DIPLOMSKO DELO

(1)

U

NIVERZA V

L

JUBLJANI

F

AKULTETA ZA KEMIJO IN KEMIJSKO TEHNOLOGIJO

DIPLOMSKO DELO

Assya Bellaadem

Ljubljana, 2021

(2)

(3)

U

NIVERZA V

L

JUBLJANI

F

AKULTETA ZA KEMIJO IN KEMIJSKO TEHNOLOGIJO

VISOKOŠOLSKI ŠTUDIJSKI PROGRAM KEMIJSKA TEHNOLOGIJA

IZRAČUN PARNEGA TLAKA RAZKUŽIL ZA ROKE

DIPLOMSKO DELO

Assya Bellaadem

M

ENTOR

: prof. dr. Jurij Reščič

Ljubljana, 2021

(4)

(5)

IZJAVA O AVTORSTVU

diplomskega dela

Spodaj podpisana Assya Bellaadem sem avtorica diplomskega dela z naslovom: Izračun parnega tlaka razkožil za roke.

S svojim podpisom zagotavljam, da:

• je diplomsko/magistrsko delo rezultat mojega raziskovalnega dela pod mentorstvom prof. dr. Jurij Reščič;

• sem poskrbel/a, da so dela in mnenja drugih avtorjev, ki jih uporabljam v

predloženem diplomskem/magistrskem delu, navedena oziroma citirana v skladu z navodili;

• se zavedam, da je plagiatorstvo, v katerem so tuje misli oziroma ideje

predstavljene kot moje lastne, kaznivo po zakonu (Zakon o avtorski in sorodnih pravicah – uradno prečiščeno besedilo (ZASP-UPB3) (Ur. list RS, št. 16/2007);

• sem poskrbel/a za slovnično in oblikovno korektnost diplomskega/magistrskega dela;

• je elektronska oblika diplomskega/magistrskega dela identična tiskani obliki diplomskega/magistrskega dela.

V Ljubljani, 2021 Podpis avtorice:

(6)

(7)

Zahvala

Zahvaljujem se mentorju prof. dr. Juriju Reščiču za nasvete in pomoč pri izdelavi diplomskega dela.

Posebna zahvala gre moji mami in tudi sestri, ki sta me med celotnem študijem vedno nesebično podpirali.

(8)

(9)

Izračun parnega tlaka razkužil za roke

Povzetek: V diplomski nalogi sem izračunala parni tlak mešanice izopropanola in vode ki jo najdemo v razkužilih za roke, in sicer pri temperaturah pri katerih jih dejansko uporabljamo. Na podlagi eksperimentalnih podatkov za isti sistem pri višjih temperaturah sem z ekstrapolacijo določila parni tlak mešanice pri nižjih temperaturah.

Za izračun sem si pomagala s enačbami iz knjige Properties of Gases and Liquids.

Rezultate sem potem podala v obliki tabel in grafov. Parni tlak mešanic pri nižji temperaturi kvalitativno sledi trendom pri višji temperaturi.

Ključne besede: parni tlak, izopropil alkohol, voda, Antoinejeva enačba, dvokomponentni sistemi

Calculation of vapour pressure of hand disinfectants

Abstract: In this bachelor’s thesis, I calculated the vapour pressure of the mixture of isopropanol and water found in hand disinfectants at the temperatures at which we actually use them. Isopropanol/water mixture is often found in hand disinfectants. Based on experimental data for the same system at higher temperatures, the vapour pressure was determined at lower temperatures using extrapolation technique. For the calculation, I used the equations found in the book Properties of Gases and Liquids. I then presented the results in the form of tables and graphs. The dependence of the vapour pressure on the composition at lower temperatures follows the one measured at higher temperatures.

