научная статья по теме РАСЧЕТ ТЕПЛОТ СГОРАНИЯ АЗОТОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ ПО АДДИТИВНОЙ СХЕМЕ Химическая технология. Химическая промышленность

Текст научной статьи на тему «РАСЧЕТ ТЕПЛОТ СГОРАНИЯ АЗОТОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ ПО АДДИТИВНОЙ СХЕМЕ»

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ, 2009, том 43, № 1, с. 114-123

УДК 541.11

РАСЧЕТ ТЕПЛОТ СГОРАНИЯ АЗОТОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ ПО АДДИТИВНОЙ СХЕМЕ

© 2009 г. Е. В. Сагадеев, А. А. Гимадеев, В. П. Барабанов

Казанский государственный технологический университет sagadeev@list.ru Поступила в редакцию 23.06.2008 г.

Проанализированы экспериментальные значения теплот сгорания около ста пятидесяти азоторга-нических соединений. Произведен расчет групповых вкладов, и на основе аддитивной схемы вычислены теплоты сгорания широкого ряда азоторганических соединений различных классов.

Экспериментальное определение теплот сгорания органических соединений, особенно содержащих в своем составе атом азота с различной степенью координации, может быть затруднено в силу наличия целого ряда причин [1]. Поэтому на практике важно иметь надежные методы расчета теплот сгорания органических соединений. Использование для этой цели, например, закона Гесса не всегда возможно из-за отсутствия необходимых данных по теплотам образования исходных веществ. Применение для расчета теплот сгорания органических соединений эмпирических подходов -уравнений Караша [2], Коновалова [3], Хандрика [4], или, например, аддитивной схемы, предложенной Татевским с соавторами [5] также не всегда возможно.

В настоящем исследовании для вычисления термохимических характеристик азоторганических соединений была использована методика расчетов, детально описанная в работах [6-8]. Был применен многопараметровый аддитивный метод групповых вкладов по атомам, с учетом их ближайшего атомарного окружения, который, как уже отмечалось ранее [6], имеет целый ряд преимуществ по сравнению с другими методами расчета теплот сгорания органических соединений.

Органические производные трехкоординиро-ванного атома азота занимают особое место среди других классов органических соединений, так как проявляют целый спектр практически полезных свойств. Производные трехкоординированного атома азота используются как лекарства, выступают в качестве высокоэнергетического топлива (гидразины) [9] или взрывчатых веществ (нитросо-единения) [10]. Однако как следует из литературы, термохимия этого класса соединений изучена далеко не в полной мере.

В настоящей работе в продолжение исследования термохимии сгорания органических соединений [6-8] предпринята попытка собрать и проанализировать на основе аддитивной схемы теплоты сгора-

ния широкого ряда производных трехкоординированного атома азота самого различного строения.

Исходя из собственных и литературных экспериментальных данных, представленных в табл. 1-11, был рассчитан широкий набор азотсодержащих групповых вкладов в стандартную теплоту сгорания (табл. 12). Для каждого группового вклада в табл. 12 приведены статистические параметры их определения - число реперных точек n и стандартное отклонение а.

Экспериментальные данные, использовавшиеся для расчета по аддитивной схеме групповых вкладов в теплоту сгорания, помечены в табл. 1-11 знаком "*". Расчет групповых вкладов проводился с помощью последней версии компьютерной программы Enthalpy [8].

Обозначение инкрементов дано согласно модифицированной в работе символике групповых вкладов, ранее предложенной Бенсоном-Бассом, в соответствии с которой запись химического состава группы атомов осуществляется в строку [85-87]. Так, например, N^-группа в первичных алифатических аминах обозначается N-(C)(H)2, NH-группа во вторичных алифатических аминах - N-(C)2(H), а атом азота в третичных алифатических аминах -N-(C)3. Ароматический азот, связанный с двумя ароматическими атомами углерода в пиридине, обозначается NB-(CB)2. Атом углерода, связанный с другим атомом углерода, а также с нитрогруппой и двумя атомами водорода в нитроалканах, обозначается C-(C)(NO2)(H)2 [88, 89] и т.д.

