摘要

在298.15 K 下, 用振动管密度计在全浓度范围内测量了二甲亚砜分别与邻二甲苯、 间二甲苯、 对二甲苯构成的3 个二元液体混合物的密度且计算出过量摩尔体积 VE;并用悬滴法测量了此3 个二元液体混合物的表面张力, 且计算了这3 个体系的表面张力偏差值。其中, 3 个二元混合物 VE和表面张力偏差值均为负值, 在极小值处。

通过测定二元体系的过量体积和表面张力数据可以了解分子间相互作用力的情况。本文测定了二甲亚砜分别与邻二甲苯、 间二甲苯和对二甲苯3 个二元混合物的过量体积与表面张力, 探讨它们之间作用力的差异性, 由此可为高效分离混合二甲苯技术的研究提供参考。之前曾报道了邻二甲苯、间二甲苯、 对二甲苯 +醇类 (异丙醇、 叔丁醇、 乙醇)[ 1,2], 邻二甲苯、 间二甲苯、 对二甲苯 +酮类(丙酮、二丁酮)[ 3], 邻二甲苯、 间二甲苯、对二甲苯+醚类 (异丙醚、 叔丁基甲醚)[4]。

1 实验部分

1.1 试剂

二甲亚砜:天津市大茂化学试剂厂, AR ;邻二甲苯、间二甲苯和对二甲苯为CP , 经精密精馏柱精馏, 取中间馏分。经PE Auto system XL 气相色谱分析, 二甲亚砜、 邻二甲苯、间二甲苯和对二甲苯的 纯 度 (w )分 别 为 99.80 %、 99.99 %、99.85 %、 99.52 %。所有试剂均用0.4 nm 分子筛干燥脱水并存放于干燥器中备用。各试剂在298.15 K的密度用 Anton Paar DMA4500 型振动管密度计测定;表面张力用Data Physics 公司的OCA20 接触角91视频免费福利测量。其结果与文献值同列于表1 。

1.2 实验方法

二元液体混合物的摩尔分数浓度用称量法配制, 电子天平称准至0.000 1 g 。二甲亚砜与邻二甲苯、间二甲苯、 对二甲苯共3 个二元液体混合物在298.15 K 的过量体积用

Anton Paar DMA4500 型振动管密度计测定[8], 仪器内置恒温精度为±0.01 K 。每次测定前用干燥空气和二次蒸馏水对密度计进行校正, 精确至 1 ×10-5g·cm-3, 误差为±5 ×10-5g·cm-3。空气与水的密度测定值, 在298.15 K 时分别为 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])。表面张力用Data Physics 公司的OCA20 接触角91视频免费福利测量。该仪器配备 CCD 摄像头和计算机图像采集处理软件, 专用恒温装置;采用悬滴法测量液体的表面张力, 测量精度为 ±0.05 mN ·m-1, 恒温精度为±0.1 °C。其计算表面张力的公式如下:

σ=gΔρde2H-1(1)

式中, g 为重力加速度, Δρ为被测液体与环境的密度差, de 为液滴的最大直径, H 是与仪器有关的校正因子。

2 结果和讨论

二元液体混合物的过量摩尔体积 VE (cm3·mol-1)[ 11]

VE=(x1M1+x2M2)ρ-1-x1M1ρ1-1-x2M2ρ2-1

(2)

表面张力偏差值 δσ (mN·m-1)[11]

δσ=σ-x1 σ1 -x2 σ2

(3)

VE与摩尔分数 x 的数据, 用Redlich_Kister 方程拟合[12]

VE=x(1 -x)∑i=0kAi (2x -1)i

(4)

式 (2)、 (3)、 (4)中, x1、 x2分别为组分1 和2的摩尔分数, M1、 M2分别为组分1 和2 的摩尔质量, ρ1、 ρ2为纯组分1 和2 的密度, ρ为溶液的密度, Ai为方程 (4)的拟合系数。标准偏差 SVE(cm3·mol-1)[ 13]

SVE=[∑(VEexp-VEcal)2(nexp -n)-1]1/2

(5)

式中, VEexp 是实验值, VEcal 是由方程 (4)计算出来的拟合值, nexp是取点数目, n 是方程拟合系数的数目。各混合物的密度 ρ、 过量体积 VE的实验值列于表2 , 拟合系数列于表3 ;表面张力 σ、 表面张力偏差 δσ的实验值列于表 4 ;图 1 、 2 分别为298.15 K 时各体系的 VE-x , δσ-x 的实验值及拟合得到的光滑曲线。