Научная статья на тему 'Исследование влияния фуллерена С60 на теплофизические свойства орто-ксилола и хлорбензола'

Исследование влияния фуллерена С60 на теплофизические свойства орто-ксилола и хлорбензола Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

CC BY
165
29
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ФУЛЛЕРЕН / РАСТВОР / РАСТВОРИТЕЛЬ / ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА / FULLERENE / SOLUTION / SOLVEN / THERMOPHYSICAL PROPERTIES

Аннотация научной статьи по химическим наукам, автор научной работы — Содиков Ф., Табаров С. Х., Туйчиев Ш., Акназарова Ш., Туйчиев Л.

Определены концентрационные зависимости плотности ρ, температур кипения Ткип., плавления Тпл и скорости испарения V растворов фуллерена С60 в орто-ксилоле и хлорбензоле. Во всех случаях концентрационные изменения теплофизических свойств фуллеренсодержащих растворов оказались единообразными. Концентрационные зависимости Ткип. могут быть разделены на две области: область 1) резкого возрастания Ткип при самых малых концентрациях фуллерена; область 2) более медленного возрастания или даже неизменности Ткип. Область 1) связывается со структурированием растворителей. Результаты обработки зависимостей в области 2) в соответствии с законом Рауля позволили оценить параметры кооперативности взаимодействия молекул фуллерена и растворителей.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по химическим наукам , автор научной работы — Содиков Ф., Табаров С. Х., Туйчиев Ш., Акназарова Ш., Туйчиев Л.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

The study influence of C60 on the thermophysical properties of ortho-xylene and chlorobenzene

In this article we study the effect of C60 on the thermal properties of ortho-xylene and chlorobenzene. On the basis of studies the parameters of cooperative interaction of fullerene molecules from solvent molecules were determined.

Текст научной работы на тему «Исследование влияния фуллерена С60 на теплофизические свойства орто-ксилола и хлорбензола»

ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК РЕСПУБЛИКИ ТАДЖИКИСТАН _2016, том 59, №5-6_

ФИЗИКА ПОЛИМЕРОВ

УДК 541.64:539.2

Ф.Содиков, С.Х.Табаров, Ш.Туйчиев, Ш.Акназарова, Л.Туйчиев

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ФУЛЛЕРЕНА С60 НА ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ОРТО-КСИЛОЛА И ХЛОРБЕНЗОЛА

Таджикский национальный университет

(Представлено членом-корреспондентом АН Республики Таджикистан Х.Х.Муминовым 14.03.2016 г.)

Определены концентрационные зависимости плотности р, температур кипения Ткип., плавления Тт и скорости испарения Vрастворов фуллерена С60 в орто-ксилоле и хлорбензоле. Во всех случаях концентрационные изменения теплофизических свойств фуллеренсодержащих растворов оказались единообразными. Концентрационные зависимости Ткип. могут быть разделены на две области: область 1) резкого возрастания Ткип при самых малых концентрациях фуллерена; область 2) более медленного возрастания или даже неизменности Ткип. Область 1) связывается со структурированием растворителей. Результаты обработки зависимостей в области 2) в соответствии с законом Рауля позволили оценить параметры кооперативности взаимодействия молекул фуллерена и растворителей.

Ключевые слова: фуллерен, раствор, растворитель, теплофизические свойства.

Одноядерные ароматические растворители орто-ксилол и хлорбензол наряду с другими растворителями используются не только для извлечения фуллеренов из исходного продукта - фуллере-новой сажи, но и в технологии получения полимерных нанокомпозитов из растворов [1-8]. Однако в литературе данных о теплофизических свойствах растворов фуллеренов в этих растворителях практически нет, за исключением редких публикаций по растворимости фуллеренов в них [1].

В настоящей работе исследованы концентрационные зависимости плотности, скорости испарения, температуры кипения и плавления растворов фуллерена С6о в орто-ксилоле СбН4(СН3)2 и хлорбензоле С6Н5С1.

В работе использовали фуллерен С60 с химической чистотой 99.7%, растворители орто-ксилол и хлорбензол марок «ХЧ» после двукратной перегонки.

Концентрацию растворов фуллерена С60 меняли в пределах масс.%. Методики при-

готовления образцов, определения их теплофизических характеристик и обработки экспериментальных результатов описаны в [2,3]. Все измерения проводили при атмосферном давлении 704 мм рт.ст. и температуре 22°С.

На рис.1 -4 представлены закономерности изменения плотности, скорости испарения, температуры кипения Ткип и плавления (замерзания) Тпл в зависимости от концентрации С фуллерена С60. Из рис. 1-4 видно, что изменения плотности р(С), скорости испарения Уисп(С), Ткип(С) и Тпл(С) для обеих систем растворов носят единообразный характер.

