物理化学学报 >> 2020, Vol. 36 >> Issue (11): 2004014.doi: 10.3866/PKU.WHXB202004014
收稿日期:
2020-04-04
录用日期:
2020-04-24
发布日期:
2020-04-28
通讯作者:
佟静
E-mail:tongjinglnu@sina.com
基金资助:
Lu Liu, Yuping Xu, Xia Chen, Mei Hong, Jing Tong()
Received:
2020-04-04
Accepted:
2020-04-24
Published:
2020-04-28
Contact:
Jing Tong
E-mail:tongjinglnu@sina.com
Supported by:
摘要:
通过核磁共振(NMR)氢谱和碳谱表征1-烷基-3-甲基咪唑氯化物离子液体(1-乙基-3-甲基咪唑氯化物,1-丁基-3-甲基咪唑氯化物和1-己基-3-甲基咪唑氯化物)的结构,并借助热重仪器研究该类离子液体的蒸发特性。热重实验包括动态热重实验和恒温热重实验。前者的目的是确定实验样品的初始分解温度和恒温热重实验的温度范围。后者是在实验温度范围内记录实验样品的质量随时间的变化。借助Langmuir方程和Clausius-Clapeyron方程对数据进行拟合,从而获得该类离子液体在平均温度下的蒸发焓。查阅文献得到关于物质密度和表面张力的实验数据。借助本课题组之前提出的新模型,估算了1-辛基-3-甲基咪唑氯化物的蒸发焓,并将其与文献值进行比较。结果表明,估算值与文献值在同一数量级。与前期工作中的羧酸和氨基酸咪唑类离子液体的蒸发焓比较,发现阳离子相同时,变换阴离子会影响离子液体的蒸发焓,顺序为:氨基酸咪唑类>羧酸咪唑类>卤素咪唑类。结合三者的结构差异,推断上述顺序与分子间氢键有关。
MSC2000:
刘璐, 徐玉萍, 陈霞, 洪梅, 佟静. 1-烷基-3-甲基咪唑氯化物焓变的热重分析[J]. 物理化学学报, 2020, 36(11): 2004014.
Lu Liu, Yuping Xu, Xia Chen, Mei Hong, Jing Tong. Thermogravimetric Analysis of Enthalpy Variation of 1-Alkyl-3-methylimidazole Chloride[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2020, 36(11): 2004014.
表1
实验材料的纯度和来源"
Chemical name | Source | Purification method | Final mole fraction purity |
[C2mim]Cl a | Lanzhou Institute of Chemical Physics | solvent elution | > 0.99 |
[C4mim]Cl b | Lanzhou Institute of Chemical Physics | solvent elution | > 0.99 |
[C6mim]Cl c | Lanzhou Institute of Chemical Physics | solvent elution | > 0.99 |
表2
443.15–503.15 K,[Cnmim]Cl (n = 2, 4, 6)的?dm/dt值"
T/K | 1010(–dm/dt)/(kg·s?1) | r2 | sd | |
[C2mim]Cl | 443.15 | 0.549 ± 0.0171 | 0.9999 | 2.27 × 10?2 |
453.15 | 1.108 ± 0.0259 | 0.9990 | 9.44 × 10?2 | |
463.15 | 1.649 ± 0.0468 | 0.9978 | 1.33 × 10?1 | |
473.15 | 2.801 ± 0.0764 | 0.9959 | 3.21 × 10?1 | |
483.15 | 5.026 ± 0.128 | 0.9958 | 5.84 × 10?1 | |
493.15 | 9.104 ± 0.224 | 0.9959 | 1.05 × 100 | |
503.15 | 17.22 ± 0.406 | 0.9960 | 2.01 × 100 | |
[C4mim]Cl | 443.15 | 0.650 ± 0.0175 | 0.9999 | 2.04 × 10?2 |
453.15 | 1.116 ± 0.0272 | 0.9984 | 1.18 × 10?1 | |
463.15 | 1.894 ± 0.0618 | 0.9950 | 2.40 × 10?1 | |
473.15 | 3.626 ± 0.107 | 0.9946 | 4.81 × 10?1 | |
483.15 | 7.213 ± 0.220 | 0.9937 | 1.03 × 100 | |
493.15 | 12.17 ± 0.0515 | 0.9999 | 2.56 × 10?1 | |
503.15 | 24.79 ± 0.0513 | 1.0000 | 2.49 × 10?1 | |