Keywords: vapour pressure, isopropyl alcohol, water, Antoine equation, binary systems

(10)

(11)

Kazalo

1 Uvod ... 1

1.1 Razkužila za roke ... 1

1.2 Parni tlak čiste spojine ... 3

1.2.1 Antoinejeva enačba ... 3

1.3. Parni tlak mešanic ... 4

1.3.1 Parni tlak idealne raztopine ... 4

1.3.2 Parni tlak realne raztopine ... 6

2 Namen dela ... 9

3 Rezultati in razprava ... 11

Osnove ... 11

Izračun ... 13

4 Zaključek ... 23

5 Seznam uporabljenih virov ... 25

(12)

Kazalo slik

Slika 1: Razkužilo za roke s izopropanolom, etanolom in brez alkohola ... 2

Slika 2:Medmolekularne interakcije v idealni raztopini (Jamnik,2010) ... 4

Slika 3:Binarna mešanica (Jamnik,2010) ... 5

Slika 5:Odstopanje realnih od idealnih raztopin (Jamnik,2010) ... 6

Slika 6:Fazni in vrelni diagram raztopin s pozitivnim odmikom (Jamnik,2010) ... 7

Slika 7:Fazni in vrelni diagram raztopin z negativnim odmikom (Jamnik,2010) ... 7

(13)

(14)

Kazalo preglednic

Tabela 1: Eksperimentalni podatki sistema izopropanol-voda ... 11

Tabela 2:Vrednosti izparilne entalpije za odgovarjajoče deleže tekoče faze ... 19

Tabela 3:Parni tlak čistega izopropanola in vode ... 20

Tabela 4:Aktivnostni koeficienti izopropanola pri nižjih temperaturah ... 20

Tabela 5: Aktivnostni koeficienti vode pri nižjih temperaturah ... 20

(15)

Seznam uporabljenih kratic in simbolov

A, B, C konstante v Antoinejevi enačbi

xi molski delež komponente i v tekoči fazi yi molski delež komponente i v parni fazi pⁱ tlak komponente i v raztopini

pi° parni tlak čiste komponente i

pa parcijalni tlak komponente a

p^b parcijalni tlak komponente b

xa molski delež komponente a v tekoči fazi xb molski delež komponente b v tekoči fazi y^a molski delež komponente a v parni fazi yb molski delež komponente b v parni fazi kHi Henryeva konstanta komponente i

γ aktivnostni koeficient

R splošna plinska konstanta

(16)

Izračun parnega tlaka razkužil za roke

1

1 Uvod

1.1 Razkužila za roke

Razkužila za roke so antiseptiki, ki se uporabljajo v povezavi z milom in vodo za obvladovanje okužb. Lahko jih najdemo v obliki gela, pene ali tekoče raztopine.

Njihova uporaba je priporočljiva za zmanjšanje širjenja nalezljivih bolezni in ubijanje mikroorganizmov na koži. Na voljo so tri klasifikacije razkužil za roke: razkužila ki vsebujejo alkohole, kvanterne amonijeve spojine in triklosan. Razkužila za roke na osnovi alkohola vsebujejo različne vrste alkoholov v različnih količinah. Koncentracija alkohola se razlikuje v območju med 20 % in 95 %, odvisno od uporabe, za katero je določena. Vrste alkohola, ki se uporabljajo za pripravo razkužil so izopropanol, propanol in etanol. Razkužilo za roke, ki ga primarno priporoča Svetovna zdravstvena organizacija (WHO), je sestavljeno iz 80 volumskih odstotkov etanola, 1,45 volumskega odstotka glicerina in 0,125 volumskega odstotka vodikovega peroksida.

Priporoča tudi razkužilo sestavljeno iz 75 volumskih odstotkov izopropanola, 1,45 volumskega odstotka glicerina in 0,125 volumna vodikovega peroksida.

Ker hitro suši kožo, se etanol ne sme uporabljati neposredno brez dodatnih sredstev.

Izopropanol uničuje bakterijske celice na enak način kot etanol in tudi hitreje izhlapeva.

Vendar pa je boljši pri razkuževanju kože kot etanol, saj ni tako učinkovit pri dehidraciji kože. Raziskave so pa pokazale da ne obstaja pomembna razlika v učinkovitosti razkužil za roke, ki vsebujejo etanol in tistih, ki vsebujejo izopropanol [1].

Razkužila za roke brez alkohola vsebujejo snovi, kot so kloroheksidin glukonat, oktenidin, triklosan in benzalkonijev klorid namesto alkohola, da bi zmanjšali škodljive učinke mikrobov. Ko jih primerjamo s tistimi, ki vsebujejo alkohol, so manj učinkovite.