Адрес для корреспонденции: Туйчиев Шарофиддин. 734025, Республика Таджикистан, г.Душанбе, пр.Рудаки, 17, Таджикский науиональный университет. E-mail: tuichiev@mail.ru

Рис.1. Концентрационная зависимость плотности растворов С6о в орто-ксилоле (а) и в хлорбензоле (б).

Величины р(С) растворов С6о в орто-ксилоле и хлорбензоле с ростом концентрации С, сначала уменьшаются (рис.1 а, б), проходят через некоторый минимум, а затем увеличиваются.

В [7] на примере растворов фуллерена С60 и С70 в бензоле, толуоле и параксилоле было показано, что в указанных растворителях сосуществуют две различные структуры (фазы): более упорядоченная (I) и менее упорядоченная (II). При введении малых количеств фуллеренов С60 и С70 в растворителе происходит фазовый переход структуры (II) в структуру (I), что объясняет выделение тепла. Однако формирование структуры I сопряжено с образованием значительного свободного объёма и, соответственно, падением плотности раствора в целом. Как только фазовый переход заканчивается, снижение плотности прекращается, и дальнейшее увеличение концентрации фуллерена приводит к росту плотности раствора.

Таким образом, характер концентрационной зависимости плотности растворов С60 в орто-ксилоле и хлорбензоле хорошо согласуется с данными, полученными для других производных бензола [1-4,7,8].

В [3-6] исследовано влияние концентрации фуллерена С60 на температуру кипения Ткип. растворов в бензоле, толуоле, параксилоле и орто-дихлорбензоле. Во всех случаях концентрационные зависимости Ткип могут быть разделены на две области: 1) резкого возрастания Ткип при самых малых концентрациях фуллерена; 2) более медленного возрастания или неизменности Ткип. Область 1) связывали со структурированием растворителей под действием фуллерена, то есть с образованием дополнительной доли структуры I. Различия в характере зависимостей в области 2) предположительно объяснялись различиями в симметрии молекул растворителя. Более симметричные молекулы (бензол, параксилол) давали возрастающие зависимости, менее симметричные молекулы (толуол, орто-дихлорбензол) дают неизменность Ткип или же ее слабо замедленный рост.

Молекулы орто-ксилола и хлорбензола обладают такой же симметрией, что и толуол. Поэтому, как и следовало ожидать, для растворов С60 в орто-ксилоле и хлорбензоле наблюдается сначала резкое повышение температуры кипения, а затем ее неизменность (рис. 2 а, б). Последнее означает, что после первоначального упорядочения молекул орто-ксилола и хлорбензола ассоциаты их молекул вокруг молекул фуллерена не образуются, по крайней мере, при температурах, близких к кипению.

На рис.3а,б представлены концентрационные зависимости скорости испарения растворов С6о в орто-ксилоле (рис.За) и в хлорбензоле (рис.Зб). Зависимости Ткип.(С) резко немонотонны: сначала наблюдается резкий всплеск скорости испарения, обусловленный, по-видимому, образованием областей с пониженной плотностью; после достижения критической концентрации дальнейшее ее увеличение приводит к росту плотности раствора и снижению скорости испарения.

Рис.2. Концентрационная зависимость температуры кипения растворов С60 в орто-ксилоле (а) и в хлорбензоле (б).

Рис.3. Концентрационная зависимость удельной скорости испарения растворителя из растворов С60

в орто-ксилоле (а) и в хлор-бензоле (б).

Что касается зависимостей Тдл(С) (рис.4а, б), то при малых С они резко уменьшаются, а затем при больших концентрациях происходит их медленное снижение, то есть зависимости Тдл(С) являются, как бы инверсией зависимостей Ткип(С) .

Концентрация.

Рис.4. Концентрационная зависимость температуры плавления (замерзания) растворов С60

в орто-ксилоле (а) и в хлорбензоле (б).

Начальные участки резкого возрастания Ткип(С) и снижения Тпл(С) соответствуют структуризации растворителей, а конечные участки связаны с проявлением симметрии молекул растворителя. Замедленный рост Ткип(С) и снижение Тпл(С) при больших концентрациях связаны с относительно низкой симметрией молекул хлорбензола и орто-ксилола.

По данным Ткип(С) и Тпл(С) [5,6], были произведены оценки параметров кооперативности Ккооп систем растворов С60 в хлорбензоле и орто-ксилоле: для раствора в хлорбензоле по зависимости Ткип(С) Ккооп~110, по зависимости Тпл(С) Ккооп «130; для раствора в орто-ксилоле по зависимости Ткип(С) КК(Юп ~ 80; по зависимости Тпл(С) КК(Юп ~ 140.

