Смешивается ли ксилол с водой? Растворимость, плотность и фазовое разделение

Нет, ксилол не смешивается с водой -, он растворяется лишь незначительно, при этом опубликованные значения растворимости отдельных изомеров обычно находятся в диапазоне примерно от 160 до 200 мг на литр при 25 градусах. Ксилол также менее плотен, чем вода, примерно 0,86–0,88 г/мл по сравнению с 1,0 г/мл воды, поэтому нерастворенная фаза ксилола обычно образует верхний органический слой, как только двум жидкостям дается достаточно времени для разделения. Эта комбинация - низкой растворимости и более низкой плотности - является причиной того, что ксилол и вода обычно разделяются на две отдельные фазы после достаточного времени отстаивания, а не образуют стабильную смесь.

Растворим ли ксилол в воде? Короткий ответ

Ксилол практически не растворяется в воде, хотя и не является полностью нерастворимым на молекулярном уровне. По данным Агентства по регистрации токсичных веществ и заболеваний CDC (ATSDR), ксилол плохо смешивается с водой, хотя он легко смешивается со спиртом и многими другими органическими химикатами. Более точная картина заключается в том, что ксилол растворяется в воде только в следовых количествах -, измеряемых в частях на миллион, а не в какой-либо значимой фракции -, поэтому химики описывают его как «практически нерастворимый», а не заявляют о нулевой растворимости. Это различие имеет значение, поскольку в онлайн-дискуссиях иногда эти утверждения представляются как противоречивые, хотя на самом деле оба верны: ксилол имеет небольшую, измеримую растворимость, которая, тем не менее, слишком низка, чтобы считаться растворимым по любому рабочему определению, используемому в химии или промышленности.

Данные о растворимости ксилола в воде по изомерам

Растворимость ксилола в воде незначительно варьируется в зависимости от изомера: опубликованные значения составляют от 160 до 200 мг на литр при 25 градусах. В таблице ниже собраны данные о растворимости, предоставленные Всемирной организацией здравоохранения и базой данных растворимости NIST/IUPAC, двумя наиболее часто цитируемыми справочными источниками физических свойств ксилола.

Опубликованные значения растворимости в воде- различаются в зависимости от изомера ксилола, температуры, метода измерения и - для коммерческих продуктов - точного состава. Для практических целей использования ксилол в любой из его распространенных форм остается лишь слабо растворимым в воде и считается несмешивающимся при нормальных промышленных условиях; небольшие различия между изомерами в таблице выше недостаточно велики, чтобы изменить поведение ксилола в реальных условиях-хранения, транспортировки или переработки.

Смешанный ксилол и чистые изомеры ксилола: растворяется ли он по-разному?

Коммерческий смешанный ксилол не имеет единого универсального значения-растворимости в воде, поскольку его точный состав зависит от поставщика, марки и производственного процесса. Смешанный ксилол представляет собой смесь орто-, мета- и пара-ксилолов плюс этилбензола, обычно содержащую 40–65 % мета-ксилола, при этом остальные три компонента составляют большую часть оставшейся части -, но точное соотношение варьируется от одного продукта к другому. По этой причине конкретный показатель растворимости в воде-для данного смешанного продукта с ксилолом следует оценивать по собственным спецификациям этого продукта и паспорту безопасности (SDS), а не рассматривать как одно фиксированное число, применимое повсеместно.

Что можно сказать с уверенностью, так это общее поведение: все изомеры ксилола и этилбензол имеют один и тот же не-полярный химический состав, поэтому смешанная смесь ксилола отделяется от воды практически так же, как чистый ксилол, независимо от точного соотношения изомеров. Для большинства практических целей обращения - хранение, транспортировка, реагирование на разливы и базовое планирование процессов - смешанный ксилол можно рассматривать как поведение ксилола в целом по отношению к воде, даже если покупателям, которым требуются точные значения растворимости для конкретного продукта, следует запросить их в паспорте безопасности поставщика, а не полагаться на общий опубликованный диапазон.

Плотность ксилола в сравнении с водой: почему он плавает

Ксилол менее плотен, чем вода, поэтому нерастворенная фаза ксилола обычно образует верхний органический слой, когда двум жидкостям позволяют разделиться, а не тонуть или смешиваться. Опубликованные значения плотности для отдельных изомеров варьируются от примерно 0,861 до 0,880 г/мл при комнатной температуре, согласно данным, собранным ChemicalBook, по сравнению с плотностью воды примерно 1,0 г/мл. Рекомендации ATSDR по медицинскому лечению прямо подтверждают это, отмечая, что ксилол менее плотен, чем вода, и будет плавать на поверхности при их объединении.

Эта разница в плотности обычно приводит к визуально отчетливому разделению фаз, а не к мутной эмульсии. Поскольку ксилол не растворяется в воде и не соответствует ее плотности, смешивание двух жидкостей и предоставление им возможности отстаиваться обычно дает две отдельные фазы после достаточного времени отстаивания, а не молочную, временно взвешенную смесь, наблюдаемую с веществами, которые частично смешиваются или легко эмульгируются. На практике такие факторы, как перемешивание, температура или присутствие других растворителей или примесей, могут повлиять на то, как быстро происходит это разделение, поэтому следует выждать время отстаивания, прежде чем предположить, что произошло чистое разделение.