Obstaja pa široka paleta virusov in bakterij, ki jih alkohol ne more sam uničiti. V tem primeru so takšne snovi bolj učinkovite. Včasih se te kemikalije uporabljajo kot dodaten material v razkužilih za roke, ki vsebujejo alkohol za povečanje dezinfekcijske učinkovitosti. Prav tako je pomembno razumeti, da čeprav razkužila ubijajo mikroorganizme na koži, je učinek kratek. Tako je treba izdelek uporabljati v določenih časovnih intervalih, da se prepreči razmnoževanje, ki povzročajo bolezni.

V zadnjem času je povečana uporaba razkužil za roke, kot zaščita proti bolezni COVID- 19. Zato se je potrebno zavedati tudi morebitnih nevarnosti njihove uporabe. Triklosan

(17)

2

prispeva k temu, da bakterije postanejo odporne na antibiotike. Uporaba razkužil lahko zmanjša našo odpornost na bolezni z ubijanjem dobrih bakterij, ki pomagajo zaščititi telo pred slabimi bakterijami. Raziskave so pokazale da triklosan lahko povzroči hormonske motnje in tudi povzroči, da se bakterije prilagodijo na svoje antimikrobne lastnosti, ki ustvarjajo več sevov, odpornih na antibiotike. Študije na živalih so pokazale, da bi triklosan lahko spremenila način delovanja hormonov v telesu, kar povečuje skrb in jamstvo za nadaljnjo preiskavo, da bi bolje razumeli, kako lahko vpliva na ljudi.

Ker obstajajo razkužila ki vsebujejo alkohol, lahko pride do zaužitja po nesreči in zastrupljanja z alkoholom, zlasti pri mlajših otrocih. Zaradi visokega deleža alkohola, se razkužila za roke štejejo za požarno nevarnost kot vnetljive tekoče. Zato je zelo pomembno pravilno ravnati z njimi in sicer:

• Takoj očistiti razlito razkužilo za roko z vodo.

• Shraniti razkužila za roke stran od vseh virov toplote in vžiga, vključno s iskrami, odprtimi plameni in električnimi vtičnicami – na varnih lokacijah za katere je znano da ne pride do izredno visokih temperatur.

• Otrokom ne dovoliti, da uporabljajo ali dostopajo do razkužila, razen če ga nadzoruje odrasla oseba.

Slika 1: Razkužilo za roke s izopropanolom, etanolom in brez alkohola

(18)

3

1.2 Parni tlak čiste spojine

Parni tlak čiste spojine je tlak, ki ga ima parna faza spojine v termodinamičnem ravnotežju s tekočo fazo ali trdo obliko. Ravnotežni parni tlak je pokazatelj stopnje izhlapevanja tekočine ter se nanaša na nagnjenost delcev, da zapuščajo tekočino ali trdno snov in prehajajo v parno fazo. Snov z visokim parnim tlakom pri normalnih temperaturah se pogosto imenuje hlapna. Ko se temperatura tekočine povečuje, se povečuje tudi kinetična energija molekul s čem se poveča tudi število molekul, ki prehajajo v paro. Posledično se poveča parni tlak.

V čisti tekočini imajo nekatere molekule dovolj energije, da premagajo medmolekularne sile in prehajajo s površine, da tvorijo hlap. Šibkejše kot so medmolekularne sile, več molekul lahko zapušča tekočino. Pri katerikoli določeni temperaturi bo določen delež molekul imel dovolj energije, da zapusti površino.

Predstavljene so številne različne enačbe, ki povezujejo parni tlak kot funkcijo temperature, kot sta Wagnerjeva in Antoineva enačba [2].

1.2.1 Antoinejeva enačba

Antoine (1888) je predlagal modifikacijo Clausius-Clapeyronove enačbe, ki se pogosto uporablja v omejenih temperaturnih razponih:

𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙₁₀𝑝𝑝_{𝑣𝑣𝑣𝑣} = 𝐴𝐴 − 𝐵𝐵

𝐶𝐶 + 𝑇𝑇 − 273,15 [1]

(19)

4

Kjer je T temperatura, ki jo podajamo v kelvnih. A, B in C so konstante, ki jih zagotavlja javna literatura ter so različne za posamezne snovi. Je zelo pomembno da jih uporabljamo v podanih temperaturnih območjih saj z uporabo zunaj priporočenega območja dobimo napačne vrednosti tlaka. Antoine enačba opisuje bolj natančno povezavo med parnim tlakom in temperaturo za čiste snovi.

