Параметр растворимости Хильдебранда
Параметр растворимости Хильдебранда (δ) обеспечивает численную оценку степени взаимодействия между материалами и может быть хорошим показателем растворимости , особенно для неполярных материалов, таких как многие полимеры . Материалы с одинаковыми значениями δ, вероятно, будут смешиваться .
Определение
[ редактировать ]Параметр растворимости Хильдебранда представляет собой квадратный корень сцепления из плотности энергии :
Плотность энергии сцепления — это количество энергии, необходимое для полного удаления единицы объема молекул от их соседей до бесконечного расстояния ( идеальный газ ). Она равна теплоте испарения соединения, деленной на его мольный объем в конденсированной фазе. Чтобы материал растворился, необходимо преодолеть эти же взаимодействия, поскольку молекулы отделены друг от друга и окружены растворителем. В 1936 году Джоэл Генри Хильдебранд предложил квадратный корень из плотности энергии сцепления как числовое значение, указывающее поведение платежеспособности. [ 1 ] Позже это стало известно как «параметр растворимости Хильдебранда». Материалы с одинаковыми параметрами растворимости смогут взаимодействовать друг с другом, что приводит к сольватации , смешиваемости или набуханию.
Использование и ограничения
[ редактировать ]Его основная полезность заключается в том, что он обеспечивает простые предсказания фазового равновесия на основе одного параметра, который легко получить для большинства материалов. Эти предсказания часто полезны для неполярных и слабополярных ( дипольный момент < 2 дебаев) [ нужна ссылка ] ) системы без водородных связей. Он нашел особое применение при прогнозировании растворимости и набухания полимеров растворителями. более сложные трехмерные параметры растворимости, такие как параметры растворимости Хансена Для полярных молекул были предложены .
Принципиальное ограничение подхода с параметром растворимости состоит в том, что он применим только к связанным решениям («подобное растворяется подобное» или, технически говоря, положительным отклонениям от закона Рауля ); он не может объяснить отрицательные отклонения от закона Рауля, возникающие в результате таких эффектов, как сольватация или образование электронодонорно-акцепторных комплексов. Как и любая простая теория прогнозирования, она может вызвать чрезмерную самоуверенность; его лучше всего использовать для проверки данных, используемых для проверки прогнозов. [ нужна ссылка ]
Единицы
[ редактировать ]Условными единицами измерения параметра растворимости являются ( калорий на см 2 ). 3 ) 1/2 или позвоните 1/2 см −3/2 . Единицы СИ : Дж. 1/2 м −3/2 , эквивалентный паскалю 1/2 . 1 калория равна 4,184 Дж.
1 кал 1/2 см −3/2 = (523/125 Дж) 1/2 (10 −2 м) −3/2 = (4,184 Дж) 1/2 (0,01 м) −3/2 = 2.045483 10 3 Дж 1/2 м −3/2 = 2.045483 (10 6 Дж/м 3 ) 1/2 = 2,045483 МПа 1/2 .
Учитывая неточный характер использования δ, часто достаточно сказать, что число в МПа 1/2 примерно в два раза больше, чем в кал. 1/2 см −3/2 . Если единицы измерения не указаны, например, в старых книгах, обычно можно с уверенностью принять единицу измерения, отличную от системы СИ.
Примеры
[ редактировать ]| Вещество | д [ 1 ] [кал 1/2 см −3/2 ] | δ [МПа 1/2 ] |
|---|---|---|
| н-пентан | 7.0 | 14.4 |
| н-гексан | 7.24 | 14.9 |
| Диэтиловый эфир | 7.62 | 15.4 |
| Этилацетат | 9.1 | 18.2 |
| Хлороформ | 9.21 | 18.7 |
| дихлорметан | 9.93 | 20.2 |
| Ацетон | 9.77 | 19.9 |
| 2-пропанол | 11.6 | 23.8 |
| Этанол | 12.92 | 26.5 |
| ПТФЭ | 6.2 [ 2 ] | |
| Поли(этилен) | 7.9 [ 2 ] | |
| Поли(пропилен) | 8.2 [ 3 ] | 16.6 |
| Поли (стирол) | 9.13 [ 2 ] | |
| Поли(фениленоксид) | 9.15 [ 2 ] | |
| ПВХ | 9.5 [ 3 ] | 19.5 |
| Полиуретан (ПУ/ПУР) | 8.9 [ 3 ] | |
| ДОМАШНИЙ ПИТОМЕЦ | 10.1 [ 3 ] | 20.5 |
| Нейлон 6,6 | 13.7 [ 3 ] | 28 |
| Поли(метилметакрилат) | 9.3 [ 3 ] | 19.0 |
| (Гидроксиэтил)метакрилат | 25–26 [ 4 ] | |
| поли(HEMA) | 26.93 [ 4 ] | |
| Этиленгликоль | 29.9, [ 4 ] 33.0 |
Судя по таблице, полиэтилен имеет показатель растворимости 7,9 кал. 1/2 см −3/2 . Хорошими растворителями, вероятно, будут диэтиловый эфир и гексан . (Однако полиэтилен растворяется только при температуре значительно выше 100 °C.) Полистирол имеет параметр растворимости 9,1 кал. 1/2 см −3/2 , и, таким образом, этилацетат, вероятно, будет хорошим растворителем. Нейлон 6,6 имеет параметр растворимости 13,7 кал. 1/2 см −3/2 , а этанол, вероятно, будет лучшим растворителем из представленных в таблице. Однако последний является полярным, и поэтому нам следует с большой осторожностью использовать для прогнозов только параметр растворимости Хильдебранда.
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]Примечания
[ редактировать ]- ^ Перейти обратно: а б Джон Берк (1984). «Часть 2. Параметр растворимости Гильдебранда» . Архивировано из оригинала 6 июня 2011 года . Проверено 4 декабря 2013 г.
- ^ Перейти обратно: а б с д «Примеры параметров растворимости» . Проверено 20 ноября 2007 г.
- ^ Перейти обратно: а б с д и ж Ванденбург, Х.; и др. (1999). «Простой метод выбора растворителя, ускоряющий экстракцию добавок из полимеров растворителем» . Аналитик . 124 (11): 1707–1710. Бибкод : 1999Ана...124.1707В . дои : 10.1039/a904631c .
- ^ Перейти обратно: а б с Квок А.Ю.; Цяо ГГ; Соломон Д.Х. (2004). «Синтетические гидрогели 3. Влияние растворителя на сетки поли(2-гидроксиэтилметакрилата)». Полимер . 45 (12): 4017–4027. doi : 10.1016/j.polymer.2004.03.104 .
Библиография
[ редактировать ]Бартон, AFM (1991). Справочник по параметрам растворимости и другим параметрам когезии (2-е изд.). ЦРК Пресс.
Бартон, AFM (1990). Справочник по параметрам взаимодействия полимеров с жидкостью и другим параметрам растворимости . ЦРК Пресс.
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Аббуд Ж.-ЛМ, Нотарио Р. (1999) Критическая компиляция шкал параметров растворителей. часть I. Чистые растворители-доноры без водородных связей – технический отчет . Чистое приложение. хим. 71(4), 645–718 (документ ИЮПАК с большой таблицей (1b) параметра растворимости Хильдебранда (δ H ))