Плотность, тепловое расширение, динамическая вязкость галогенозамещенных аренов

Цель. Экспериментальное исследование плотности, теплового расширения и динамической вязкости галогенозамещенных аренов при температурах от 293,15 до 343,15 К и атмосферном давлении 97,992 кПа.

Методы. Плотность определялась пикнометрическим методом, вязкость – капиллярным методом. Использовались кварцевый пикнометр типа ПЖ2 номинальной вместимостью 10 мл и стеклянный капиллярный вискозиметр типа ВПЖ-2 с номинальным диаметром капилляра 0,34 мм. Измерение массы жидкостей осуществлялось с помощью электронных весов ВСЛ-200/0,1А с ценой деления 0,0001 г. Для обработки экспериментальных результатов применялись численные методы.

Результаты. Получены экспериментальные данные по плотности, коэффициенту объемного теплового расширения и динамической вязкости жидких о-ксилола, этилбензола, фторбензола, хлорбензола, бромбензола, толуола, о-фтортолуола, м-фтортолуола, п-фтортолуола, о-хлортолуола, м-хлортолуола,  п-хлортолуола, 2,4-дихлортолуола, 2,6-дихлортолуола. Данные по плотности и динамической вязкости аппроксимированы полиномом третьей степени. Данные по коэффициенту объемного теплового расширения получены на основе аппроксимированных данных измеренной плотности. Максимальная оценка погрешности измерений для плотности составила 0,13%, для динамической вязкости – 3,5%. Максимальная погрешность вычислений для коэффициента теплового расширения оценивается в 3%.

Заключение. Математическая обработка полученных экспериментальных данных по плотности и динамической вязкости позволила получить аналитические соотношения в виде степенных полиномов, позволяющих вычислять значения этих величин при любой температуре из исследованного интервала температур и атмосферном давлении с погрешностью, не превосходящей погрешности экспериментального определения. Рассчитанные значения хорошо согласуются с данными, приведенными в справочной и научной литературе. Полученные экспериментальные данные дополняют информацию о свойствах некоторых рассмотренных жидкостей, для которых зависимости плотности и вязкости от температуры мало изучены. Исследуемые вещества используются в различных отраслях экономики, поэтому являются технически важными жидкостями. Результаты измерений могут использоваться в физике конденсированного состояния, для анализа жидких углеводородов, и могут быть полезны в химической промышленности.

1. Mohammadi M. D., Hamzehloo M. Experimental measurements of densities and viscosities of binary and ternary mixtures of benzene, cyclohexane, and N,N-dimethylacetamide at 298.15 K and 87 kPa // Journal of Solution Chemistry. 2022. Vol. 51. P. 768–784. https://doi.org/10.1007/s10953022-01171-1

2. Hawary A. E., Meier K. Thermodynamic properties of liquid toluene and n-butane determined from speed of sound data // International Journal of Thermophysics. 2022. Vol. 43. Art. 71. https://doi.org/10.1007/s10765-021-02958-y

3. Densities and sound speeds of binary mixtures of cyclohexane + benzene (or toluene, or ethylbenzene or o-, m-, p-xylene) within the temperature range of 293.15–333.15 K and ambient pressure: experimental, correlation, and modeling study / A. Zeqiraj, A. Hernández, N. Syla, R. Raçi, F. Aliaj // Journal of Chemical & Engineering Data. 2023. Vol. 68, is. 12. P. 3110–3125. https://doi.org/10.1021/acs.jced.3c00363

4. A study on thermophysical properties of binary mixtures of n-hexane with benzene and some alkyl-substituted benzenes within temperature range (293.15–323.15) K: experimental and modeling approach / F. Aliaj, A. Hernández, R. Krasniqi, V. Elshani, N. Syla, M. Misini, A. Zeqiraj // Fluid Phase Equilibria. 2024. Vol. 584. Art. 114129. https://doi.org/10.1016/j.fluid.2024.114129

5. Thol M., Lemmon E. W., Span R. Equation of state for benzene for temperatures from the melting line up to 725 K with pressures up to 500 MPa // High Temperatures-High Pressures. 2012. Vol. 41. P. 81–97.