С учетом ранее вычисленных групповых вкладов, из работы [6] и данных табл. 12 был проведен расчет теплот сгорания азоторганических соединений в табл. 1-11. Расчет осуществляется с помощью вышеуказанной компьютерной программы Enthalpy. Теплоты парообразования соединений, необходимые для расчета теплот сгорания в газовой фазе, были вычислены аналогично по аддитивной схеме на основе данных работы [90] и табл. 13, где

Таблица 1. Экспериментальные и расчетные значения теплот сгорания и парообразования первичных алифатических аминов (Т = 298.15 К, Р = 101325 Па)

Соединение Теплота сгорания, кДж/моль Теплота парообразования, кДж/моль Теплота сгорания в газовой фазе, кДж/моль

эксперимент расчет эксперимент расчет эксперимент расчет

Метиламин 1071.5 [11]* 1073.2 - - 1071.5 [11] 1073.2

Этиламин 1715.0 [12]* 1714.4 - - 1715.0 [12] 1714.4

н-Пропиламин 2365.3 [13] 2366.7 31.3 [13] 31.3 2396.6 [13] 2398.0

изо-Пропиламин 2354.5 [13] 2356.8 28.7 [13] 28.7 2383.0 [13] 2385.5

н-Бутиламин 3018.5 [14]* 3019.0 35.8 [15] 36.0 - 3055.0

втор-Бутиламин 3008.6 [14]* 3009.1 32.8 [15] 33.5 3040.0 [14] 3042.6

н-Пентиламин - 3671.3 40.1 [15] 40.8 - 3712.1

н-Гексиламин 4292.8 [12] 4323.6 45.1 [15] 45.6 - 4369.2

н-Гептиламин 4949.7 [12] 4975.9 50.0 [15] 50.3 - 5026.2

н-Октиламин 5635.4 [16] 5628.2 54.6 [16] 55.1 5690.0 [16] 5683.3

н-Нониламин - 6280.4 - 59.9 - 6340.3

н-Дециламин - 6932.7 - 64.6 - 6997.3

2-Метил-1-пропиламин 3013.5 [17]* 3012.7 33.9 [17] 34.0 3047.4 [17] 3046.7

3-Метил-1-бутиламин 3639.2 [12] 3665.0 - 38.8 - 3703.8

Этилендиамин 1867.3 [17]* 1869.1 - 40.3 - 1909.4

Таблица 2. Экспериментальные и расчетные значения теплот сгорания и парообразования вторичных алифатических аминов (Т = 298.15 К, Р = 101325 Па)

Соединение Теплота сгорания, кДж/моль Теплота парообразования, кДж/моль Теплота сгорания в газовой фазе, кДж/моль

эксперимент расчет эксперимент расчет эксперимент расчет

Диметиламин 1749.7 [12] 1763.2 - - 1749.7 [12] 1763.2

Диэтиламин 3035.5 [12] 3045.7 31.2 [18] 30.3 - 3076.0

Ди-н-пропиламин 4350.1 [19]* 4350.2 38.1 [19] 39.8 4388.2 [19] 4390.0

Диизопропиламин 4333.8 [19] 4330.4 34.7 [19] 34.8 4368.5 [19] 4365.2

Ди-н-бутиламин 5657.4 [20] 5654.8 49.5 [15] 49.3 5692.5 [21] 5704.1

Диизобутиламин 5637.9 [19] 5642.3 44.8 [19] 45.3 5682.7 [19] 5687.6

Дивторбутиламин 5635.8 [19]* 5635.0 43.9 [19] 44.3 5679.8 [19] 5679.3

Ди-н-пентиламин - 6959.4 - 58.9 - 7018.3

Диизопентиламин 6974.3 [12] 6946.8 - 54.9 - 7001.7

Изобутилбутиламин 5647.7 [22]* 5648.5 - 47.3 5688.7 [22] 5695.8

3-Метиламинопропиламин 3208.9 [23] 3211.4 - 45.7 - 3257.1

Таблица 3. Экспериментальные и расчетные значения теплот сгорания и парообразования третичных алифатических аминов (Т = 298.15 К, Р = 101325 Па)

Соединение Теплота сгорания, кДж/моль Теплота парообразования, кДж/моль Теплота сгорания в газовой фазе, кДж/моль

эксперимент расчет эксперимент расчет эксперимент расчет

Триметиламин 2430.1 [12] 2454.3 - - 2430.1 [12] 2454.3

Триэтиламин 4377.1 [24]* 4378.0 34.9 [18] 32.7 - 4410.7

Три-н-пропиламин 6335.7 [24]* 6334.8 46.1 [18] 47.0 - 6381.8

Три-изо-пропиламин - 6305.1 - 39.5 - 6344.6

Три-н-бутиламин 8299.2 [24] 8291.7 - 61.3 - 8353.0

Три-изо-бутиламин 8249.2 [12] 8272.9 - 55.3 - 8328.2

Три-н-пентиламин - 10248.5 - 75.7 - 10324.2

Три-изо-пентиламин 10277.2 [12] 10229.7 - 69.6 - 10299.3

Три-н-гексиламин - 12205.4 - 90.0 - 12295.4

М,М-Диметил-1,3-про- 3891.1 [25] 3902.4 - 45.0 - 3947.4

пандиамин

Таблица 4. Экспериментальные и расчетные значения теплот сгорания и парообразования ароматических аминов (Т = 298.15 К, Р = 101325 Па)

