IV Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2012

Целью данной  работы  является  термодинамический  анализ  реакции гидрирования

 n-хлорнитробензола (ХНБ)  и выбор оптимального растворителя. Между скоростью реакции гидрирования и природой индивидуального или бинарного растворителя существует определенная зависимость [1,2].

Реакция гидрирования протекает по схеме: NО₂С₆H₄Cl + 3Н₂ → NН₂С₆H₄Cl + 2Н₂О.

 Нами был проведен термодинамический анализ изучаемой реакции. Были рассчитаны DH⁰_r,T, DS⁰_r,T, DG⁰_r,T и константа равновесия  в интервале температур от 293 до 323К с использованием эмпирических методов. Результаты расчета представлены в таблице.

Т, К	DH0r,T кДж/моль	DS0r,T Дж/(моль×К)	DG0r,T кДж/моль	Кр
293	-525,46	-281,50	-442,98	9,46∙1078
303	-524,91	-278,80	-440,43	8,51∙1075
313	-524,36	-276,23	-437,90	1,20∙1073
323	-523,80	-273,79	-435,37	2,56∙1070

Из таблицы видно, что в выбранном интервале температур реакция термодинамически возможна, является экзотермической, причем с ростом температуры  константа равновесия уменьшается.

Потенциометрический метод гидрирования предполагает измерение скорости реакции и потенциала системы «катализатор-ХНБ-Н₂», при обязательном наличии растворителя в системе. В качестве растворителей были изучены: этиловый, изопропиловый и изоамиловый спирты.  Было найдено, что n-хлорнитробензол практически не растворяется в воде, что согласуется с литературными данными, поэтому провести процесс его гидрирования в водной среде не представилось возможным. Изучение влияния растворимости трехкомпонентной системы «ХНБ - вода - растворитель» проводили следующим образом. В колбу  с притертой  пробкой помещали 5 мл растворителя и  п-хлорнитробезол,  масса которого изменялась. Растворы титровали  из микробюретки дистиллированной водой до появления мути. После добавления воды, колбу закрывали пробкой и тщательно встряхивали. Если муть, исчезающая при отстаивании, появляется вновь при повторных встряхиваниях, считается, что титрование окончено. Массовую долю ХНБ и растворителя в двухкомпонентной системе рассчитывали по формулам:                           

Содержание воды в трехкомпонентной системе, считали следующим образом:

Было найдено, что ХНБ практически нерастворим ни в воде, ни в изученных этиловом, изопропиловом и изоамиловом спиртах. Области растворимости ХНБ в трехкомпонентных  системах очень малы, поэтому при приготовлении двухкомпонентных систем использовали нагревание. При растворении ХНБ в воде образуется устойчивая эмульсия, а при ее нагревании наблюдается появление маслянистых  пятен, плавающих на поверхности воды. При охлаждении этой системы наблюдается появление кристаллов при  65 ºС. При нагревании системы «ХНБ - этанол» до ~ 70 ºС, происходит растворение кристаллов, а при охлаждении этой смеси до 25 ºС, осадок так и не выпадал. При добавлении к этому раствору небольших количеств воды наблюдается небольшая растворимость компонентов друг в друге. Гетерогенная часть системы представлена студнеобразным жироподобным осадком лимонного цвета. Поэтому можно сделать вывод, что приготовленная таким образом система «ХНБ - этанол - вода», может быть использована для гидрирования.

Литература

1. Бутов Г.М.,  Зорина Г.И., Курунина Г.М. Изучение влияния концентрации этилового спирта на скорость гидрирования n-нитротолуола на платиновых катализаторах, нанесённых на оксид гадолиния // Изв. ВолгГТУ. Серия "Химия и технология элементоорганических мономеров и полимерных материалов". Вып. 6: межвуз. сб. науч. ст. / ВолгГТУ. - Волгоград, 2009. - № 2. - C. 87-90.

2. Шошина Н. В.,  Шапка Г.А.,  Зорина Г.И.,  Курунина Г.М.,   Бутов Г.М.   Гидрирование

п-нитротолуола в водно-спиртовой среде на 1% платиновых катализаторах, нанесенных на оксиды редкоземельных элементов // Материалы   III Международной научной студенческой конференции "Научный потенциал студенчества в XXI веке", Т.1, Естественные и точные науки, технические и прикладные науки. г.Ставрополь.- 2009.- С.176.

Код для цитирования: Скопировать