6. Reference correlation of the viscosity of benzene from the triple point to 675 K and up to 300 MPa / S. Avgeri, M. J. Assael, M. L. Huber, R. A. Perkins // Journal of Physical and Chemical Reference Data. 2014. Vol. 43, is. 3. P. 033103. https://doi.org/10.1063/1.4892935

7. Measuring and modelling experimental densities and ultrasonic velocities of aromatic and halogenated environmental pollutants / M. Iglesias, S. Mattedi, R. Gonzalez-Olmos, J. M. Goenaga, J. M. Resa // Chemosphere. 2007. Vol. 67, is. 2. P. 384–395. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2006.09.002

8. Sastry N. V., Thakor R. R., Patel M. C. Excess molar volumes, viscosity deviations, excess isentropic compressibilities and deviations in relative permittivities of (alkyl acetates (methyl, ethyl, butyl and isoamyl)+n-hexane, +benzene, +toluene, +(o-, m-, p-) xylenes, +(chloro-, bromo-, nitro-) benzene at temperatures from 298.15 to 313.15 K // Journal of Molecular Liquids. 2009. Vol. 144, is. 1–2. P. 13–22. https://doi.org/10.1016/j.molliq.2008.09.006

9. Volumetric, viscometric and excess properties of binary mixtures of 1-iodobutane with benzene, toluene, o-xylene, m-xylene, p-xylene, and mesitylene at temperatures from 303.15 to 313.15 K / S. Sharma, K. Thakkar, P. Patel, M. Makavana // Advances in Physical Chemistry. 2013. Vol. 2013. Art. ID 932103. https://doi.org/10.1155/2013/932103

10. Densities, viscosities and speeds of sound of binary mixtures of ethyl benzoate with toluene, and isomeric chlorotoluenes at different temperatures / D. Vijayalakshmi, C. N. Rao, M. Gowrisankar, K. Sivakumar, P. Venkateswarlu // Journal of Molecular Liquids. 2014. Vol. 197. P. 272–286. https://doi.org/10.1016/j.molliq.2014.05.015

11. Densities and viscosities of N-formylmorpholine (NFM) + p-xylene, + o-xylene, + m-xylene at different temperatures and atmospheric pressure / T. Yang, S. Xia, S. Song, X. Fu, P. Ma // Journal of Chemical & Engineering Data. 2007. Vol. 52, is. 5. P. 2062–2066. https://doi.org/10.1021/je7002513

12. Savale T. S., Shewale J. M., Nikam P. S. Densities and viscosities of binary mixtures of xylenes (o-, m-, and p-) with propan-1-ol at 298.15, 303.15, 308.15 and 313.15 K // International Journal of Chemical Sciences. 2010. Vol. 8, is 2. P. 991–1006.

13. Atik Z., Lourddani K. Densities and volumetric properties of binary and ternary mixtures of diisopropyl ether, fluorobenzene, α,α,α-trifluorotoluene, and ethanol at temperature 298.15 K and pressure 101 kPa // Journal of Solution Chemistry. 2006. Vol. 35, is. 10. P. 1453–1466. https://doi.org/10.1007/s10953-006-9072-7

14. Densities, viscosities, speeds of sound, and refractive indices of binary mixtures of 2-ethyl-1hexanol with benzene and halobenzenes / S. C. Bhatia, J. Sangwan, R. Rani, V. Kiran // International Journal of Thermophysics. 2013. Vol. 34. P. 2076–2088. https://doi.org/10.1007/s10765-013-1526-8

15. Molecular interactions in binary mixtures of 2-cholroaniline and monosubstituted benzene derivatives at various temperatures / D. Ubagaramary, I. V. M. V. Enoch, M. Gowrisankar, S. Mullainathan // Russian Journal of Physical Chemistry A. 2018. Vol. 92, is. 13. P. 2665–2678. https://doi.org/10.1134/S0036024418130319