[C6mim]Cl | 443.15 | 0.752 ± 0.0171 | 0.9999 | 2.58 × 10?2 |
453.15 | 1.464 ± 0.0322 | 0.9976 | 1.91 × 10?1 | |
463.15 | 2.570 ± 0.0720 | 0.9958 | 2.97 × 10?1 | |
473.15 | 4.970 ± 0.142 | 0.9947 | 6.50 × 10?1 | |
483.15 | 9.648 ± 0.271 | 0.9946 | 1.27 × 100 | |
493.15 | 18.57 ± 0.477 | 0.9954 | 2.26 × 100 | |
503.15 | 40.54 ± 0.289 | 0.9996 | 1.43 × 100 |
表3
443.15–503.15 K,[Cnmim]Cl (n = 2, 4, 6)的ln[(?dm/dt)·T1/2]值"
T/K | T ?1/K?1 | (T/M)1/2/(K·mol·kg?1)1/2 | 1010υ/(K·mol·kg·s?2)1/2 | ln[(?dm/dt)·T1/2]/(K1/2·kg·s?1) | |
[C2mim]Cl | 443.15 | 0.002256 | 54.98 | 30.18 | ?20.58 |
453.15 | 0.002207 | 55.59 | 61.58 | ?19.87 | |
463.15 | 0.002159 | 56.20 | 92.66 | ?19.46 | |
473.15 | 0.002113 | 56.81 | 159.1 | ?18.92 | |
483.15 | 0.002070 | 57.40 | 288.5 | ?18.32 | |
493.15 | 0.002028 | 58.00 | 528.0 | ?17.72 | |
503.15 | 0.001987 | 58.58 | 1009 | ?17.07 | |
[C4mim]Cl | 443.15 | 0.002256 | 50.96 | 33.12 | ?20.41 |
453.15 | 0.002207 | 51.53 | 57.49 | ?19.86 | |
463.15 | 0.002159 | 52.09 | 98.66 | ?19.32 | |
473.15 | 0.002113 | 52.65 | 190.9 | ?18.66 | |
483.15 | 0.002070 | 53.21 | 383.8 | ?17.96 | |
493.15 | 0.002028 | 53.75 | 654.0 | ?17.43 | |
503.15 | 0.001987 | 54.30 | 1346 | ?16.70 | |
[C6mim]Cl | 443.15 | 0.002256 | 46.75 | 35.18 | ?20.26 |
453.15 | 0.002207 | 47.28 | 69.21 | ?19.59 | |
463.15 | 0.002159 | 47.80 | 122.8 | ?19.01 | |
473.15 | 0.002113 | 48.31 | 240.1 | ?18.34 | |
483.15 | 0.002070 | 48.82 | 471.0 | ?17.67 | |
493.15 | 0.002028 | 49.32 | 915.7 | ?17.00 | |
503.15 | 0.001987 | 49.82 | 2020 | ?16.21 |
表5
T = 298.15 K [Cnmim]Thr (n = 2–6),[Cnmim]Pro (n = 2–6)和[Cnmim]Cl (n = 2, 4, 6)的ΔHvap(298)值"
[Cnmim]Thr (n = 2–6) | ΔHvap(298)/(kJ·mol?1) | [Cnmim]Pro (n = 2–6) | ΔHvap(298)/(kJ·mol?1) | [Cnmim]Cl (n = 2, 4, 6) | ΔHvap(298)/(kJ·mol?1) |
[C2mim]Thr | 122.0 | [C2mim]Pro | 118.6 | [C2mim]Cl | 115.1 |
[C3mim]Thr | 126.0 | [C3mim]Pro | 123.9 | ||
[C4mim]Thr | 130.0 | [C4mim]Pro | 126.8 | [C4mim]Cl | 123.9 |
[C5mim]Thr | 134.0 | [C5mim]Pro | 130.3 | ||
[C6mim]Thr | 138.4 | [C6mim]Pro | 136.5 | [C6mim]Cl | 133.3 |
1 | Yang K. ; Shuai X. R. ; Yang H. C. ; Yan J. H. ; Cen K. F. Acta Phys. -Chim. Sin 2019, 35, 765. |
杨康; 帅骁睿; 杨化超; 严建华; 岑可法. 物理化学学报, 2019, 35, 765.
