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Solution Structure of Aqueous Non-Electrolytes – Adiabatic Compressibility Studies

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The variation of adiabatic compressibility of dilute aqueous solutions of ethylene glycol, glycerol, pyridine and n-propanol with temperature have been studied by measuring ultrasonic velocity in, and density of, the solutions using a single crystal variable path interferometer working at 3 MHz and a bicapillary type pycnometer respectively. The measurements were carried out at ≈2 °C intervals over a range of ≃ 5 °C on either side of the temperature corresponding to the adiabatic compressibility minimum (T β). The structural contribution to the shift in T β, [ΔT βstr]exp is found to be positive for n-propanol which increases with concentration upto X 2 ≃ 0.0133 and afterwords decreases. For rest of the solutes studied, [ΔT βstr]exp is found to be negative and which increases linearly with concentration. The results indicate that at low concentrations, n-propanol enhances the hydrogen bonded structure of water, against thermal collapse while ethylene glycol, glycerol and pyridine promote structure disruption.

Zusammenfassung

Es wurde die Änderung der adiabatischen Kompressibilität verdünnter, wäßriger Lösungen von Äthylenglycol, Glyzerin, Pyridin und n-Propanol mit der Temperatur durch Messung der Dichte der Lösungen und der Ultraschallgeschwindigkeit in den Lösungen untersucht. Dabei wurden ein bei 3 MHz arbeitendes Einzelkristall-Interferometer mit veränderlicher Meßstrecke und ein Doppelkapillar-Pyknometer verwendet. Die Messungen wurden in Abständen von ≈2°C in einem Bereich von 5°C zu beiden Seiten der zum Minimum der adiabatischen Kompressibilität gehörenden Temperatur (T β) durchgeführt. Es zeigte sich, daß der Strukturbeitrag zur Verschiebung von T β, [ΔT βstr]exp, für n-Propanol positiv ist und mit der Konzentration bis zu X2 ~ 0,0133 ansteigt, um danach abzufallen. Für den Rest der untersuchten Lösungen ist [ΔT βstr]exp negativ und steigt linear mit der Konzentration an. Die Ergebnisse zeigen, daß n-Propanol bei niedrigen Konzentrationen die Wasserstoffbindungsstruktur des Wassers gegen thermischen Zusammenbruch stärkt, während Äthlyenglycol, Glyzerin und Pyridin das Aufbrechen der Struktur fördern.

Sommaire

On a étudié les variations de la compressibilité adiabatique en fonction de la température pour des solutions diluées d'éthylène-glycol, de glycerol, de pyridine et de n-propanol dans l'eau, à partir de mesures de densité effectuées au picnomètre bicapillaire et de mesures de vélocités ultrasonores faites par interférométrie à 3 MHz. Le domaine des températures explorées s'étendait sur 5°C de part et d'autre de la température T β correspondant au minimum de la compressibilité adiabatique, les points de mesurage étant distants d'environ 2°C. La contribution structurelle au déplacement de T β a été trouvée positive pour le n-propanol, où elle croît avec la concentration jusqu'à X 2 = 0,0133 pour décroître ensuite. Pour les autres solutés étudiés, elle est négative et décroît linéairement avec la concentration. Ces résultats laissent à penser que le n-propanol renforce la résistance de la structure liaison hydrogène de l'eau vis-à-vis du collapsus thermique, tandis que l'éthylène-glycol, la glycerol et la pyridine l'affaiblissent.
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Document Type: Research Article

Publication date: August 1, 1978

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