Parametr rozpuszczalności Hildebranda
Parametr rozpuszczalności Hildebranda (δ) zapewnia liczbowe oszacowanie stopnia interakcji między materiałami i może być dobrym wskaźnikiem rozpuszczalności , szczególnie w przypadku materiałów niepolarnych, takich jak wiele polimerów . Materiały o podobnych wartościach δ prawdopodobnie będą mieszalne .
Definicja
Parametr rozpuszczalności Hildebranda jest pierwiastkiem kwadratowym gęstości energii spójności :
Spójna gęstość energii to ilość energii potrzebna do całkowitego usunięcia jednostkowej objętości cząsteczek od ich sąsiadów do nieskończonej separacji ( gaz doskonały ). Jest to równe iloczynowi ciepła parowania związku przez jego objętość molową w fazie skondensowanej. Aby materiał się rozpuścił, te same interakcje muszą zostać przezwyciężone, ponieważ cząsteczki są oddzielone od siebie i otoczone rozpuszczalnikiem. W 1936 roku Joela Henry'ego Hildebranda zasugerował pierwiastek kwadratowy gęstości energii spójności jako wartość liczbową wskazującą zachowanie wypłacalności. To później stało się znane jako „parametr rozpuszczalności Hildebranda”. Materiały o podobnych parametrach rozpuszczalności będą mogły oddziaływać ze sobą, powodując solwatację , mieszalność lub pęcznienie.
Zastosowania i ograniczenia
Jego główną użytecznością jest to, że zapewnia proste prognozy równowagi fazowej w oparciu o pojedynczy parametr, który można łatwo uzyskać dla większości materiałów. Przewidywania te są często przydatne w przypadku układów niepolarnych i lekko polarnych ( moment dipolowy < 2 deby [ potrzebne źródło ] ) bez wiązań wodorowych. Znalazł szczególne zastosowanie w przewidywaniu rozpuszczalności i pęcznienia polimerów pod wpływem rozpuszczalników. Dla cząsteczek polarnych zaproponowano bardziej skomplikowane trójwymiarowe parametry rozpuszczalności, takie jak parametry rozpuszczalności Hansena .
Głównym ograniczeniem podejścia opartego na parametrach rozpuszczalności jest to, że ma ono zastosowanie tylko do powiązanych rozwiązań („podobne rozpuszcza podobne” lub, technicznie rzecz biorąc, dodatnie odchylenia od prawa Raoulta ): nie może uwzględniać ujemnych odchyleń od prawa Raoulta, które wynikają z efektów takich jak solwatacja lub tworzenie kompleksów donor-akceptor elektronów. Jak każda prosta teoria prognostyczna, może ona wzbudzać zbytnią pewność siebie: najlepiej nadaje się do przesiewania z danymi służącymi do weryfikacji przewidywań. [ potrzebne źródło ]
Jednostki
Konwencjonalne jednostki parametru rozpuszczalności to ( kalorie na cm 3 ) 1/2 lub cal 1/2 cm -3/2 . Jednostki układu SI to J 1/2 m −3/2 , co odpowiada paskalowi 1/2 . 1 kaloria to 4,184 J.
1 cal 1/2 cm −3/2 = (4,184 J) 1/2 (0,01 m) −3/2 = 2,045 10 3 J 1/2 m −3/2 = 2,045 MPa 1/2 .
Biorąc pod uwagę niedokładny charakter użycia δ, często wystarczy powiedzieć, że liczba w MPa 1/2 jest dwukrotnie większa od liczby w cal 1/2 cm −3/2 . Tam, gdzie jednostki nie są podane, na przykład w starszych książkach, zwykle bezpiecznie jest przyjąć jednostkę spoza układu SI.
Przykłady
| Substancja | δ [cal 1/2 cm −3/2 ] | δ [MPa 1/2 ] |
|---|---|---|
| n-pentan | 7.0 | 14.4 |
| n-heksan | 7.24 | 14,9 |
| Eter dietylowy | 7.62 | 15.4 |
| Octan etylu | 9.1 | 18.2 |
| Chloroform | 9.21 | 18.7 |
| dichlorometan | 9,93 | 20.2 |
| Aceton | 9.77 | 19.9 |
| 2-propanol | 11.6 | 23,8 |
| Etanol | 12.92 | 26,5 |
| PTFE | 6.2 | |
| Polietylen) | 7.9 | |
| poli(propylen) | 8.2 | 16.6 |
| Polistyren) | 9.13 | |
| poli(tlenek fenylenu) | 9.15 | |
| PCW | 9.5 | 19,5 |
| Poliuretan (PU/PUR) | 8.9 | |
| ZWIERZAK DOMOWY | 10.1 | 20,5 |
| Nylon 6,6 | 13.7 | 28 |
| Poli(metakrylan metylu) | 9.3 | 19.0 |
| (hydroksyetylo)metakrylan | 25–26 | |
| poli(HEMA) | 26,93 | |
| Glikol etylenowy | 29,9, 33,0 |
Z tabeli wynika, że poli(etylen) ma parametr rozpuszczalności 7,9 cal 1/2 cm -3/2 . Dobrymi rozpuszczalnikami są prawdopodobnie eter dietylowy i heksan . (Jednak PE rozpuszcza się tylko w temperaturach znacznie powyżej 100 ° C.) Poli(styren) ma parametr rozpuszczalności 9,1 cal 1/2 cm -3/2 , a zatem octan etylu jest prawdopodobnie dobrym rozpuszczalnikiem. Nylon 6,6 ma parametr rozpuszczalności 13,7 cal 1/2 cm -3/2 , a etanol jest prawdopodobnie najlepszym rozpuszczalnikiem spośród podanych w tabeli. Jednak ta ostatnia jest polarna, dlatego powinniśmy być bardzo ostrożni, jeśli chodzi o używanie tylko parametru rozpuszczalności Hildebranda do przewidywania.
Zobacz też
Notatki
Bibliografia
Barton, AFM (1991). Podręcznik parametrów rozpuszczalności i innych parametrów spójności (wyd. 2). Prasa CRC.
Barton, AFM (1990). Podręcznik parametrów interakcji cieczy polimerowych i innych parametrów rozpuszczalności . Prasa CRC.
Linki zewnętrzne
- Abboud J.-LM, Notario R. (1999) Krytyczna kompilacja skal parametrów rozpuszczalnika. część I. Czyste, nie będące donorami wiązań wodorowych rozpuszczalniki – raport techniczny . czysta aplikacja chemia 71 (4), 645–718 (dokument IUPAC z dużą tabelą (1b) parametru rozpuszczalności Hildebranda (δ H ))