1.3. Parni tlak mešanic

1.3.1 Parni tlak idealne raztopine

Obstajajo medmolekularne interakcije v čisti komponenti A (A-A) ter v čisti komponenti B (B-B). V dvokomponentni mešanici, ko pride do njihovega mešanja, nastanejo še interakcije med molekulami komponente A in komponente B (A-B).

V idealni mešanici teh dveh tekočin je težnja dveh različnih vrst molekul za prehajanje v paro nespremenjena. Če molekule še vedno imajo enako težnjo, da preidejo v parno fazo kot prej, to pomeni, da morajo biti medmolekularne sile med dvema molekulama iste komponente (A-A) povsem enake kot medmolekularne sile med dvema komponentama (A-B). Če bi bile sile drugačne, bi se težnja spremenila. Zato rečemo, da je za idealne raztopine značilno da so interakcije A-A / B-B enako prisotne kot interakcije A-B (slika 2).

Slika 2:Medmolekularne interakcije v idealni raztopini (Jamnik,2010)

Za izračun parcialnega tlaka komponent uporabljamo Raoultov zakon. Raoultov zakon je zakon termodinamike, ki ga je ustanovil francoski fizik Raoult leta 1882. Ta zakon

(20)

5

nam kaže, da je parcialni tlak vsake komponente idealne mešanice tekočin enak tlaku hlapov čiste komponente, pomnoženega z njenim molskim deležem v mešanici:

𝑝𝑝_𝑖𝑖 = 𝑥𝑥_𝑖𝑖𝑝𝑝_𝑖𝑖^𝑜𝑜 [2]

kjer je pi tlak komponente i v raztopini, xi je molski delež tekočine, pi° je parni tlak za čisto komponento i.

Slika 3:Binarna mešanica (Jamnik,2010)

Če kombiniramo Raultov zakon s Daltonovim (enačba 3), dobimo izraz za tlak raztopine:

p=p^a+p^b [3]

p=x^ap^a°+ x^bp^b° [4]

Podobno velja za tlak hlapov iz česa se da sklepati na odvisnost molskega deleža hlapov od molskega deleža v raztopini:

(21)

6

p^a=y^ap [5]

𝑦𝑦𝑎𝑎 = 𝑝𝑝_𝑎𝑎 𝑝𝑝 =

𝑥𝑥_𝑎𝑎𝑝𝑝_𝑎𝑎^𝑜𝑜 𝑝𝑝 =

𝑥𝑥_𝑎𝑎𝑝𝑝_𝑎𝑎^𝑜𝑜

(𝑝𝑝𝑎𝑎𝑜𝑜− 𝑝𝑝_𝑏𝑏^𝑜𝑜)𝑥𝑥𝑎𝑎 + 𝑝𝑝_𝑏𝑏^𝑜𝑜 [6]

1.3.2 Parni tlak realne raztopine

V praksi se večinoma srečamo z realnimi oziroma neidealnimi raztopinami. Od idealnih se razlikujejo po tem, da se prisotnost medmolekularnih interakcij A-B razlikuje od prisotnosti interakcij med istovrstnimi molekulami A-A oziroma B-B. Kot rezultat odstopanja od idealnega obnašanja nastajajo pozitivni in negativni odmiki. Dobimo azeotropno mešanico, v kateri so tekočine s konstantnim vreliščem. To je zato, ker imajo hlapi tekoče zmesi enako sestavo kot tekoča zmes. Vrelišče te mešanice je lahko višje ali nižje od katere koli posamezne komponente mešanice.

Slika 4:Odstopanje realnih od idealnih raztopin (Jamnik,2010)

Pri pozitivnih odmikih je prisotnost interakcij A-A oziroma B-B veliko večja in ugodnejša v primerjavi z medmolekularnimi interakcijami A-B. Ker so interakcije A-B šibkejše, so te molekule bolj hlapne in posledično imajo večji parni tlak ter nižjo temperaturo vrelišča.

(22)

7

Slika 5:Fazni in vrelni diagram raztopin s pozitivnim odmikom (Jamnik,2010)

Če je odmik negativen od idealnega obnašanja, so interakcije A-B ugodnejše od interakcij med istovrstnimi molekulami A-A oz. B-B. Kot posledica tega je parni tlak molekul raztopine manjši v primerjavi z parnim tlakom čistih komponent ter je vrelišče višje.