16. Schilling G., Kleinrahm R., Wagner W. Measurement and correlation of the (p, ρ, T) relation of liquid n-heptane, n-nonane, 2,4-dichlorotoluene, and bromobenzene in the temperature range from (233.15 to 473.15) K at pressures up to 30 MPa for use as density reference liquids // The Journal of Chemical Thermodynamics. 2008. Vol. 40, is. 7. P. 1095–1105. https://doi.org/10.1016/j.jct.2008.02.020

17. Sassi M., Atik Z. Excess molar volumes of binary mixtures of 2,2,2-trifluoroethanol with water, or acetone, or 1,4-difluorobenzene, or 4-fluorotoluene, or α,α,α, trifluorotoluene or 1-alcohols at a temperature of 298.15 K and pressure of 101 kPa // The Journal of Chemical Thermodynamics. 2003. Vol. 35, is. 7. P. 1161–1169. https://doi.org/10.1016/S0021-9614(03)00079-X

18. Densities, viscosities, speeds of sound, and refractive indices of binary mixtures of 1-decanol with isomeric chlorotoluenes / S. C. Bhatia, R. Rani, J. Sangwan, R. Bhatia // International Journal of Thermophysics. 2011. Vol. 32. P. 1163–1174. https://doi.org/10.1007/s10765-011-0995-x

19. Densities, viscosities and speeds of sound of binary mixtures of 2-chloroaniline with o-chlorotoluene, m-chlorotoluene and p-chlorotoluene at different temperatures / G. P. Chand, M. G. Sankar, D. Ramachandran, C. Rambabu // Journal of Solution Chemistry. 2016. Vol. 45, is. 2. P. 153–187. https://doi.org/10.1007/s10953-016-0439-0

20. Бобылёв В. Н. Физические свойства наиболее известных химических веществ. М.: РХТУ им. Д. И. Менделеева, 2003. 24 с.

21. Thermodynamic properties of non-electrolyte solutions / K. Sreenivasulu, V. Govinda, P. Venkateswarlu, K. Sivakumar // Journal of Thermal Analysis and Calorimetry. 2014. Vol. 115, is 2. P. 1805–1811. https://doi.org/10.1007/s10973-013-3395-6

22. Мельников Г. А., Шахов А. В. Акустические, структурные и релаксационные свойства галогенозамещенных толуола // Ультразвук и термодинамические свойства вещества. 2004. № 30/31. С. 98–110.

23. Baskaran R., Kubendran T. R. Thermo physical properties of 4-hydroxy 4-methyl pentanone with nitrobenzene or ethyl benzene at temperatures of (303.15, 313.15, and 323.15) K and a pressure of 0.1 MPa // Journal of Chemical & Engineering Data. 2008. Vol. 53, is. 8. P. 1956–1961. https://doi.org/10.1021/je8002699

24. Densities and viscosities of binary mixtures of vitamin K3 with benzene, toluene, ethylbenzene, o-xylene, m-xylene, and p-xylene from (303.15 to 333.15) K / C.-Y. Song, H.-Z. Shen, J.-H. Zhao, L.-C. Wang, Fu-An Wang // Journal of Chemical & Engineering Data. 2008. Vol. 53, is. 5. P. 1110–1115. https://doi.org/10.1021/je7006549

25. Barega E. W., Zondervan E., de Haan A. B. Experimental density, viscosity, interfacial tension and water solubility of ethyl benzene-α-methyl benzyl alcohol–water system // The Journal of Chemical Thermodynamics. 2013. Vol. 63. P. 31–37. https://doi.org/10.1016/j.jct.2013.03.023

26. Wohlfarth C. Viscosity of the binary liquid mixture of fluorobenzene and hexyl acetate // Viscosity of Pure Organic Liquids and Binary Liquid Mixtures / ed. M. D. Lechner. Berlin, Heidelberg: Springer-Verlag, 2017. 1794 p. https://doi.org/10.1007/978-3-662-49218-5_1591

27. Thermodynamic properties of the binary mixtures of 1,2-dichloroethane with chlorobenzene and bromobenzene from (298.15 to 313.15) K / B. Ni, L. Su, H. Wang, H. Qiu // Journal of Chemical & Engineering Data. 2010. Vol. 55, is. 10. P. 4541–4545. https://doi.org/10.1021/je100552a