doi: 10.3866/PKU.WHXB201810009 |
|
2 | Chen F. F. ; Dong Y. ; Sang X. Y. ; Zhou Y. ; Tao D. J. Acta Phys. -Chim. Sin 2016, 32, 610. |
陈凤凤; 董艳; 桑晓燕; 周言; 陶端健. 物理化学学报, 2016, 32, 610.
doi: 10.3866/PKU.WHXB201512241 |
|
3 |
Heym F. ; Korth W. ; Etzold B. J. M. ; Kern C. ; Jess A. Thermochim. Acta 2015, 622, 17.
doi: 10.1016/j.tca.2015.03.020 |
4 |
Heym F. ; Etzold B. J. M. ; Kern C. ; Jess A. Green Chem 2011, 13, 1466.
doi: 10.1039/c0gc00876a |
5 | Wei J. ; Dong H. X. ; Chen X. ; Yang Y. X. ; Fang D. W. ; Guan W. ; Yang J. Z. Acta Phys. -Chim. Sin 2018, 34, 932. |
魏杰; 董贺新; 陈霞; 杨宇轩; 房大维; 关伟; 杨家振. 物理化学学报, 2018, 34, 932.
doi: 10.3866/PKU.WHXB201801112 |
|
6 | Chen W. J. ; Xue Z. M. ; Wang J. F. ; Jiang J. Y. ; Zhao X. H. ; Mu T. C. Acta Phys. -Chim. Sin 2018, 34, 911. |
陈文君; 薛智敏; 王晋芳; 蒋静云; 赵新辉; 牟天成. 物理化学学报, 2018, 34, 911.
doi: 10.3866/PKU.WHXB201712281 |
|
7 |
Hinks D. ; Rafiq M. I. ; Price D. M. ; Montero G. A. ; Smith B. Color. Technol. 2003, 119, 90.
doi: 10.1111/j.1478-4408.2003.tb00155.x |
8 |
De Kruif C. G. ; Kuipers T. ; Van Miltenburg J. C. ; Schaake R. C. F. ; Stevens G. J. Chem. Thermodyn 1981, 13, 1081.
doi: 10.1016/0021-9614(81)90006-9 |
9 |
McDowell W. J. Soc. Dyers Colour. 1973, 89, 177.
doi: 10.1111/j.1478-4408.1973.tb03146.x |
10 |
Riberio da Silva M. A. V. ; Monte M. J. S. Thermochim. Acta 1990, 171, 169.
doi: 10.1016/0040-6031(90)87017-7 |
11 |
Nishida K. ; Ishihara E. ; Osaka T. ; Koukitu M. J. Soc. Dyers Colour. 1977, 93, 52.
doi: 10.1111/j.1478-4408.1977.tb03324.x |
12 |
Shimizu T. ; Ohkubo S. ; Kimura M. ; Tabata I. ; Hori T. J. Soc. Dyers Colour. 1987, 103, 137.
doi: 10.1111/j.1478-4408.1987.tb01103.x |
13 |
Casserino M. ; Belvins D. R. ; Sanders R. N. Thermochim. Acta 1996, 284, 145.
doi: 10.1016/0040-6031(96)02923-1 |
14 |
Goodrum J. W. ; Siesel E. M. J. Therm. Anal 1996, 46, 1258.
doi: 10.1007/BF01979239 |
15 |
Gückel W. ; Synnatschke G. ; Ritting R. Pestic. Sci 1973, 4, 147.
doi: 10.1002/ps.2780040119 |
16 |
Gückel W. ; Ritting F. R. ; Synnatschke G. Pestic. Sci 1974, 5, 400.
doi: 10.1002/ps.2780050404 |
17 |
Gückel W. ; Kästel R. ; Lewerenz J. ; Synnatschke G. Pestic. Sci 1982, 13, 168.
