近20年电解质溶液活度的计算方法(3)

2018-12-25 22:50

对于理想稀溶液,因溶剂4遵守拉乌尔定律溶质遵守亨利定律所以理想稀溶液中溶剂的化学势砌和溶质的化学势肋分别与其相应浓度之间也有如下简单的关系:

?A??*A(T,P)?RTlnxA (7)

其中?*P状态时,纯溶剂A的化学势,参考态是真实的状 态。 A(T,P)是溶液在T、

?A??* A(T,P)?RTlnxB (8) ?A??*A(T,P)?RTlnmB (9) ?i??A(T,P)?KTlncB (10 )

?*A(T,P)是溶质参考态的化学势r参考态是溶液恒温条件下假定溶质服从亨利定

律且时的状态,参考态是虚拟的(因为只有极稀溶液即砌无限小时才符 合亨利定律)。

对真实溶液,因溶剂既不遵守拉乌尔定律,溶质也不遵守亨利定律,所以其化学势不满足上面任何式子。为了研究问题和处理问题的方便,路易斯引入了活度a,这个热力学量,用活度项代替前面式中的浓度项,从而使真实溶液中各组分的化学势与其活度之间也有如上类似的简洁形式。即:

?i??i0?RTlnai (11)

其中?*是参考状态的化学势,活度ai取决于相对值?i??i?,因此活度与逸度一样也是化学势的度量,为体系的强度性质。但活度ai,是无因次量,参考状态也 不一定是标准状态,在实际问题中可以本着方便的原则选取参考状态。在电解质 溶液中,对于溶剂经常采用纯态为参考态,此时,x1?1,f1?1当然也必然有a1?1,但溶质(电解质)的参考态则经常采用无限稀释状态为参考态。 比较上面两组式子可知,从理想溶液的公式出发所到得的一些热力学公式, 只要把其中的浓度项用相应的活度表示,就能用于理想的或非理想任何溶液。为 了描述真实溶液与理想溶液的偏差以及活度与浓度间的关系,故引入活度系数乃。 根据体系的性质及所采用的参考态,它可以大于(或小于l,对于理想溶液”=1)。 电解质的活度和活度系数表达方式比较复杂,电解质的浓度可以用三种单位,即摩尔分数xi,质

量摩尔浓度mi,物质的量浓度ci与它们分别对应的是三种活度系数,即?x,?m,?c?

?x?ax,BxB (12)

?x?am,B (13 ) mBm? ?c?ac,BcB/c? (14)

?x??m(d?0.001M2cv)/d (15)

不同浓度标度下,?x,?m之间的关系为

?x??m(1?0.001vmM1) (16) c?c?d0m?m ( 17) 其中d为溶液的密度。

为溶剂的密度,

是溶剂的摩尔质量,

是溶质的

摩尔质量,是分子的电解质离解成的离子个数。 电解质溶液比非电解质溶液情况要复杂一些。强电解质溶于水后,全部电离 成正、负离子,且离子间存在着静电引力。假定一分子电解质电离成¨个正离子和亿个负离子,对于各种正、负离子的活度可以用下式表示 3、 凝固点降低方式计算活度

在讨论稀溶液的依数性时,凝固点降低时,曾得到如下公式:

?fusHm(A)11 lnxA? (*?) (18)

RTfTf此式适用于稀溶液或理想溶液,对于任意的溶液同样假定?fusHm(A)不是温度的函数及?T不大时则应有:

?fusHm(A)11?fusHm(A) lnaA? (*?)???T (19)

RTfTfR(Tf*)式中?T?Tf*?Tf是有实验测定凝固点降值?T,可求得该凝固定下溶剂的活度,然后根据a?x?。可求的活度系数y

C 沸点升高法

该法原理类似于凝固点降低法。 D 渗透压法,对实际溶液,由:

1Vm,A ln ?? (20)

aART测定溶液的渗透压,可计算溶液的活度,应当注意是渗透压在平衡时的在压力为 p,?p??时的活度,即: ?lnxA?ln?A(p??)?(Vm,ART)? (21)

Vi?Vm,A?ln?i)T,x?欲求溶液在压力为p?p时的活度,需将式积分,既保持溶?aRT,液的温度溶解度与温度的关系,即测定不同温度下的国体溶解旨在液体中的溶解度可求的溶质的活度及活度系数。

Butteer对这些方法做了详细的描述,潘焕全,阎卫东也对这些方法作了总

结。

压法是一种间接的试验方法,通过测定溶剂的活度随溶质浓度的变化。应用Gibbs-Duhem方程或其他理论模型求出溶质的活度系数,这种方法测定数据准确,但实验繁锁好时,电动势法通过测定电池的电势值,根据Nenst方程直接给出溶质的活度系数,测定数据的可靠性与等压法媲美近年来,随着离子选择性电极的发展,用电动势法测定混合电解质水溶液组分的活度系数已经受到人们的青睐。但是,传统的电动势法采用逐点称重配制溶液来改变电解质的浓度,这需要消耗大部分的时间,因此,不少科研工作者希望建立快速的电动势法。南京化工学院的张吕正建立了快速连续的方法,且做了严格的校验,并应用此法测定了不同温度和溶剂比下HCL?H2O?CH3OH中HCl的活度系数,为电动势法带来更广泛的前景。其他方面浙江大学的阎卫东等人用离子选择性测定了25℃NaCl?KCl?H2O体系中NaCl和KCl的离子的平均活度系数,中科院盐湖研究所的李军,姚燕的等用自制的离子选择性电极测定了25CKCl?LiCl?H2O体系中KCl和LiCl的离子平均活度系数,清华大学的于养

信等人用电动势法测定了25℃NaCl?Na2SO4?H2O体系中NaCl的平均活度系数等。

四、 电解质溶液活度系数计算方法的突破

近20年来我国科研对电解质溶液活度计算的研究取的了突飞猛进的发展,许多科研工作者在这方面研究用了大量心血,来堆积起来了活度系数计算的各种方法。无机、有机、含盐体系电解质溶液等各种类型的溶液都建立起了不同计算模型,这为我们学者研究提供了极大的方便,活度系数计算是建立在模型的基础上进行推导计算的,所以这不仅是活度系数计算上的突破,也是对其他领域研究有个参照的实例。总之,现在活度系数计算体系还不算完整,只是有一系列的参照,而且现在大多数模型计算都是比较复杂,所以还需要有待在这方面有更大的突破及发展,从而找到一套更完整更统一的电解质溶液活度系数计算体系。

综上所述,电解质溶液的活度计算近年来快速发展,而其热力学性质极为典型。根据对各种理论资料、实际的实验测试方式和活度影响因素等的研究,我们可以看到电解质活度系数的计算的进展非常迅速。电解质中心离子以及例子活度系数的表达式都还有待提高,但理论和实验的发展是当前最重要的事。

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