Оценка параметра кооперативности по данным Тпл(С) дает несколько большее значение, чем по данным Ткип.(С). Это можно объяснить тем, что при повышении температуры ассоциаты постепенно разрушаются и могут полностью разрушиться при приближении к температуре кипения.

Отметим, что определение числа молекул в ассоциате растворенного вещества с молекулами растворителя является распространенным экспериментальным приемом [9], однако до сих пор рассчитываемое число молекул в ассоциате не превышало нескольких единиц, тогда как в рассматриваемых нами случаях число молекул растворителя в ассоциате с молекулой фуллерена достигает сотни.

Следует также отметить, что наличие ассоциатов, по-видимому, должно препятствовать агрегации молекул фуллеренов. Поэтому, например, для получения более однородных фуллерено-полимерных систем предпочтительнее использовать растворители с симметричными молекулами и при не очень высоких температурах.

Таким образом, растворы фуллерена С60 в орто-кислоле и хлорбензоле ведут себя так же, как и другие растворы фуллеренов в растворителях со слабой симметрией молекул. Это проявляется в концентрационных зависимостях плотности растворов, их температур кипения и плавления, скорости испарения в комнатных условиях.

Работа выполнена в рамках плана научно-исследовательских работ НИИ Таджикского национального университета.

Поступило 01.03.2016 г.

ЛИТЕРАТУРА

1. Мекалова Н.В. Фуллерены в растворах. - Уфа: Уфимский гос. нефтяной технический университет, 2001, 107 с.

2. Гинзбург Б.М., Туйчиев Ш., Табаров С.Х. - Письма в ЖТФ, 2007, т.33, №15, с.22-26.

3. Гинзбург Б.М., Туйчиев Ш., Табаров С.Х. - Кристаллография, 2008, т.53, №4, с.661-665.

4. Гинзбург Б.М., Туйчиев Ш., Табаров С.Х. - Журнал прикладной химии, 2008, т.81, №6, с.1027-1029.

5. Гинзбург Б.М., Туйчиев Ш., Табаров С.Х., Акназарова Ш., Аловиддинов А., Свойства растворов фуллерена Сбо в бромбензоле. - ДАН РТ, 2009, т.52, №3, с.212-216.

6. Туйчиев Ш., Табаров С.Х., Акназарова Ш., Гинзбург Б.М., Саломов Дж.А. Влияние концентрации фуллерена С60 на температуру плавления его растворов в n-ксилоле. - Изв. АН РТ. Отд.физ.-мат., хим., геол. и техн. н., 2010, №1(138), с.65-69.

7. Ginzburg B.M., Tuichiev Sh., Tabarov Saadi Kh. Formation of the Zero Density Regions Dirung the Dissolving of C60 and C70. - J. Macromol.Sci., Part B, Phys., 2013, v.52, №6, pp.773-787.

8. Гинзбург Б.М., Туйчиев Ш., Рашидов Д. и др. Влияние фуллерена С60 на структуру и механические свойства полиэтилена. - Высокомолек. соедин., серия А, 2011, т.53, №6, с.883-896.

9. Полинг Л. Общая химия. Изд.3. Пер. с англ. под. ред. Карапетьянца М.Х. - М.: Мир, 1974, 408 с.

Ф.Содиков, С.Х.Табаров, Ш.Туйчиев, Ш.Акназарова, Л.Туйчиев

ТАЗДИЦИ ТАЪСИРИ ФУЛЛЕРЕНИ Сбо БА ХОСИЯТ^ОИ ГАРМОФИЗИКИИ ОРТО-КСИЛОЛ ВА ХЛОРБЕНЗОЛ

Институти илмию тах^кцкртии Донишгохи миллии Тоцикистон

Дар маколаи мазкур таъсири фуллерени Сбо ба хосиятхои гармофизикии халкунандахо-орто-ксилол ва хлорбензол омухта шудааст. Дар асоси ин тадкикотхо параметрхои кооперати-вии таъсири байнихамдигарии молекулахои фуллерен бо молекулахои халкунандахо муайян карда шудаанд.

Калимахои калиди: фуллерен, маулул, уалкунанда, хосиятхои гармофизикй.

F.Sodikov, S.Kh.Tabarov, Sh.Tuichiev, Sh.Aknazarova, L.Tuichiev THE STUDY INFLUENCE OF C60 ON THE THERMOPHYSICAL PROPERTIES OF ORTHO-XYLENE AND CHLOROBENZENE

Research Institute of the Tajik National University

In this article we study the effect of C60 on the thermal properties of ortho-xylene and chlorobenzene. On the basis of studies the parameters of cooperative interaction of fullerene molecules from solvent molecules were determined.

Key words: fullerene, solution, solven, thermophysical properties.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.