Соединение Теплота сгорания, кДж/моль Теплота парообразования, кДж/моль Теплота сгорания в газовой фазе, кДж/моль

эксперимент расчет эксперимент расчет эксперимент расчет

Анилин 3391.3 [26]* 3391.1 52.7 [27] 52.2 3441.5 [26] 3443.3

2-Метиланилин 4036.1 [28]* 4036.4 57.7 [28] 57.5 4093.8 [28] 4093.9

2-Этиланилин - 4689.1 - 62.3 - 4751.4

2,4-Диметиланилин 4655.5 [12] 4681.8 - 62.8 - 4744.6

2,4,5-Триметиланилин 5318.7 [12] 5327.2 - 68.1 - 5395.3

М-Метиланилин 4076.9 [29]* 4076.9 53.1 [27] 53.1 - 4130.0

М-Этиланилин 4724.2 [27] 4718.1 52.3 [27] 56.3 4776.5 [27] 4774.4

М,М-Диметиланилин 4767.7 [30]* 4767.7 52.8 [30] 52.8 4820.5 [30] 4820.5

М,М-Диэтиланилин 6062.6 [27] 6050.2 60.2 [31] 59.1 6119.1 [27] 6109.3

4-Аминоанилин 3509.3 [32] 3514.6 - 72.5 - 3587.1

Таблица 5. Экспериментальные и расчетные значения теплот сгорания и парообразования первичных алифатических амидов карбоновых кислот (Т = 298.15 К, Р = 101325 Па)

Соединение

Теплота сгорания, кДж/моль

Теплота парообразования, кДж/моль

Теплота сгорания : газовой фазе, кДж/моль

эксперимент расчет эксперимент расчет эксперимент расчет

Ацетамид 1184.6 [33]* 1182.9 - 71.3 - 1254.2

Пропанамид 1842.8 [33] 1844.8 - 73.8 - 1918.6

Бутанамид 2496.2 [34]* 2497.1 - 78.5 - 2575.6

изо-Бутанамид 2491.6 [35]* 2492.4 - 76.6 - 2569.0

Пентанамид 3157.1 [36] 3149.4 - 83.3 - 3232.7

изо-Пентанамид 3149.7 [37] 3143.1 - 81.3 - 3224.4

Гексанамид 3796.0 [34] 3801.7 - 88.1 - 3889.8

Гептанамид - 4454.0 - 92.8 - 4546.8

Октанамид 5104.5 [36] 5106.2 - 97.6 - 5203.8

Нонанамид - 5758.5 - 102.4 - 5860.9

Деканамид - 6410.8 - 107.2 - 6518.0

Таблица 6. Экспериментальные и расчетные значения теплот сгорания и парообразования вторичных алифатических амидов карбоновых кислот (Т = 298.15 К, Р = 101325 Па)

Соединение Теплота сгорания, кДж/моль Теплота парообразования, кДж/моль Теплота сгорания в газовой фазе, кДж/моль

эксперимент расчет эксперимент расчет эксперимент расчет

М-Метилацетамид М-Этилацетамид М-Пропилацетамид М-Бутилацетамид М-Метилпропанамид М-Бутилпентанамид 1867.2 [38] 2541.1 [38] 5793.6 [40]* 1880.5 2521.7 3174.0 3826.3 2542.4 5792.8 76.1 [39]* 63.0 66.2 70.9 75.7 65.4 87.7 - 1943.5 2587.9 3244.9 3902.0 2607.8 5880.5

Таблица 7. Экспериментальные и расчетные значения теплот сгорания и парообразования третичных алифатических амидов карбоновых кислот (Т = 298.15 К, Р = 101325 Па)

Соединение Теплота сгорания, кДж/моль Теплота парообразования, кДж/моль

эксперимент расчет эксперимент расчет

М,М-Диметилацетамид 2582.0 [41]* 2580.4 45.6 [42]* 46.4

М,М-Диметилпропанамид 3236.6 [43] 3242.3 52.9 [43] 48.8

М,М-Диметилбутана

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком