فاکتورهای موثر بر ویسکوزیته وابستگی دمایی و ارتباط با کشش سطحی مایعات یونی ومایعات قطبی
چکیده
مایعات یونی یکی از زمینه های بسیار جذاب و به شدت در حال پیشرفت در شیمی فیزیک مدرن، تکونولوژی و مهندسی است. این ترکیبات به خاطر خواص منحصر به فردی که دارند بسیار مورد توجه قرار گرفته اند. به ویژه اینکه فشار بخار بسیار ناچیز و خصوصیات حلالیت منحصر به فرد این ترکیبات باعث می گردد تا کاربرد های زیادی در زمینه های پیل های سوختی، سیالات انتقال حرارت و صنعت نفت بیابند. این مواد دوستدار محیط زیست هستند و از جایگزین های مناسبی برای حلال ها در واکنشهای صنعتی و فرآیندهای جداسازی به شمارمی روند . بخش اول: 1- آلکیل-2- متیل ایمیدازولیوم یدید ([cnmim]i،که ) سنتز گردید و دانسیته و ویسکوزیته آنها در گستره وسیعی از دما اندازه گیری شد (k298تا k 393). با استفاده از یک سیستم خلأ اندازه گیری های ویسکوزیته تحت اتمسفری از آب و بخار انجام شد. ویسکوزیته با افزایش دما، کاهش شدیدی نشان می دهد و با افزایش طول زنجیره آکلیلی افزایش می یابد. از آنجا که داده های تجربی در مورد دانسیته این ترکیبات بسیار نادر است و برای اعتبار بخشیدن به مقادیر اندازه گیری شده دانسیته، شبیه سازی دینامیک مولکولی برای یافتن دانسیته این ترکیبات صورت گرفت. نتایج بدست آمده در تطابق کامل با نتایج اندازه گیری شده است. با استفاده از معادلات آرینوس، وگل- فولچر- تامان (vft) و لیتوویتس وابستگی دمایی ویسکوزیته را بررسی کردیم. همچنین معادله ای خطی و ساده در مورد وابستگی دمایی ویسکوزیته ارائه کردیم که دقتی قابل قیاس با معادلات vft و لینوویتس دارد. این معادله بر مبنای سیالیت ارائه گردید، چون سیالیت نسبت به ویسکوزیته تغییرات ملایم تری را با دما نشان می دهد . بخش دوم: ویسکوزیته مایعات یونی با استفاده از دو معادله خطی توصیف گردید. یکی از معادله سیالیت که وابستگی دمایی ویسکوزیته مایعات یونی ایمیدازولیوم، پیریدینیوم، پیرولیدینیوم، آمونیوم و نیکوتینیوم را با دقت خوبی ارائه می دهد . دیگری، یک ارتباط خطی بین لگاریتم کشش سطحی و سیالیت که شامل یک توان ویژه ? است ارائه می دهد (??0.3). ارتباط کشش سطحی و سیالیت در اثر افزایش طول زنجیر مستقل از آنیون می شود . بخش سوم: وابستگی دمایی ویسکوزیته می تواند در مورد ماهیت تبدیل شیشه ای در مایعات دید و بینشی را حاصل کند . در این بخش معادله سیالیت را بازنگری کرده و نشان می دهیم که این معادله و معادله توانی که از تئوری جفت شدگی مدها به دست می آید به شیوه یکسانی وابستگی دمایی ویسکوزیته را توصیف می کنند. ما معادله توانی را جهت توصیف وابستگی دمایی ویسکوزیته 45 مایع یونی با کاتیون ها و آنیون های مختلف به کار بردیم. پارامترهای معادله سیالیت (a,b) با دمای انتقالی tx (crossover) مرتبط می شود، بصورت . تطابق خوبی بینtx به دست آمده از معادله توانی و معادلاتی که توسط ما ارائه گردیده وجود دارد. مقادیرtx بالای دمای انتقالی شیشه ایtg و زیر دمای ذوب tm قرار می گیرد. رفتار عمومی (universal) ویسکوزیته را می توان به صورت اصل حالتهای متناظر بیان کرد، به نحوی که tx پارامترحالات متناظر است. به این ترتیب وابستگی دمایی ویسکوزیته مایعات یونی به صورت معادله ای ارائه گردید که پارامترهای آن مفهوم فیزیکی روشنی دارند و تعیین دمای انتقال را تسهیل می کنند. بخش چهارم: ما همچنین معادله سیالیت را برای یک سری از الکل های آلیفاتیک نرمال، از متانول تا دودکانول، به کار گرفتیم و نشان دادیم که این معادله به خوبی در مورد این ترکیبات نیز کاربرد دارد. با استفاده از پارمترهای این معادله tx مایعات تشکیل دهنده شیشه محاسبه شد. این مقادیر با مقادیر tx ای که از معادله توانی به دست آمده و همچنین با مقادیربدست آمده از آنالیز مشتق نتایج طیف سنجی دی الکتریک همخوانی بسیار خوبی داشت .توان??در معادله سیالیت برای الکل های مختلف می تواند عمومیت داشته باشد (??0.3) و معادله بصورت دو پارامتری بررسی می گردد. به علاوه اینکه وقتی از tx به عنوان پارامتر کاهش دهنده دما استفاده کنیم یک رفتار عمومی بر طبق اصل حالات متناظر برای الکل ها مشاهده می کنیم. معادله ای که کشش سطحی و سیالیت را به هم مرتبط می کند، با دقت خوبی در مورد الکل ها نیز کاربرد دارد . بخش پنجم: ما همچنین کاربرد معادله سیالیت را برای مایعات تشکیل دهنده شیشه شامل آلفا – فنیل – اورتو- کرزول ، فنیل سالسیلات (سیلول) و تری– آلفا – نفتیل بنزن بررسی کردیم. پدیده انتقال دینامیکی به عنوان یک رفتار رایج در مورد این ترکیبات مورد بررسی قرارگرفت. بخش ششم: دینامیک و خواص مواد به اتم های سازنده آنها بستگی دارند. تأثیرات استخلاف اتم سنگین بر خواص دینامیکی و حرکتهای چرخشی و ارتعاشی پنتان در این پایان نامه مورد بررسی قرارگرفت. برای درک تأثیرات استخلاف si بر خواص دینامیکی هیدروکربن ها، شبیه سازی دینامیک مولکولی کار– پارینلو (car-parrinello) روی n-پنتان و آنالوگ si دار آن در دمای 273.15kگرفت. جابجایی مجذور میانگین (msd) در اثر استخلاف si به شدت زیاد شد که این نشانه ای از افزایش خوااص انتقال و کاهش ویسکوزیته در این ترکیبات است. با تمرکز بر درجات آزادی داخلی، آنالیز حرکات چرخشی و ارتعاشی با استفاده از محاسبات نظریه تابع دانسیته (dft) انجام شد و طیف ارتعاشی و سد چرخشی n-پنتان و آنالوگ si دار آن در سطح b3lyp/6-311+g(d,p) محاسبه گردید. نتایج به دست آمده دید روشنی از تغییر در مقادیر وسیکوزیته مشاهده شده در اثر جابجایی c با si به دست می دهد.