Параметр растворимости Гильдебранда (δ) обеспечивает численную оценку степени взаимодействия между материалами и может быть хорошим показателем растворимости , особенно для неполярных материалов, таких как многие полимеры . Материалы с аналогичными значениями δ могут быть смешиваемыми .
Определение [ править ]
Параметр растворимости Гильдебранда - это квадратный корень из плотности энергии когезии :
Плотность когезионной энергии - это количество энергии, необходимое для полного удаления единицы объема молекул от их соседей до бесконечного разделения ( идеальный газ ). Это равно теплоте испарения соединения, деленной на его молярный объем в конденсированной фазе. Для растворения материала 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 когезионной энергии как числовое значение, указывающее на поведение платежеспособности. [1] Позже это стало известно как «параметр растворимости Гильдебранда». Материалы с аналогичными параметрами растворимости могут взаимодействовать друг с другом, что приводит к сольватации , смешиваемости или набуханию.
Использование и ограничения [ править ]
Его основная полезность заключается в том, что он обеспечивает простые прогнозы фазового равновесия на основе одного параметра, который легко получить для большинства материалов. Эти прогнозы часто полезны для неполярных и слабополярных ( дипольный момент <2 дебай [ необходима цитата ] ) систем без водородных связей. Он нашел особое применение для предсказания растворимости и набухания полимеров растворителями. Для полярных молекул были предложены более сложные трехмерные параметры растворимости, такие как параметры растворимости Хансена .
Принципиальным ограничением подхода с использованием параметра растворимости является то, что он применим только к ассоциированным растворам («подобное растворяется в подобном» или, технически говоря, положительные отклонения от закона Рауля ): он не может учитывать отрицательные отклонения от закона Рауля, которые возникают в результате таких эффектов, как сольватация. или образование электронодонорно-акцепторных комплексов. Как и любая простая теория прогнозирования, она может внушать чрезмерную уверенность: ее лучше всего использовать для проверки данных, используемых для проверки прогнозов. [ необходима цитата ]
Единицы [ править ]
Общепринятыми единицами измерения параметра растворимости являются ( калории на см 3 ) 1/2 или кал 1/2 см -3/2 . Эти единицы СИ являются J 1/2 м -3/2 , что эквивалентно паскаль 1/2 . 1 калория равна 4,184 Дж.
1 кал 1/2 см −3/2 = (4,184 Дж) 1/2 (0,01 м) −3/2 = 2,045 · 10 3 Дж 1/2 м −3/2 = 2,045 МПа 1/2 .
Учитывая неточный характер использования δ, часто достаточно сказать, что число в МПа 1/2 вдвое больше числа в кал 1/2 см –3/2 . Если единицы не указаны, например, в старых книгах, обычно можно с уверенностью принять единицы, не относящиеся к системе СИ.
Примеры [ править ]
| Вещество | δ [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 |
| Ацетат этила | 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 |
| Этиловый спирт | 12,92 | 26,5 |
| PTFE | 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 (PU / PUR) | 8,9 [3] | |
| ДОМАШНИЙ ПИТОМЕЦ | 10,1 [3] | 20,5 |
| Нейлон 6,6 | 13,7 [3] | 28 |
| Полиметилметакрилат) | 9,3 [3] | 19,0 |
| (Гидроксиэтил) метакрилат | 25–26 [4] | |
| поли (НЕМА) | 26,93 [4] | |
| Этиленгликоль | 29,9, [4] 33,0 |
Из таблицы видно , что поли (этилен) имеет параметр растворимости 7,9 кал 1/2 см -3/2 . Хорошими растворителями могут быть диэтиловый эфир и гексан . (Однако полиэтилен растворяется только при температурах значительно выше 100 ° C.) Поли (стирол) имеет параметр растворимости 9,1 кал 1/2 см -3/2 , и поэтому этилацетат, вероятно, будет хорошим растворителем. Нейлон 6,6 имеет параметр растворимости 13,7 кал 1/2 см −3/2., и этанол, вероятно, будет лучшим растворителем из перечисленных в таблице. Однако последний является полярным, и поэтому мы должны быть очень осторожны при использовании только параметра растворимости Гильдебранда для прогнозирования.
См. Также [ править ]
- Растворитель
- Параметры растворимости Хансена
Ссылки [ править ]
Примечания [ править ]
- ^ а б Джон Берк (1984). «Часть 2. Параметр растворимости Гильдебранда» . Проверено 4 декабря 2013 .
- ^ a b c d «Примеры параметров растворимости» . Проверено 20 ноября 2007 .
- ^ a b c d e f Vandenburg, H .; и другие. (1999). «Простой метод подбора растворителя для ускоренной экстракции добавок из полимеров» . Аналитик . 124 (11): 1707–1710. DOI : 10.1039 / a904631c .
- ^ a b c Квок А.Ю., Цяо Г.Г., Соломон Д.Х. (2004). «Синтетические гидрогели 3. Действие растворителя на поли (2-гидроксиэтилметакрилат) сети». Полимер . 45 : 4017–4027. DOI : 10.1016 / j.polymer.2004.03.104 .CS1 maint: использует параметр авторов ( ссылка )
Библиография [ править ]
Бартон, AFM (1991). Справочник по параметрам растворимости и другим параметрам когезии (2-е изд.). CRC Press.
Бартон, AFM (1990). Справочник по параметрам взаимодействия полимеров с жидкостью и другим параметрам растворимости . CRC Press.
Внешние ссылки [ править ]
- Аббуд Ж.-Л.М., Нотарио Р. (1999) Критическая компиляция шкал параметров растворителя. Часть I. Чистые растворители-доноры без водородных связей - технический отчет . Pure Appl. Chem. 71 (4), 645–718 (документ ИЮПАК с большой таблицей (1b) параметра растворимости Гильдебранда (δ H ))