Slika 6:Fazni in vrelni diagram raztopin z negativnim odmikom (Jamnik,2010)

Parni tlak posameznih komponent v realnih mešanicah je odvisen od njegovega deleža v mešanici ter je odvisno od okolja v katerem se molekule nahajajo. S spremembo okolja se spreminja tudi sestava mešanice. Posledično ne poznamo odvisnost parnega tlaka od sestave, razen v primeru koncentrirane raztopine glede na komponento i in razredčene raztopine glede na komponento i.

(23)

8

Če imamo koncentrirano raztopino glede na komponento i: xi 1 , prevladujejo molekule komponente i in je prehajanje takšnih molekul določeno le z interakcijami molekul iste vrste. Na podlagi tega, lahko rečemo da za takšno raztopino velja Raoultov zakon (enacba 3).

V primeru razredčene raztopine glede na komponento i: xi  0, prevladujejo molekule komponente j. Podobno zgoraj opisanem primeru, je prehajanje molekul komponente j definirano z medmolekularnimi interakcijami komponente i in j. Pri nizkih

koncentracijah komponente i, se okolica molekul ne spreminja. Posledično velja Henryjev zakon:

𝑝𝑝𝑖𝑖 = 𝑘𝑘𝐻𝐻,𝑖𝑖𝑥𝑥𝑖𝑖 [7]

Pri katerem je kH,i Henryjeva konstanta komponente i, xi pa molski delež komponente i.

(24)

9

2 Namen dela

Glavni namen mojega diplomskega dela je izračun parnega tlaka dvokomponentne mešanice voda-izopropanol, ki jo najdemo v razkužilih za roke, pri temperaturah, kjer razkužila dejansko uporabljamo (10-30°C), in sicer na osnovi eksperimentalnih podatkov za iste mešanice pri višjih temperaturah.

(25)

(26)

11

3 Rezultati in razprava

Osnove

Osnova mojega izračuna so bili eksperimentalni podatki iz članka [3] iz katerega sem sestave parne in tekoče faze, parne tlake mešanice in temperature vzela kot prave vrednosti (tabela 1). Na podlagi teh sem izračunala parni tlak mešanice pri nižjih temperaturah in sicer 30°C, 25°C, 20°C, 15°C, 10°C.

Tabela 1: Eksperimentalni podatki sistema izopropanol-voda

Za izračun parnega tlaka vode sem uporabila enačbo podano v zgoraj navedenem članku:

(27)

12

ln (𝑝𝑝) = 18,5256−3,8761 × 10³

𝑇𝑇 −2,0996 × 10⁵

𝑇𝑇² [8]

Parni tlak čistega izopropanola sem izračunala s pomočjo Antoine enačbe. Konstante sem pridobila v knjigi The properties of gases and liquids [2]:

A B C

8,1182 1580,92 219,61

Z uporabo kubičnega zlepka, sem dobila bolj natančne vrednosti sestave parne faze za sestave tekoče faze od 0,1 do 1. Na podlagi Clausius-Clapeyronove enačbe sem narisala graf in izračunala parni tlak zmesi pri nižjih temperaturah. Nato sem iz naklona premice izračunala tudi izparilno entalpijo. S pomočjo naslednje enačbe sem izračunala aktivnostne koeficiente za izopropanol in vodo pri temperaturah ki nas zanimajo:

𝛾𝛾 = 𝑦𝑦𝑖𝑖𝑝𝑝

𝑥𝑥_𝑖𝑖𝑝𝑝_{𝑣𝑣𝑣𝑣,𝑖𝑖} [9]

(28)

13

Izračun

Kot sem že omenila, za izračun parnega tlaka sistema izopropanol-voda pri nižjih temperaturah sem uporabila eksperimentalne podatke istih mešanic pri višjih temperaturah, ki jih je mogoče videti na grafu 1.

Graf 1:Odvisnost parnega tlaka od sestave tekoče faze izopropanola pri eksperimentalnih podatkih

Zaradi linearnosti grafa odvisnosti naravnega logaritma parnega tlaka od 1/T pri eksperimentalnih podatkih, sem enačbo premice uporabila za izračun parnega tlaka mešanice pri nižjih temperaturah.

