Физика/8. Молекулярная физика

Безгомонова Е.И., Оракова С.М., д.т.н Степанов Г.В.

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики им. Х.И. Амирханова ДНЦ РАН, г. Махачкала

Фазовые переходы в бинарной системе н-гексан+вода

Исследуемая бинарная система н-гексан+вода является сложной, состоящей из веществ различной молекулярной природы – полярной молекулы воды и неполярной молекулы н-гексана. В обычных условиях компоненты смеси взаимно нерастворимы. Однако при определенных температурах вода и углеводород полностью смешиваются. Результаты изучения данной системы представляют интерес при разработке технологий процессов экстракции, перегонки и получения из нефти химических соединений высокой чистоты, таких как толуол, бензол и др.

На адиабатическом калориметре Х.И. Амирханова [1] были проведены исследования изохорной теплоемкости системы н-гексан – вода в широком интервале концентраций от 6,73 до 85 % (вес) Н₂О. Для исследований использовался адиабатический калориметр объемом 432,6109 ± 0,0002см³ при температуре 25^оС. Объем калориметра определен из известных P,V,T данных воды с погрешностью 0,13%. Температура определялась малогабаритным платиновым термометром сопротивления, индивидуально отградуированном в печи сличения по образцовому платиновому термометру сопротивления ПТС-10 с точностью 0,01К. Для исследований использовалась деаэрированная вода двойной перегонки и н-гексан марки “xч”.

Эксперимент [2-4] и визуальные исследования на оптической ячейке высокого давления [5] показали, что при исследовании смеси по изохорам и постоянной концентрации на температурной зависимости C_v имеют место два скачка теплоемкости, обусловленных фазовыми переходами жидкость – пар и жидкость – жидкость (растворение). На рис. 1 представлена зависимость C_v от температуры по изохоре v=3,785см³/г для концентрации 9,93% (вес) Н₂О. Как следует из рис. 1, фазовый переход жидкость – газ н-гексана в присутствии жидкой фазы воды характеризуется резким скачком теплоемкости (1-й скачок), а фазовый переход, связанный с растворением компонентов (2-й скачок) растянут в некотором интервале температур.

Рис.1. Зависимость изохорной теплоемкости от температуры для концентрации 9,93% (вес) Н₂О по изохоре v=3,785см³/г

Рис. 2. Фазовая диаграмма системы н-гексан – вода в Т, ρ, х – координатах.

Фазовая диаграмма системы н-гексан – вода в Т, ρ, х – координатах, построенная по результатам эксперимента, представлена на рис. 2., где Т_к^г – критическая температура н-гексана; Т_к^в – критическая температура воды; Т_к^ВККТ – верхняя конечная критическая точка; 1 – линия критических точек раствора н-гексан – вода; 2 – линия критических точек жидкость – пар слабого раствора воды в н-гексане в присутствии жидкой фазы воды; 3 – линии фазового перехода жидкость – жидкость; а, б, в, г – кривые фазового равновесия жидкость – пар в присутствии жидкой фазы воды для составов соответственно: 4; 6,73; 25; 85 % (вес) Н₂О.

Работа выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (грант № 13-08-00114а).

Литература:

1. Амирханов Х.И., Степанов Г.В., Алибеков Б.Г. Изохорная теплоемкость воды и водяного пара. Махачкала.: Дагкнигоиздат, 1969. 216 с.

2. Kamilov I.K., Stepanov G.V., Abdulagatov I.M., Rasulov A.R., Milikhina E.I. Liquid-Liquid-Vapor, Liquid-Liquid and Liquid-Vapor Phase Transitions in Aqueous n-Hexane Mixtures from Isochoric Heat Capacity Measurements // J. Chem. Eng. Data. 2001. Vol. 46. No. 6. P. 1556.

3. Безгомонова Е.И., Оракова С.М., Степанов Г.В., Шахбанов К.А. Определение линии азеотропа из калорических данных // ЖФХ. 2007. №12. C. 2150.

4. Безгомонова Е.И., Оракова С.М., Степанов Г.В. Влияние малых примесей воды на изохорную теплоемкость и фазовую диаграмму н-гексана // Бутлеровские сообщения. 2011. Т. 25. №8. С.62.

5. Милихина Е.И., Степанов Г.В., Атаев Г.М. Верхняя конечная критическая точка системы вода-н-гексан, как предельная точка трехфазного равновесия Матер. Межд. конф. “Фазовые переходы, критические и нелинейные явления в конденсированных средах”. Махачкала. 2002. C 89.