Densidad e índice de refracción de mezclas binarias sulfolano+tolueno: correlación y predicción del volumen de exceso molar

Density and refractive indices of binary mixtures sulfolane+toluene: correlation and prediction of excess molar volumes

Se midieron densidades e índices de refracción de mezclas binarias de sulfolano con tolueno a (303,15, 308,15, 313,15 y 318,15) K en todo el rango de composición. Con los datos experimentales, se calcularon los volúmenes de exceso molar y la desviación del índice de refracción que se ajustan a una ecuación polinomial de Redlich-Kister de orden cuatro. La predicción del volumen de exceso molar a 303,15 K, se realizó con datos experimentales de índice de refracción, usando tres ecuaciones acopladas a seis reglas de mezcla para el cálculo del índice de refracción: Lorentz-lorenz, Dale-Gladstone, Eykman, Arago-Biot, Newton y Oster. Los resultados muestran que este procedimiento, desde índices de refracción, es útil para predecir el volumen de exceso molar negativo de las mezclas de sulfolano con tolueno.

Introducción

El sulfolano (C₄H₈O₂S, punto de fusión 27,5 ºC), es un solvente industrial utilizado para extraer hidrocarburos aromáticos monocíclicos, desde hidrocarburos alifáticos. Contiene en su estructura un grupo sulfonilo (átomo de azufre enlazado a dos átomos de oxígeno), que permite su solubilidad en agua y un anillo con cuatro átomos de carbono con características no polares. Estas propiedades permiten que sea miscible con agua e hidrocarburos, dando lugar a su uso generalizado como solvente para la purificación de mezclas de hidrocarburos [1-2]. El estudio de propiedades volumétricas de mezclas binarias de sulfolano con tolueno, son de particular interés para la industria petroquímica [3]. También proporciona datos de densidad de mezcla, necesarios en cálculos de transferencia de masa [4] y permite comprender las interacciones soluto- solventes [5], que son estudiadas en términos de propiedades de mezcla como la desviación del índice de refracción y el volumen de exceso molar, que para una mezcla binaria se definen con las siguientes ecuaciones. 

Donde, n_D es el índice de refracción de la mezcla; es el índice de refracción de los componentes puros y xi es la fracción molar de los componentes 1 y 2 del sistema binario [5].

donde,  es la densidad de la mezcla; Mi y xi es la densidad, peso molecular y fracción molar de los componentes 1 y 2 del sistema binario [6].

La ec. 2 indica que para calcular el volumen de exceso molar de una mezcla binaria, se requiere determinar  experimentalmente  la  densidad   de la mezcla en todo el  rango  de  fracción  molar; las técnicas experimentales para determinar el índice de refracción de sistemas líquidos son relativamente más simples [7]; aplicando la regla de mezclas es posible predecir el volumen de exceso molar, desde índices de refracción de sistemas multicomponentes [8].

En el presente trabajo se reportan medidas de densidad () e índices de refracción de la línea D del sodio (nD) para las mezclas binarias de sulfolano con tolueno a (303,15, 308,15, 313,15 y 318,15) K, en todo el rango de fracción molar. Los valores experimentales son usados para calcular el volumen de exceso molar y la desviación del índice de refracción que se ajustan con una ecuación polinomial de Redlich-Kister, de orden cuatro [9].

Para la predicción del volumen de exceso molar desde índices de refracción de mezcla, son considerados tres métodos.