Primer izračuna za x1=0,1

0 100 200 300 400 500 600 700

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1

p [mmHg]

x1

Odvisnost parnega tlaka od sestave tekoče faze izopropanola pri eksperimentalnih podatkih

35°C 45°C 55°C 65°C 75°C

(29)

14

Graf 2:Odvisnost naravnega logaritma parnega tlaka mešanice od 1/T pri deležu izopropanola v tekoči fazi 0,1

30°C:ln(𝑝𝑝) =−5277,2 ×�_303,15¹ �+ 21,456 = 4,048 𝑝𝑝= 𝑒𝑒^4,048 = 57,29 25°C:ln(𝑝𝑝) =−5277,2 ×�_298,15¹ �+ 21,456 = 3,756 𝑝𝑝=𝑒𝑒^3,756 = 42,78 20°C:ln(𝑝𝑝) =−5277,2 ×�_293,15¹ �+ 21,456 = 3,454 𝑝𝑝=𝑒𝑒^3,454 = 31,64 15°C:ln(𝑝𝑝) =−5277,2 ×�_288,15¹ �+ 21,456 = 3,142 𝑝𝑝= 𝑒𝑒^3,142 = 23,15 10°C:ln(𝑝𝑝) =−5277,2 ×�_283,15¹ �+ 21,456 = 2,819 𝑝𝑝= 𝑒𝑒^2,819 = 16,75

Podobno sem izračunala za ostale sestave. Odvisnost izračunanega parnega tlaka zmesi od sestave tekoče faze pri 30°C, 25°C, 20°C, 15°C in 10°C je vidna na grafu 3.

y = -5277.2x + 21.456 R² = 0.9998 3

4 5 6 7

0.0028 0.00288 0.00296 0.00304 0.00312 0.0032 0.00328

ln(P)

1/T

Odvisnost naravnega logaritma parnega tlaka mešanice od 1/T pri deležu izopropanola v

tekoči fazi 0,1

(30)

15

Graf 3:Odvisnost parnega tlaka zmesi od sestave tekoče faze izopropanola pri nižjih temperaturah

Da lahko izračunam parni tlak pri nižjih temperaturah je najprej treba dobiti odvisnost sestave parne faze od sestave tekoče faze pri 35°C, 45°C, 55°C, 65°C, 75°C. Ta je pridobljena s uporabo kubičnega zlepka in se vidi na spodaj prikazanem grafu.

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

p [mmHg]

x1

Odvisnost parnega tlaka zmesi od sestave tekoče faze izopropanola pri nižjih

temperaturah

30°C 25°C 20°C 15°C 10°C 35°C

(31)

16

Graf 4:Odvisnost sestave parne faze od sestave tekoče faze pri eksperimentalnih podatkih

Nato sem narisala graf odvisnosti sestave parne faze od temperature za eksperimentalne podatke, da dobim sestavo parne faze pri določenih sestavah tekoče faze pri potrebnih temperaturah.

Primer izračuna za x1=0,1

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1

y1

x1

Odvisnost sestave parne faze od sestave tekoče faze pri eksperimentalnih podatkih

35°C 45°C 55°C 65°C 75°C

(32)

17

Graf 5:Odvisnost sestave parne faze od temperature za vrednost tekoče faze 0,1

Potem sem enačbo krivulje uporabila za izračun sestave parne faze za nižje temperature.

30°C: 𝑦𝑦= −2 × 10⁵× 30 + 0,0024 × 30 + 0,4101 = 0,4641 25°C: 𝑦𝑦= −2 × 10⁵× 25 + 0,0024 × 25 + 0,4101 = 0,4576 20°C: 𝑦𝑦= −2 × 10⁵× 20 + 0,0024 × 20 + 0,4101 = 0,4501 15°C: 𝑦𝑦= −2 × 10⁵× 15 + 0,0024 × 15 + 0,4101 = 0,4416 10°C: 𝑦𝑦= −2 × 10⁵× 10 + 0,0024 × 10 + 0,4101 = 0,4321

Postopek sem ponovila za ostale sestave in dobila odvisnost sestave parne faze od sestave tekoče faze pri teh temperaturah kar lahko vidimo na grafu 6.

y = -2E-05x²+ 0.0024x + 0.4101 R² = 0.9956

0.45 0.46 0.47 0.48 0.49 0.5

0 10 20 30 40 50 60 70 80

y1

T[°C]

Odvisnost sestave parne faze od temperature pri

deležu izopropanola v tekoči fazi 0,1

(33)

18

Graf 6:Odvisnost sestave parne faze od sestave tekoče faze pri nižjih temperaturah

