有机化合物粘度及粘度温度系数

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1、 第16卷第3期 中南民族学院学报(自然科学版) Vol . 16 No. 3 1997年9月 JOURNAL OF SOU TH- CENTRAL COLLEGE FOR NAT I ONAL IT IES (Nat. Sci) Sep. 1997有机化合物的粘度及粘度的温度系数沈雨生 (化学系) 刘 敏 (株洲师范学校)摘 要 比较了各类有机化合物的粘度及其温度系数.在沸点相同时,能生成分子间氢键的化合物,如醇、 酚、 伯胺等具有较高的粘度及粘度温度系数.关键词 粘度;温度系数;沸点分类号 O621. 6在有机化合物的物理性质中,粘度并不受重视.但在实际应用中有时却很重要,例如,油漆 粘度

2、过小会发生流淌,而过大又使涂层变厚,且不易均匀.润滑油粘度过大或过小都不能起到 良好的润滑作用.汽车制动液要求沸点要高,否则在高气温下,特别是连续刹车时导致汽化而影响制动,从 而造成事故.制动液越高级,要求的沸点就越高.但是沸点越高往往粘度也越大,特别是在寒冷 的地方粘度更大,而粘度太大也会影响制动而造成事故.怎样才能找到一种合适的制动液沸点很高而低温粘度又不太大,这是我们的目的.为此,必须探讨粘度和沸点变化之间的规律. 本文的全部数据取自文献1.所有的粘度全部是20 的粘度.有些化合物没有20 的粘度,但有几个不同温度下的粘度.则求出粘度的温度系数,再由其它温度下的粘度,用此温度系数换算到2

3、0 的粘度;有 些化合物只有一个非20 的粘度,则利用类似化合物的粘度温度系数来换算.因为类似化合物,特别是同系物,其粘度温度系数很接近,一般只取1030 的数据进行换算,其它数据因 可靠性较差而舍去了. 所选用的温度系数是由040 的粘度求出的相对值,即温度每升高1 时粘度下降值,以 100- 1表示,也就是温度升高1时粘度下降的百分数.1 烷烃将各种有机化合物在20 时的粘度对常压下的沸点作图,就可发现在沸点相同时,烷烃 具有最低的粘度.直链烷烃的粘度的对数对沸点作图可得一条直线.其方程式为收稿日期: 1996210230沈雨生,男, 66岁,教授,中南民族学院化学系,武汉430074lo

4、g(cp)= 4. 4210- 3t-0. 800(1)对于每种化合物可按(1)式由沸点求出其假想粘度.真实粘度与假想粘度之比定义为粘度指数R.各种烷烃的R值列于表1.由表1可见,直链烷烃的R值确实接近于1,其平均值为1. 01, 标准偏差0. 07.可见方程式(1)具有正确性.表1中所列的唯一异构烷烃R= 1. 06,也在标准偏差以内.表1 烷烃的沸点与粘度化合物名称沸 点? 粘 度(cp)粘度指数R化合物名称沸 点? 粘 度(cp)粘度指数R 戊 烷36. 10. 2401. 05十二烷216. 31. 43431. 00 己 烷69 0. 3261. 02十三烷235. 41. 6123

5、0. 93 庚 烷98. 40. 4090. 95十四烷253. 72. 181. 04 辛 烷125. 70. 5420. 95十五烷270. 62. 8831. 16 壬 烷150. 80. 7110. 97十六烷287 3. 341. 14 癸 烷174. 10. 920. 99十八烷316. 13. 6430. 93 十一烷196 1. 171. 00异戊烷28 0. 2231. 063 利用粘度的温度系数由其他温度的粘度换算得来.2 环烷及芳烃表2列出了一些环烷、 环烯(1种)和芳香烃的粘度.由表2可见,环烷和苯的R值均明显大于1,即与同样沸点下的烷烃相比有较高的粘度.当在苯环上引进