doi: 10.1002/ps.2780130208 |
18 |
Gückel W. ; Kästel R. ; Kröhl T. ; Parg A. Pestic. Sci 1995, 45, 31.
doi: 10.1002/ps.2780450105 |
19 |
Elder J. P. J. Therm. Anal 1997, 49, 905.
doi: 10.1007/BF01996775 |
20 |
Aggarwal P. ; Dollimore D. ; Alexander K. S. J. Therm. Anal 1997, 49, 599.
doi: 10.1007/BF01996741 |
21 |
Phang P. ; Dollimore D. Instrum. Sci. Technol 1999, 27, 74.
doi: 10.1080/10739149908085831 |
22 |
Lerdkanaporn S. ; Dollimore D. J. Therm. Anal. 1997, 49, 886.
doi: 10.1007/BF01996773 |
23 |
Phang P. ; Dollimore D. ; Evans S. J. Thermochim. Acta 2002, 392, 125.
doi: 10.1016/S0040-6031(02)00092-8 |
24 |
Tong J. ; Yang H. X. ; Liu R. J. ; Li C. ; Xia L. X. ; Yang J. Z. J. Phys. Chem. B 2014, 118, 12978.
doi: 10.1021/jp509240w |
25 |
Tong J. ; Liu L. ; Li H. ; Guan W. ; Chen X. J. Chem. Thermodyn 2017, 112, 298.
doi: 10.1016/j.jct.2017.05.015 |
26 |
Liu L. ; Jing L. Q. ; Liu H. C. ; Fang D. W. ; Tong J. J. Therm. Anal. Calorim 2018, 134, 2254.
doi: 10.1007/s10973-018-7607-y |
27 | Tong J. ; Qu Y. ; Jing L. Q. ; Liu L. ; Liu C. H. Acta Phys. -Chim. Sin 2018, 34, 200. |
佟静; 屈晔; 井立强; 刘璐; 刘春辉. 物理化学学报, 2018, 34, 200.
doi: 10.3866/PKU.WHXB201707262 |
|
28 |
Wright S. F. ; Phang P. ; Dollimore D. ; Alexander K. S. Thermochim. Acta 2002, 392, 257.
doi: 10.1016/S0040-6031(02)00108-9 |
29 |
Wang C. H. ; Yang S. H. ; Chen Y. M. R. Soc. Open Sci 2019, 6, 181193.
doi: 10.1098/rsos.181193 |
30 |
Verevkin S. P. ; Ralys R. V. ; Zaitsau D. H. ; Emel'yanenko V. N. ; Schick C. Thermochim. Acta 2012, 538, 62.
doi: 10.1016/j.tca.2012.03.018 |
31 | Stewart, L. N. Proceedings of Third Toronto Symposium on Thermal Analysis; McAdie, H. G., Ed.; Chemical Institute of Canada: Toronto, Canada, 1969; p. 205. |
32 |
Senol A. J. Chem. Thermodyn 2013, 67, 39.
doi: 10.1016/j.jct.2013.07.018 |
33 |
Langmuir I. Soil Sci 1950, 69, 417.
doi: 10.1097/00010694-195005000-00015 |
34 |
Menon D. ; Dollimore D. ; Alexander K. S. Thermochim. Acta 2002, 392, 241.
doi: 10.1016/S0040-6031(02)00106-5 |
35 | Silverstein, R. M.; Bassler, G. C. Spectrometric Identification of Organic Compounds; John Wiley and Sons: New York, NY, USA, 1963; p. 3316. |
36 |
Myers R. T. J. Colloid Interf. Sci 2004, 274, 236.
doi: 10.1016/j.jcis.2003.12.048 |
37 |
Rideal E. K. J. Electroanal. Chem. Interf. Electrochem. 1968, 18, 474.
doi: 10.1016/S0022-0728(68)80016-6 |
38 |
Zaitsau D. H. ; Yermalaeu A. V. ; Emel'yanenko V. N. ; Verevkin S. P. ; Welz-Biermann U. ; Sxhubert T. Sci. China Chem. 2012, 55, 1531.
