Прогнозирование теплоемкости органических соединений

Лабораторная работа №3.
Прогнозирование теплоемкости органических соединений.
Цель работы.
Ознакомиться с аддитивными методами прогнозирования теплоемкости
органических соединений на примере метода Бенсона. Изучить влияние
температуры не теплоемкость органических соединений.
Задание.
1) Для заданного вещества определить удельную теплоемкость при
постоянном давлении, равном стандартному, в нормальном состоянии при
298 K.
2) Пересчитать в теплоемкость диапазоне температур 300÷800 K для
идеально-газового состояния, данные свести в таблицу и построить график
зависимости теплоемкости от температуры.
3) Пересчитать теплоемкости при тех же температурах для реального
состояния вещества.
4) Дать краткую характеристику веществ.
5) Составить отчет по выполненным заданиям в письменной форме.
Таблица 1. Варианты заданий.
№
в-та
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Вещество
о-толуидин
пропиловый эфир бутановой кислоты
циклооктан
м-крезол
1-гептанол
п-ксилол
метиловый эфир бензойной кислоты
изопропилбензол
дифенилметан
2,4-диметилфенол
о-дихлорбензол
диэтилсульфид
1
13
14
15
16
17
18
19
20
анилин
пиридин
метилэтилкетон
изовалериановая кислота
этилбензол
циклогексен
пентафтортолуол
1,4-диэтилбензол
Выполнение работы.
Рассмотрим задание вариант 20.
Структурная формула п-диэтилбензола (1,4-диэтилбензола):
Рассчитываем аддитивные составляющие энтальпий всех участвующих в
реакции веществ методом Бенсона [1] при 298˚С.
Изначально, в любом табличном процессоре, для каждого вещества
выписываются все группы атомов с их первым окружением, определяется их
количество и вклад от каждой группы, затем рассчитывается парциальный
вклад для каждой группы и суммарная аддитивная составляющая (рис. 1).
Тип атома или группы
Количество
Вклад в
Парциальный вклад
групп данного свойство Дж/
Дж/(моль К)
типа
(моль К)
1,4-диэтилбензол
Cb-(H)
Cb-(C)
CH3-(C)
CH2-(C,Cb)
Аддитивная
составляющая свойства
4
2
2
2
13,56
11,18
25,91
24,45
54,24
22,36
51,82
48,9
177,32
Рисунок 1. Вклады от каждой группы атомов, парциальные вклады и
аддитивная составляющая.
Т.к.
для
взаимодействий,
данного
соединения
теплоемкость
не
наблюдается
полностью
гош
определяется
и
прочих
аддитивной
составляющей.
2
Повторяется расчет для температур 400, 500, 600 и 800 К, результат
сводится в таблицу.
Таблица 2. Теплоемкость 1,4-диэтилбензола в газообразном состоянии.
Температура, К
298
400
500
600
800
Теплоемкость,
Дж/(моль К)
177.32
229.98
277.28
314.36
372.96
По данным табл. 2 строится графическая зависимость (рис. 2).
400
Теплоемкость, Дж/(моль К)
350
300
250
200
150
100
50
0
200
300
400
500
600
700
800
900
Температура, К
Рисунок 2. Теплоемкость 1,4-диэтилбензола в газообразном состоянии.
Для
расчета
теплоемкости
при
реальном
состоянии
вещества,
необходимы данные о агрегатном состоянии, критических параметрах и
ацентрическом
факторе
вещества,
которые
имеются
в
литературных
источниках [1-3]:
Температура плавления – 231 К.
Температура кипения – 456.9 К.
Критическая температура – 657.9 К.
Ацентрический фактор – 0.403.
Пересчет теплоемкости для твердого состояния умножим найденную
газовую теплоемкость на 2, для расчета теплоемкости в жидком состоянии
имеется формула, предложенная Роулинсоном и Бонди :
3
0
1 /3
(
4.28⋅( 1−T r )
C p ( L)−C p
−1
−1
=2.56+0.463⋅( 1−T r ) +ω⋅ 2.91+
+0.296⋅( 1−T r )
R
T
)
(1)
Далее все теплоемкости перерасчитываются для реального состояния
вещества и результат сводится в таблицу.
Таблица 3. Теплоемкость 1,4-диэтилбензола в реальном состоянии.
Температура, К
298
400
500
600
800
Теплоемкость,
Дж/(моль К)
177.32
229.98
277.28
314.36
372.96
По данным табл. 3 строится графическая зависимость (рис. 3).
400
Теплоемкость, Дж/(моль К)
350
300
250
200
150
100
50
0
250
350
450
550
650
750
Температура, К
Рисунок 3. Теплоемкость 1,4-диэтилбензола в реальном состоянии.
1,4-диэтилбензол представляет собой бесцветную жидкость, растворимую
в этаноле, диэтиловом эфире, ацетоне, бензоле, но не растворимую в воде.
Ядовит, относится к легковоспламениющимся и взрывоопасным веществам.
Используюется как селективный десорбент для выделения п-ксилола и для
производства фенилэтилена.
Список литературы
1. Нестерова, Т.Н. Прогнозирование свойств органических веществ:
Учеб. пособ. / Т.Н. Нестерова, И.А. Нестеров, В.С. Саркисова. – Самара: Самар.
4
гос. тех. ун-т., 2006. – 240 с.
2. Краткий справочник физико-химических величин / под ред. А.А.
Равделя и А.М. Пономаревой. – Изд. 8, перераб. – Л.: Химия, 1983. – 232 с.
3. Справочник химика – Л.: ГОСХИМИЗДАТ, 1963. – 1073 с.
5