6、烷基时,则R值很快降低并接近于1.由此可见分子的形状和粘度之间有相当的关系.表2 环烷烃和芳香烃的沸点和粘度化合物名称沸 点? 粘 度(cp)粘度指数R化合物名称沸 点? 粘 度(cp)粘度指数R 环戊烷49. 20. 45631. 74苯80. 10. 6521. 82 环己烷80. 70. 98432. 73甲 苯110. 60. 5901. 21 环庚烷118. 51. 5132. 85乙 苯136. 150. 6661. 05 环辛烷148. 52. 1733. 02o2二甲苯144. 40. 8101. 18环己烯83 0. 661. 79m2二甲苯139. 10. 620. 95p

7、2二甲苯138. 30. 6481. 003 利用温度系数由非20 的粘度换算而来.3 卤代烃类从表3所列的数据可见,各种卤代烃的粘度指数都大于1.含同一种卤素的卤代脂肪烃类,所含卤素原子越多,R值就越大.在含相同数目的卤代脂肪烃中,氯代烃R值小于溴代烃.碘代烃只有一例,具有更高的R值.卤代芳烃的R值似乎与卤素的种类关系不大.6 中南民族学院学报(自然科学版) 第16卷表3 卤代烃类的沸点与粘度化合物名称沸 点? 粘 度(cp)粘度指数R化合物名称沸 点? 粘 度(cp)粘度指数R 氯甲烷- 24. 20. 18341. 4812溴丙烷71 0. 5241. 6112氯丙烷46. 60. 35

8、21. 3812溴丁烷101. 60. 58931. 3232氯丙烯45 0. 3311. 32二溴甲烷97 1. 0302. 4212氯丁烷78. 40. 441531. 251. 22二溴乙烷131. 31. 7212. 85 氯代叔丁烷51. 50. 51131. 91三溴甲烷149. 52. 0172. 78 二氯甲烷40 0. 4291. 80碘甲烷72. 40. 5002. 051. 22二氯乙烷83. 70. 7942. 14碘乙烷42. 40. 5921. 79 三氯甲烷61. 70. 58 1. 95氟 苯85. 10. 5981. 591. 1. 22三氯乙烷113. 51

9、. 2 2. 39氯 苯132 0. 7991. 32 四氯化碳76. 50. 9692. 78溴 苯152 1. 1211. 51 溴 乙 烷38. 40. 4021. 72碘 苯188. 31. 63831. 523 利用粘度的温度系数由其它温度的粘度换算而来4 其它不生成氢键的极性化合物表4 其他非氢键化合物的沸点与粘度化合物名称沸 点? 粘 度(cp)粘度指数R化合物名称沸 点? 粘 度(cp)粘度指数R 二乙醚34. 50. 23321. 04乙酸甲酯570. 3811. 35 二丙醚91 0. 4221. 05乙酸乙酯77. 060. 4551. 31 二戊醚190 1. 1181

10、. 02乙酸丙酯101. 60. 591. 32 二苄醚298 5. 331. 62乙酸丁酯126. 50. 7321. 27 苯甲醚155 1. 321. 72乙酸戊酯149. 251. 32231. 83 环氧乙烷13. 20. 25131. 38乙酸异戊酯142. 50. 8721. 29 乙 醛20. 80. 221. 12丙酸乙酯81. 30. 5311. 46 丙 醛48. 80. 411. 57丁酸乙酯1240. 66131. 19 苯甲醛178 1. 4751. 52苯甲酸乙酯2132. 241. 62 糠 醛161. 71. 652. 01碳酸二乙酯1260. 80731.

11、41 丙 酮56. 20. 3261. 16乙二酸二乙酯185. 42. 1532. 0532戊酮102 0. 5231. 17顺丁烯二酸二乙酯214. 983. 192. 26乙 腈81. 60. 36030. 99甘油三丁酸酯30531011. 63. 20 苯甲腈190. 71. 331. 20硝基甲烷100. 80. 6611. 50 甲酸乙酯54. 50. 4021. 46硝基苯210. 82. 031. 50 甲酸丁酯126. 50. 6891. 20乙酸酐139. 550. 87931. 343 利用粘度温度系数由其它温度的粘度换算而来 表4列出各种不生成氢键的极性有机化合物的粘