doi: 10.1007/s11426-012-4662-2 |
39 |
Součková M. ; Klomfar J. ; Pátek J. Fluid Phase Equilibr. 2017, 454, 56.
doi: 10.1016/j.fluid.2017.08.022 |
40 |
Zaitsau D. H. ; Kabo G. J. ; Strechan A. A. ; Paulechka Y. U. ; Anna T. ; Verevkin S. P. J. Phys. Chem. A 2006, 110, 7306.
doi: 10.1021/jp060896f |
41 | Ma H. ; Liao C. Y. ; Fan M. L. ; Liu X. E. ; Teng J. J. ; Li N. Chin. J. Appl. Chem. 2018, 35, 456. |
马浩; 廖春燕; 樊梅林; 刘薛恩; 滕俊江; 李凝. 应用化学, 2018, 35, 456.
doi: 10.11944/j.issn.1000-0518.2018.04.170108 |
[1] | 周雪梅. 二氧化钛负载单原子催化剂用于光催化反应的研究[J]. 物理化学学报, 2021, 37(6): 2008064 -0 . |
[2] | 岳昕阳, 马萃, 包戬, 杨思宇, 陈东, 吴晓京, 周永宁. 金属锂负极失效机制及其先进表征技术[J]. 物理化学学报, 2021, 37(2): 2005012 -0 . |
[3] | 潘弘毅, 李泉, 禹习谦, 李泓. 多空间尺度下的金属锂负极表征技术[J]. 物理化学学报, 2021, 37(1): 2008091 -0 . |
[4] | 史永超, 唐明学. 可充电池的磁共振研究[J]. 物理化学学报, 2020, 36(4): 1905004 -0 . |
[5] | 刘小龙, 王强, 王超, 徐君, 邓风. Silicalite-1分子筛氢键诱导晶化机制的固体核磁共振研究[J]. 物理化学学报, 2020, 36(4): 1905035 -0 . |
[6] | 李玉红,吴新平,刘聪,王萌,宋本腾,郁桂云,杨刚,侯文华,龚学庆,彭路明. 部分还原二氧化钛的NMR和EPR研究[J]. 物理化学学报, 2020, 36(4): 1905021 -0 . |
[7] | 王粉粉, 王芃, 牛洪瑶, 余莹凤, 孙平川. 固体NMR研究PAA/PEO共混物中氢键相互作用与结构演化[J]. 物理化学学报, 2020, 36(4): 1912016 -0 . |
[8] | 赵华博, 马丁. χ-Fe5C2:结构,合成与催化性质调控[J]. 物理化学学报, 2020, 36(1): 1906087 -0 . |
[9] | 朱月路,赵鑫阳,吴谦,陈颖,赵劲. 多功能氧酰胺导向基在碳氢键活化反应中的研究进展[J]. 物理化学学报, 2019, 35(9): 989 -1004 . |
[10] | 王庆兵,郭政伟,陈弓,何刚. 1, 1'-双(二苯基膦基)二茂铁介导的芳烃碳氢键芳基化反应制备联芳基骨架[J]. 物理化学学报, 2019, 35(9): 1021 -1026 . |
[11] | 胡媛媛,王从洋. 双金属促进的均相碳氢键活化反应[J]. 物理化学学报, 2019, 35(9): 913 -922 . |
[12] | 潘明光,赵永升,曾小勤,邹建新. 偶氮苯基型离子液体溶液对空气中湿度的变色响应[J]. 物理化学学报, 2019, 35(6): 624 -629 . |
[13] | 陈雯慧,陈胜利. 墨水溶剂对低铂含量质子交换膜燃料电池性能的影响[J]. 物理化学学报, 2019, 35(5): 517 -522 . |
[14] | 卢秀利,韩莹莹,鲁统部. 石墨炔结构表征及在光电催化反应中的应用[J]. 物理化学学报, 2018, 34(9): 1014 -1028 . |
[15] | 陈文君,薛智敏,王晋芳,蒋静云,赵新辉,牟天成. 低共熔溶剂的热稳定性研究[J]. 物理化学学报, 2018, 34(8): 904 -911 . |
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