Ученые кафедры физической химии Химического института им. А.М. Бутлерова Казанского федерального университета научились предсказывать теплоту испарения, давление пара и температуру кипения алканофенонов.

Им удалось определить эти параметры для длинноцепных алканофенонов (гексано-, октано- и октадеканофенона), применяющихся в парфюмерии, пищевой промышленности и медицине. Научные результаты представлены в статье, опубликованной в журнале Journal of Molecular Liquids. 

«Вопрос о взаимосвязи между структурой молекулы и термодинамическими параметрами испарения – классическая проблема химической термодинамики. Почему одно вещество кипит при 50 градусах Цельсия, а другое –  при 400 градусах? Несмотря на длинную историю исследований, эта проблема до сих пор не решена», – отметил один из авторов научной статьи, доцент кафедры физической химии, старший научный сотрудник НИЛ «Физико-химические основы создания тонких пленок на основе органических материалов» Химического института им. А.М. Бутлерова КФУ Михаил Ягофаров.

Над решением этой проблемы работает коллектив кафедры физической химии, который является одним из ведущих в мире в области термодинамики фазовых переходов органических соединений. В КФУ занимаются экспериментальными и расчетными работами, направленными на изучение взаимосвязи между теплотой испарения и молекулярной структурой.

«Мы встречаемся с процессом испарения на каждом шагу, – рассказывает М. Ягофаров. – Вода испаряется из кружки чая. Хладагент переходит из жидкой в газовую фазу в испарителе холодильника, забирая тепло из холодильной камеры, а затем конденсируется, перенося это тепло наружу. Нефтяные фракции разделяют в дистилляционных колоннах.  Токсичные химикаты, адсорбированные на частицах дыма в виде кристалликов, испаряются и распределяются в атмосфере. Протекание всех этих процессов определяется термодинамическими параметрами испарения – теплотой и давлением насыщенных паров».

По словам ученого, зная эти параметры, можно предсказать какой будет концентрация вредных выбросов на определенном расстоянии от завода, при какой температуре необходимо проводить дистилляцию нового соединения, чтобы очистить его от примесей, и сколько для этого понадобится тепла.

Экспериментальное определение теплоты испарения и давления насыщенного пара – задача сложная, требующая усилий и материальных затрат. Именно поэтому научный коллектив, в составе которого работает М. Ягофаров, поставил перед собой задачу научиться предсказывать по составу того или иного вещества его свойства. И они ее решают поэтапно.

«Ранее нами был предложен способ расчета теплоты испарения органических соединений как функций температуры, а сейчас  правильность этого способа была проверена на примере трех длинноцепных алканофенонов», – пояснил он.

В статье впервые полностью охарактеризованы термодинамические параметры процесса испарения семейства алканофенонов  длиной углеродной цепи от С1 до С20. Полученные результаты помогут оптимизировать технологические процессы выделения этих компонентов при синтезе из природного сырья, сообщил химик.

Расчетные и экспериментальные подходы, разрабатываемые группой сотрудников кафедры в рамках программы «Приоритет–2030», способствуют оптимизации процессов очистки соединений и помогают в оценке экологических рисков, связанных с распространением химикатов в атмосфере.