Введение к работе
Актуальность темы. В настоящее время в исследовательской и технологической практике широкое распространение получили смешанные водные растворители. Их использование позволяет целенаправленно влиять на течение и термодинамические характеристики процесса в растворе, подбирая среду с заранее заданными свойствами (плотностью, вязкостью, диэлектрической проницаемостью и т.п.). Нередко не только замена одного компонента другим, но и изменение соотношения между ними позволяет получить растворитель, существенно отличающийся от свойств индивидуальных компонентов.
Сложился широкий круг методов анализа таких систем, позволяющих уверенно регистрировать взаимодействия между компонентами даже с весьма слабой энергией. Исследование Н-связей и других межмолекулярных взаимодействий актуально проводить с помощью ряда независимых друг от друга методов. Для того чтобы с единой точки зрения связать различные экспериментально измеряемые характеристики и прогнозировать те или иные свойства системы целесообразно использовать полуфеноменологические модели жидкостей. Применение таких моделей особенно актуально для растворов сложных гетерофункциональных молекул, поскольку точная теория и основанное на ней компьютерное моделирование приводят к практически не выполнимому объему вычислений.
С водными растворами органических веществ, содержащих неполярные углеводородные радикалы, связаны так называемые "гидрофобные эффекты", роль которых во многих важных процессах и молекулярная природа еще далеко непонятны. Представляется актуальным их исследование широким набором экспериментальных методов, корреляции между которыми могут быть установлены с помощью эффективных параметров межмолекулярных взаимодействий.
Целью настоящей работы является исследование особенностей гетерофункциональных межмолекулярных взаимодействий в водных растворах органических гетерофункциональных веществ: гексаметилфосфортриамида (ГМФТ), диметилформамида (ДМФА), 1,4-диоксана (1,4-Д) и формамида (ФА).
Комплексное политермическое исследование растворимости аргона, плотности, диэлектрической проницаемости и показателя преломления в системах вода-ГМФТ, вода-ДМФА, вода-1,4-Д и вода-ФА во всем диапазоне составов.
Разработка теоретических моделей, позволяющих по совокупности измеренных характеристик с единой точки зрения выявить особенности межмолекулярных взаимодействий в изучаемых системах.
Количественный и качественный анализ на молекулярном уровне роли специфических взаимодействий (водородных связей и гидрофобных эффектов) в формировании макрохарактеристик растворов.
Научная новизна. Впервые проведено комплексное исследование бинарных водных систем в широком диапазоне температур и определены:
Растворимость аргона и плотность в системах вода-ДМФА (283-323К),
вода-1,4-Д (278-313К), вода-ФА (283-313К) во всем диапазоне составов.
Статическая диэлектрическая проницаемость и показатель преломления в системе вода-ГМФТ в интервале температур 288-308К во всей области составов.
Выявлены закономерности в изменении растворимости и термодинамических характеристик растворения аргона, а также объемных, диэлектрических и оптических свойств исследованных систем в зависимости от температуры и состава смешанного растворителя.
Проведен анализ корреляций оптических и объемных свойств в системе вода-ГМФТ и получены достоверные значения кажущихся мольных объемов ГМФТ и коэффициентов термического расширения из рефрактометрических данных.
Рассчитаны относительные интенсивности рассеяния света в ГМФТ, ДМФА, 1,4-Д, ФА и других органических растворителях, а также в их разбавленных водных растворах.
В рамках разработанной полуфеноменологической модели предсказана растворимость аргона, гелия, криптона, азота, кислорода и метана в системе вода-ГМФТ при 298К.
Практическая значимость. Полученные в работе экспериментальные данные и рассчитанные характеристики, установленные закономерности в их изменении от различных факторов могут быть использованы в практике физико-химического анализа, создании новых жидкофазных систем с заданными свойствами. Высокая точность и надежность экспериментальных данных позволяет использовать их в качестве справочного материала при решении научных и инженерных задач.
Разработанные модельные представления и установленные корреляции могут найти применение в прогнозировании физико-химических свойств водных растворов неэлектролитов. Апробация работы. Основные результаты работы были представлены на
Научно-практических конференциях Ивановского химико-технологического института (1988 и 1989 г.г.);
VI Всесоюзной конференции по термодинамике органических соединений (Минск, 1990);
I Всесоюзной конференции «Жидкофазные материалы» (Иваново, 1990);
X Менделеевской дискуссии «Периодический закон и свойства растворов» (Санкт-Петербург,1993);
III Российской конференции «Химия и применение неводных растворов» (Иваново, 1993);
VI Международной конференции «Проблемы сольватации и комплексо-образования в растворах» (Иваново,1995);
Международной конференции «Теория и практика процессов сольвата
ции и комплексообразования в смешанных растворителях» (Красно-
ярск,1996);
I и II Международной научно-технической конференции «Актуальные
проблемы химии и химической технологии» («Химия-97» и «Химия» -99)
(Иваново,1997 и 1999).
Публикации. По результатам проведенных исследований опубликовано 16 печатных работ (в том числе 7 статей).
Структура диссертации. Работа состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части, обсуждения результатов, итогов работы и списка цитируемой литературы.