Iz enačbe premice grafa odvisnosti naravnega logaritma parnega tlaka od 1/T sem izračunala izparilno entalpijo za posamezne sestave tekoče in parne faze kjer je R=8,314 J/molK:

𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛 𝑝𝑝𝑝𝑝𝑒𝑒𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑒𝑒=𝐻𝐻_{𝑖𝑖𝑖𝑖𝑣𝑣}

𝑅𝑅 [12]

𝐻𝐻_{𝑖𝑖𝑖𝑖𝑣𝑣} =𝑅𝑅 × 𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛 𝑝𝑝𝑝𝑝𝑒𝑒𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑒𝑒 [14]

V tabeli 2 so prikazane vse vrednosti izparilne entalpije za posamezne sestave tekoče faze izopropanola. Njihova odvisnost je tudi prikazana na grafu 7.

x1 𝐻𝐻_{𝑖𝑖𝑖𝑖𝑣𝑣}[J/mol]

0 42915,2

0,1 43874,6 0,2 43562,0

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1

y1

x1

Odvisnost sestave parne faze od sestave tekoče faze pri nižjih temperaturah

30°C 25°C 20°C 15°C 10°C

(34)

19

0,3 43254,4 0,4 43258,6 0,5 43382,4 0,6 43419,0 0,7 43454,8 0,8 43548,7 0,9 43750,8

1 44092,5

Tabela 2:Vrednosti izparilne entalpije za odgovarjajoče deleže tekoče faze

Graf 7:Odvisnost izparilne entalpije zmesi od sestave tekoče faze izopropanola

Parni tlak čistega izopropanola (Pvp1) in vode (Pvp2) pri vseh temperaturah je nižji od atmosferskega tlaka (760mmHg) kar lahko vidimo v tabeli 3. Zato lahko vzamemo idealno obnašanje parne faze in uporabimo poenostavljeno enačbo za izračun aktivnostnega koeficienta (enačba 9). V tabeli 3 so prikazane vrednosti aktivnostnega koeficienta za izopropanol pri različnih temperaturah, v tabeli 4 pa vidimo vrednosti aktivnostnega koeficienta za vodo.

T[°C] Pvp1[mmHg] Pvp2[mmHg]

30 60,90 31,65

25 45,20 23,65

20 33,14 17,46

15 23,97 12,75

10 17,09 9,185

42800 43200 43600 44000 44400

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

Hizp[J/mol]

x1

Odvisnost izparilne entalpije zmesi od sestave tekoče faze izopropanola

Eksperimentalni podatki Vsi podatki

(35)

20

Tabela 3:Parni tlak čistega izopropanola in vode

Primer izračuna aktivnostnega koeficienta za x1=0,1 pri T=30°C

𝛾𝛾 = 𝑦𝑦₁×𝑝𝑝 𝑥𝑥1 ×𝑝𝑝𝑣𝑣𝑣𝑣,1

0,4641 × 57,29

0,1 × 60,90 = 4,366

30°C 25°C 20°C 15°C 10°C

x1 γ1 γ1 γ1 γ1 γ1

0,1 4,366 4,331 4,297 4,264 4,233 0,2 2,660 2,678 2,701 2,731 2,768 0,3 1,922 1,943 1,969 2,000 2,038 0,4 1,533 1,546 1,562 1,582 1,607 0,5 1,294 1,301 1,310 1,322 1,338 0,6 1,150 1,156 1,163 1,174 1,187 0,7 1,061 1,069 1,080 1,095 1,113 0,8 1,007 1,014 1,025 1,039 1,057 0,9 0,982 0,987 0,995 1,006 1,020 Tabela 4:Aktivnostni koeficienti izopropanola pri nižjih temperaturah

Primer izračuna aktivnostnega koeficienta za x2=0,1 pri T=30°C

𝛾𝛾 = 𝑦𝑦₂×𝑝𝑝 𝑥𝑥2×𝑝𝑝𝑣𝑣𝑣𝑣,2

0,1512 × 63,39

0,1 × 31,65 = 3,028

30°C 25°C 20°C 15°C 10°C

x2 γ2 γ2 γ2 γ2 γ2

0,1 3,028 3,055 3,086 3,120 3,159 0,2 2,635 2,647 2,659 2,673 2,688 0,3 2,236 2,248 2,262 2,280 2,301 0,4 1,926 1,946 1,971 2,002 2,039 0,5 1,666 1,682 1,702 1,726 1,756 0,6 1,460 1,470 1,482 1,499 1,518 0,7 1,296 1,300 1,307 1,316 1,328 0,8 1,144 1,149 1,155 1,164 1,176 0,9 1,078 1,090 1,107 1,127 1,151 Tabela 5: Aktivnostni koeficienti vode pri nižjih temperaturah