Почему ксилол не смешивается с водой? Объясненная химия

Ксилол не смешивается с водой, поскольку это не-полярная молекула, а вода сильно полярна, и два типа молекул не могут образовывать водородные связи, необходимые для растворения друг в друге. Молекулы воды удерживаются вместе за счет обширных водородных связей, сильного притяжения между частично положительными атомами водорода в одной молекуле воды и частично отрицательными атомами кислорода в другой. Ксилол, ароматический углеводород, построенный из бензольного кольца с двумя присоединенными метильными группами, не имеет эквивалентной способности образовывать водородные связи с водой -, его электронное распределение сравнительно равномерно, что практически не придает ему полярности. Это химическая основа принципа «подобное растворяется подобное»: полярные растворители, такие как вода, хорошо растворяют другие полярные вещества, в то время как не-полярные вещества, такие как ксилол, гораздо легче растворяются в других не-полярных растворителях. Согласно Britannica, коммерческий ксилол нерастворим в воде, но полностью смешивается со многими органическими жидкостями -, что является прямой иллюстрацией того же принципа, поскольку эти органические жидкости сами по себе не-полярны или лишь слабо полярны.

Практические последствия: где важна несмешиваемость ксилола с водой

Ксилол и родственные ароматические растворители использовались в лабораторных методах дистилляции для определения содержания воды в нефти и других углеводородных пробах. Эти методы основаны на ограниченной взаимной растворимости углеводородного растворителя и воды, что позволяет собирать и измерять отделенную воду, когда она превышает нижний предел растворимости растворителя. В разных стандартах и ​​типах продуктов для этой цели могут быть указаны разные системы растворителей, поэтому ксилол лучше всего понимать как один растворитель, обычно используемый в рамках этого общего подхода к тестированию, а не как единый универсальный стандарт.

Практика хранения и обращения с ксилолом также определяется этим же свойством. Поскольку растворенная вода, превышающая низкий предел растворимости ксилола, будет отделяться и оседать в виде отдельного слоя воды на дне резервуара или барабана для хранения, загрязнение влагой во время хранения или транспортировки может оставить видимый слой воды, который повлияет на качество продукта в дальнейшем, если не будет надлежащего управления. Это одна из причин, по которой ксилол обычно хранят в герметичных контейнерах с контролируемым свободным пространством, что ограничивает проникновение и накопление влаги с течением времени.

Нерастворимость ксилола в воде-также влияет на его поведение при попадании в воду - он имеет тенденцию плавать на поверхности, а не растворяться или рассеиваться в толще воды. Такое поведение-плавания на поверхности является одной из причин, по которой рекомендации по реагированию на разливы-ксилола обычно сосредоточены на локализации и сборе поверхности.

Влияет ли температура на растворимость ксилола в воде?

Растворимость ксилола в воде несколько меняется в зависимости от температуры, но недостаточно для смешивания ксилола с водой-в обычных промышленных условиях. На практике это означает, что ксилол можно рассматривать как эффективно нерастворимый в воде в диапазоне температур, обычно встречающихся при хранении, транспортировке и промышленной переработке, даже несмотря на то, что точные лабораторные измерения будут фиксировать незначительно отличающиеся значения при разных температурах.

Часто задаваемые вопросы

Растворяется ли ксилол в воде?

Нет, ксилол не растворяется в воде ни в каком практическом смысле. Он классифицируется как практически нерастворимый, причем опубликованные значения растворимости для отдельных изомеров обычно составляют примерно от 160 до 200 мг на литр при 25 градусах - - достаточно небольшое количество, чтобы ксилол и вода разделялись на отдельные слои, а не образовывали раствор.

Растворяется ли ксилол в воде?

Ксилол имеет очень низкую, но измеримую растворимость в воде, обычно она составляет от 160 до 200 мг/л для отдельных изомеров в зависимости от условий испытаний. Это слишком мало, чтобы его можно было считать растворимым по любому практическому определению, поэтому в справочниках по безопасности и технических справочниках ксилол постоянно описывается как нерастворимый или несмешивающийся с водой.

Что произойдет, если смешать ксилол и воду?

Когда ксилол и вода соединяются и им дают достаточно времени для отстаивания, они обычно разделяются на два отдельных слоя, а не растворяются друг в друге. Поскольку ксилол менее плотен, чем вода, слой ксилола обычно образуется сверху; такие факторы, как перемешивание или температура, могут повлиять на то, насколько быстро произойдет это разделение.

Отличается ли растворимость смешанного ксилола в воде от растворимости чистых изомеров ксилола?

Коммерческий смешанный ксилол не имеет единого универсального значения растворимости в воде-, поскольку его точный состав зависит от поставщика и марки. - Покупатели, которым нужна конкретная цифра, должны проверить паспорт безопасности продукта, а не полагаться на один опубликованный номер. Тем не менее, все изомеры ксилола и этилбензол имеют один и тот же не-полярный химический состав, поэтому смешанный ксилол отделяется от воды практически так же, как чистый ксилол.

Почему ксилол используется для измерения содержания воды в нефтепродуктах?

Ксилол и подобные ароматические растворители используются в некоторых лабораторных методах дистилляции для измерения содержания воды в пробах нефти, полагаясь на ограниченную взаимную растворимость растворителя с водой, чтобы можно было собирать и измерять отделенную воду. В конкретных стандартах испытаний могут быть указаны разные системы растворителей в зависимости от типа образца.

Какова плотность ксилола по сравнению с водой?

Плотность ксилола составляет примерно 0,86–0,88 г/мл по сравнению с плотностью воды около 1,0 г/мл, что означает, что ксилол примерно на 12–14% менее плотен, чем вода. Вот почему фаза ксилола обычно образуется сверху, когда две жидкости разделяются.