реактивов) предварительно очищали: осушали над сульфатом магния в течении недели при периодическом встряхивании, далее отделяли декантацией, перегоняли на установке с елочным дефлегматором высотой 0.3 м и отбирали фракцию, кипящую при 117.5^оС. Содержание основного вещества определяли на газовом хромато-масс-спектрометре (Finnigan, модель Trace DSQ) оно составило 99.7% . Физико-химические свойства очищенного н-бутилового спирта хорошо согласуются в пределах погрешности с литературными данными (таблица 1).

Воду получали на бидистилляторе DEM-20 “MERA-POLNA”(n_d²⁰ =1.3330).

Политермическое исследование фазовых равновесий в двойной системе вода - н-бутиловый спирт проводили визуально - политермическим методом [5]. Смеси двух компонентов определенного состава готовили взвешиванием на аналитических весах в ампулах из термостойкого стекла объемом 6 мл. Ампулы со смесями запаивали и поочередно помешали в термостатируемый химический стакан объемом 1000 мл. В качестве теплоносителя в интервале температур -10-5^оС  применяли креостат «Криовист 05», в интервале 5-80^оС применяли бидистиллированную воду, а при более высоких температурах – глицериновой баней. Температуры фазовых переходов определяли путем последовательного нагревания и охлаждения  смесей при переодическом встряхивании ампулы, отмечая визуально образование или исчезновения жидкой фазы. Каждое значение температуры фазового перехода являлось средним результатом нескольких повторных измерений и характеризовалось погрешностью ±0.1^оС. Признаком установления равновесия в гетерогенной смеси была воспроизводимость результатов измерения температуры фазового перехода.

Составы растворов, соответствующие критическим точкам растворимости, определяли методом  отношения объемов фаз [6]. Подбирали смесь компонентов, характеризующуюся критической опалесценцией и равенством объемов жидких фаз вблизи (±0.1^оС) температуры фазового перехода. Растворы с критической опалесценцией исследовали в градуированных ампулах; погрешность измерения объемов фаз составляла около 5%.

Диаграмма двойной  системы вода-н-бутиловый спирт представлена на рисунке.

При -2,4^оС в смесях компонентов системы осуществляется нонвариантное монотектическое равновесие двух жидких фаз: органической l₁ и водной l₂ и кристаллов льда S. Этому равновесию отвечает фазовая реакция al₂  D  bl₁ + cS . С повышением температуры это нонвариантное состояние разрешается с образованием двух моновариантных состояний: двухжидкофазного l₁ + l₂ и насыщенных растворов льда l₂ + S . Растворимость двух жидких фаз с повышением температуры увеличивается и достигается верхняя критическая температура растворения, равная 124.4^оС. Концентрация спирта в критическом растворе составила 32.25 мас.%. состав критической точки был подтвержден графически путем построения диаметра Алексеева. При температурах ниже нонвариантной на диаграмме растворимости системы существует поле насыщенных растворов l₁ + S. Таким образом, впервые определена температура образования монотектического состояния в изучаемой системе. Данные по взаимной растворимости компонентов представлены в табл.1.

Из диаграммы  растворимости видно, что данная система имеет большую область  расслоения.  Одним из перспективных  способов увеличения растворимости  двух жидких фаз является введение солей-всаливателей. Из литературы известно, что такие соли имеют в своем составе ионы больших размеров. Полагают, что они разрыхляют структуру воды и облегчают внедрение малополярных молекул неэлектролита. Известно, что роданиды щелочных металлов обладают всаливающим действием на водно-органические смеси.

Проведенная нами экспериментальная работа позволила  уточнить данные по растворимости компонентов и координатам ВКТР двойной системы вода – н-бутиловый спирт.

Список литературы

1. A. E. Hill and W. M. Malisoff, J. Am. Chem. Soc. 48, 918 (1926).
2. L. A. Reber, W. M. McNabb, and W. A. Lucasse, J. Phys.Chem. 46, 500 (1942).
3. R. De Santis, L. Marrelli, and P. N. Muscetta, J. Chem.Eng. Data 21, 324 (1976).
4. Химическая энциклопедия // Гл. ред. И.Л.Кнунянц М.: Сов . энциклопедия. – 1988-1998. – Т.1-5.
5. Аносов В.Я., Озерова М.И., Фиалков Ю.Я. Основы физико-химического анализа. М.: Наука, 1976. 504 с.
6. Трейбал Р. Жидкостная экстракция: Пер. с англ. М.: Химия, 1966. 724 с.