12、度数据,包括醚、 醛、 酮、 腈、 酯、 硝基化合物和酸酐.其中脂肪族醚的R值最低,与烷烃的差别在标准偏差内.即除烷烃外,相同沸点下, 脂肪醚具有最低粘度.因此,脂肪醚特别适于制备汽车制动液.而烷烃可使橡胶皮碗溶胀,因此 不能用作汽车制动液.7第3期沈雨生等:有机化合物的粘度及粘度的温度系数 除脂肪醚外、 酮和脂值也较低.酯、 酸酐和硝基化合物的R值稍高一些,特别是多元酯如 顺丁烯二酸二乙酯和甘油三丁酸酯R值明显偏高. 此外,芳香族化合物的粘度指数R一般也比脂肪族化合物高一些.5 醇、 酚及羧酸从表5看出醇和酚的R值要明显高于其它化合物.其中多元醇的粘度指数更高.乙二醇 的R值达到16. 6,

13、丙三醇491.其原因是醇和酚生成分子间氢键,使分子间作用力大大增加. 结果使沸点和粘度同时增加.在此粘度指数增大,说明粘度增加得比沸点还快.原因在于沸点 反映的是该温度下的分子间作用力,而20 的粘度反映则是20 时的分子间作用力.由于 温度升高时氢键会减弱,所以沸点下的分子间作用力小于室温下的分子间作用力.因此,氢键对粘度的影响更大些.由此不难理解以下事实:甲醇的沸点只有65,离20 不远,因此沸 点下,它的氢键强度与20 时的差别不大,R只有1. 94.随着碳键的增长,沸点也升高,沸点 与室温差别加大,氢键的强度差别也加大.因此,R值也逐步上升到7以上. 羧酸生成的是双分子氢键,因此它们的

14、粘度指数不象醇和酚那么高.表5 醇、 酚和羧酸的沸点和粘度化合物名称沸 点? 粘 度(cp)粘度指数R化合物名称沸 点? 粘 度(cp)粘度指数R 甲 醇65. 150. 5971. 94异丙醇82. 3 2. 437 6. 65 乙 醇78. 51. 203. 41异丁醇108. 39 4. 113 8. 61 丙 醇97. 42. 2565. 28仲丁醇99. 5 3. 683 8. 44 丁 醇117. 22. 9485. 643-戊醇116. 1 6. 0311. 7 戊 醇137. 34. 01436. 26环己醇161. 1 6. 8 8. 33 庚 醇1767. 0137. 38

15、苄 醇203. 3 5. 8 4. 53 辛 醇1958. 7137. 55乙二醇198. 93 19. 916. 6 烯丙醇97. 11. 3633. 20丙三醇290 14. 90 4. 91 苯 酚181. 711. 85311. 8乙 酸117. 6 1. 233 2. 34m2甲酚202. 220. 816. 8丙 酸147 1. 102 1. 5642烯丙基222 甲氧基苯酚252. 39. 224. 45丁 酸165. 5 1. 540 1. 8042丙烯基222 甲氧基苯酚267. 532. 5313. 4异丁酸153. 2 1. 3283 1. 76甲 酸100. 71. 8

16、044. 08水杨酸211 2. 71 2. 003 利用粘度的温度系数由其它温度的粘度换算而来.6 胺类从表6可见,芳香胺类的粘度指数R大于脂肪胺,伯胺的R值大于仲胺,仲胺又大于叔 胺.这和氢键的顺序是一致的.酰胺仅一个数据,但R值较大也和氢键的规律一致.8 中南民族学院学报(自然科学版) 第16卷表6 胺及酰胺的沸点与粘度化合物名称沸 点 ? 粘 度 (cp)粘度指数 R化合物名称沸 点 ? 粘 度 (cp)粘度指数 R 烯丙胺58 0. 5061. 77p2乙氧基苯胺25412. 96. 14 异丁胺68 0. 83932. 29N2甲基苯胺196. 252. 6332. 25 苄 胺185 1. 8431. 77N2乙基苯胺204. 72. 6632. 09二乙胺56. 30. 4011. 43N ,N2二甲基 苯胺1