Классификация растворителей по физическим свойствам. - Синтез фенолфталеина. Исследование растворимости в растворителях с различной диэлектрической проницаемостью

Диэлектрическая проницаемость (ДП) раствора е относится к важнейшим факторам из числа оказывающих наиболее сильное влияние на характеристики протекающего в растворе процесса.

Значения ДП индивидуальных растворителей разнятся в весьма значительных пределах - от ?1,8 (алканы) до 170-180 (N-алкиламиды алифатических карбоновых кислот). Терминология, лежащая в основе градации растворителей по ДП, не во всем определенна и последовательна. Растворители с высокими ДП называют полярными и даже высокополярными, хотя, строго говоря, термин "полярный" относится к ди-польному моменту µ молекулы растворителя, т. е. характеризует не макро - а микросвойство растворителя.

Впрочем, как вытекает из теории, связывающей с µ, в общем случае наблюдается симбатность изменения этих величин. Кроме того, для характеристики растворителей по наличию либо отсутствию дипольного момента у их молекул введена терминология "дипольные" (µ0) и "аполярные" (µ = 0) растворители.

К низкополярным относят растворители, ДП которых находится в интервале = l,8ч12, к среднеполярным -- растворители с = 12ч50, к высокополярным - с > 50. Относительность этого деления заключается не только и даже не столько в этих достаточно произвольно выбранных интервалах, но и в обстоятельстве гораздо более существенном.

Несмотря на достаточно четко устанавливаемую теорией связь между ДП и дипольным моментом индивидуальной жидкости, следует предостеречь от категорически однозначного параллелизма между величинами и µ. Дело в том, что антипараллельная (но не цепочная) ассоциация диполей приводит к падению дипольного момента ассоциатов по сравнению с дипольным моментом одиночной молекулы и, следовательно, к падению ДП жидкости. Вот почему ДП жидкостей, образованных молекулами с относительно большим дипольным моментом, может быть достаточно низка.

Существенное влияние на полярность растворителя оказывают его структурные особенности. Структурированные растворители, как правило, обладают высокой ДП.

Диэлектрическая проницаемость наряду с образованием гомомоле-кулярных химических связей -- один из важнейших факторов, определяющих свойства индивидуальных жидкостей, которые зависят от энергии межмолекулярного взаимодействия. Последняя определяется реактивным взаимодействием, энергия которого зависит от статической ДП (), ДП, экстраполированной на бесконечно большую длину волны () и принимаемой равной ? 1,1 nD, а также дипольного момента µ и молярного объема и:

ER =

Значения энергий реактивного взаимодействия дипольных молекул ряда растворителей приведены в табл.1.

Как подчеркивает М. И. Шахпаронов, реактивное поле полярных молекул не приводит к образованию химических структур (гомомолекулярных ассоциатов), существование которых определяется химическими взаимодействиями. Устойчивость же последних уменьшается с повышением энергии реактивного поля. Энергия реактивного поля объясняет ряд физических особенностей растворителей, и поэтому может быть небесполезным классифицировать растворители по значению -- Er.

Очевидно, что все растворители, чьи молекулы не обладают ди-польным моментом, будут составлять класс безреактивных жидкостей. Растворители с энергией реактивного поля в интервале -- Er = 0ч5кДжмоль -1 составляют класс низкореактивных, в интервале -- Er =5ч15 кДж * моль -1 -- среднереактивных и, наконец, растворители с - ER 25кДж моль -1 составляют класс высокореактивных растворителей. Как правило, высокореактивные жидкости хорошо растворяют как неэлектролиты, так и электролиты, причем последние в них диссоциированы лучше по сравнению с другими классами (по данной системе классификации) растворителей. Объясняется это тем, что у высокореактивных растворителей сочетаются высокие значения ДП и дипольного момента.

Таблица 2 Энергия реактивного поля некоторых растворителей при 298,15 К.