(36)

21

Graf 8:Odvisnost aktivnostnega koeficienta od sestave tekoče faze izopropanola

Graf 9:Odvisnost aktivnostnega koeficienta od sestave tekoče faze vode 0.000

0.500 1.000 1.500 2.000 2.500 3.000 3.500 4.000 4.500 5.000

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1

γ

x1

Odvisnost aktivnostnega koeficienta od sestave tekoče faze izopropanola

30C 25C 20C 15C 10C

0.000 0.500 1.000 1.500 2.000 2.500 3.000 3.500

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1

γ

x1

Odvisnost aktivnostnega koeficienta od sestave tekoče faze vode

30°C 20°C 25°C 15°C 10°C

(37)

22

(38)

23

4 Zaključek

Iz literature sem pridobila podatke o eksperimentalno določenih parnih tlakih za sistem izopropanol-voda za višje temperature, vrednosti Antoineovih konstant za izopropanol in enačbo za izračun parnega tlaka vode. S pomočjo teh podatkov sem izračunala delež pare in tekočine za 0.1 korak, najprej za eksperimentalne temperature, potem pa za nižje temperature pri katerih dejansko uporabljamo razkužila za roke ki vsebujejo izopropanol in vodo. Narisala sem graf odvisnosti naravnega logaritma parnega tlaka zmesi od 1/T za eksperimentalne temperature, na podlagi katerega sem izračunala parni tlak mešanice za nižje temperature. Iz istega grafa sem izračunala izparilne entalpije za posamezne temperature in deleže tekočine. Narisala sem tudi graf računsko določenih aktivnostnih koeficientov pri različnih sestavah tekočine.

(39)

24

(40)

25

5 Seznam uporabljenih virov

[1] Comparison of the efficacy and drying times of liquid, gel and foam formats of alcohol-based hand rubs - PubMed (nih.gov) (pridobljeno 29.7.2021).

[2] Poling, B.E., Prausnitz, J.M., O'Connell, J.P., 2001. The Properties of GASES AND LIQUIDS, fifthedition. New York: McGraw-Hill.

[3] E.Sada in T.Morisue, J.Chem.Eng.of Japan, vol.8 (3), 1975, str.191-195 Isothermal vapor-equilibrium data of isopropanol-water system (pridobljeno 1.7.2021).

[4] Jamnik, A.; 2010. Fizikalna kemija. Ljubljana: Fakulteta za kemijo in kemijsko tehnologijo.

[5] Prediction of Vapor-Liquid Equilibrium for a Non-Ideal Binary Mixture Based on the Azeotropic Condition (jscimedcentral.com) (pridobljeno 15.7.2021).

[6] WHO recommended disinfectants are easy to make and effective against COVID-19 - Neuroscience News (pridobljeno 29.7.2021).

[7] Types of Hand Sanitizer and Effectiveness (axiobio.com) (pridobljeno 29.7.2021).

[8] Comparison of the efficacy and drying times of liquid, gel and foam formats of alcohol-based hand rubs - PubMed (nih.gov) (pridobljeno 29.7.2021).

[8] Ethanol vs. Isopropyl Alcohol to Disinfect - Eureka Oxygen (eurekaoxygencompany.com) (pridobljeno 29.7.2021).

[10] Disadvantages of Alcohol-Based Hand Sanitizers - SafeSpace (safespaceco.com) (pridobljeno 29.7.2021).

Viri slik

(41)

26

Slika 1: Povzeto po: 120mL / 4 fl oz. Hand Sanitizer Gel (70% Alcohol) (sanitizergels.ca)

Slika 1: Povzeto po: Gompels Alcohol Based Hand Sanitiser (500ml) only £6.20 (shdmedical.co.uk)

Slika 2: Povzeto po: Jamnik, A.; 2010. Fizikalna kemija. Ljubljana: Fakulteta za kemijo in kemijsko tehnologijo