Растворитель

-ER, кДж моль -1

Растворитель

-ER, кДж моль -1

Анилин

2,9

Метилэтилкетон

3,4

Ацетон

9,1

Муравьиная кислота

5,2

Ацетонитрил

20,9

Нитробензол

17,1

Бутиловый спирт

2,9

Нитрометан

17,5

Вода

18,6

Пиридин

5,7

Гексен-1

0,15

Пропиленкарбонат

43,8

N, N-диметилацетамид

15,8

Пропиловый спирт

3,6

Диметилсульфоксид

6,4

Толуол

0,05

Диметилформамид

19,5

Уксусная кислота

3,7

Диоксан

0,07

Тетрагидрофуран

2,9

1,2 - дихлорэтан

4,2

Хлорбензол

1,8

О - Ксилол

0,12

Этилацетат

2,45

N - Ксилол

0,05

Этиленгликоль

8,9

N-метилацетамид

24,1

Этиловый спирт

4,7

Метилформиат

4,0

По вязкости (точнее, по коэффициенту вязкости ) жидкости подразделяют на низковязкие с < 210-3, средневязкие с = (2ч10)10-3 и высоковязкие с > 10 -2 Па с.

По удельной электропроводимости жидкости подразделяют на "проводящие" жидкости с порядка 102 - 10-1 Cмм-1 и выше; "умеренно проводящие" - с порядка 10-1 - 10-4 и с 10-4 Смм-1 относят к "непроводящим".

Упоминается также классификация растворителей по температурам кипения, в рамках которой растворители подразделяются на низкокипящие (<100°C), среднекипящие (100-- 150 °С) и высококипящие ( > 1 50 0С).

Для классификации растворителей по их способности к испарению предложена относительная шкала, основанная на теплотах испарения. Поэтому различают легколетучие (относительная летучесть < 10), среднелетучие (10--35) и труднолетучие (>35) растворители. Если ориентироваться непосредственно на теплоты испарения, то к легколетучим следует отнести растворители, характеризующиеся теплотой испарения НИсп < 30 кДж моль-1, к среднелетучим - растворители с теплотами испарения 30 - 50 кДж моль-1 и к труднолетучим растворители, у которых теплоты испарения превышают 50 кДж * моль -1 [24].

Таблица 3 Классификация растворителей по диэлектрической проницаемости [20]

СИЛЬНО ПОЛЯРНЫЕ

РАСТВОРИТЕЛЬ

R

РАСТВОРИТЕЛЬ

R

Вода

78,30

ДМФА

36,71

Этиленгликоль

37,7

Бензонитрил

26,20

Метанол

32,66

Нитробензол

34,78

ДМСО

46,45

Глицерин

51,7

СЛАБО ПОЛЯРНЫЕ

ТГФ

7,58

Уксусный ангидрид

20,7

Диэтиловый эфир

4,20

Бутанон - 2

18,51

Ацетон

20,70

Пентанон - 2

15,38

Этанол

24,55

Пиридин

12,91

Уксусная кислота

6,17

Метилацетат

6,68

Пропанол - 1

20,45

Циклогексанон

16,10

Бутанол - 1

17,51

Хиналин

8,95

Изоамиловый спирт

15,19

Хлороформ

4,81

Анилин

6,71

Амиловый спирт

13,9

НЕПОЛЯРНЫЕ

1,4 - диоксан

2,21

Циклогексан

2,02

Трихлорэтилен

3,42

Н - пентан

1,84

Бензол

2,27

Дисульфид углерода

2,64

Толуол

2,38

Диэтиламин

3,78

Тетрахлорметан

2,23

Диэтилкарбонат

2,82

Триэтиламин

2,42

Н - гептан

1,92

Н - гексан

1,88

Похожие статьи




Классификация растворителей по физическим свойствам. - Синтез фенолфталеина. Исследование растворимости в растворителях с различной диэлектрической проницаемостью

Предыдущая | Следующая