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强电解质溶液的离子互吸理论

(2014-06-06 15:58:03)
标签:

物理化学

 离子氛(ionic atmosphere)

   这是德拜-休克尔理论中的一个重要概念。他们认为在溶液中,每一个离子都被反号离子所包围,由于正、负离子相互作用,使离子的分布不均匀。

   若中心离子取正离子,周围有较多的负离子,部分电荷相互抵消,但余下的电荷在距中心离子 r 处形成一个球形的负离子氛;反之亦然。一个离子既可为中心离子,又是另一离子氛中的一员。

                                            http://s6/mw690/003ArxxIgy6Jr6chHZr45&690            


四点假设:
1.离子在静电引力下的分布可以使用波兹曼公式,并且电荷密度与电位间的关系遵从静电学中的泊松公
  式;
2.离子是带电荷的圆球,离子电场在靠近该离子的地方是球形对称的,离子不极化,在极稀的溶液中可以看成点电荷;
3.离子之间的作用力只存在库仑引力,其相互吸引而产生的吸引能远小于它的热运动的能量;
4.溶液的介电常数与溶剂的介电常数相差不大,可忽略加入电解质后溶液介电常数的变化。

由于离子氛的作用,离子在溶液中的化学势相比于无线稀释(不考虑离子氛)的情况下,有所变化,它与离子活度系数的关系如下

                                                  http://s11/mw690/003ArxxIgy6Jr8h2cVI6a&690
利用离子氛理论,可研究化学势变化与离子强度的关系

离子数目密度随势能的分布为:

http://s15/mw690/003ArxxIgy6Jr8AFdgi5e&690

由于http://s6/mw690/003ArxxIgy6Jr8RRU8Zf5&690

电荷密度分布为:http://s15/mw690/003ArxxIgy6Jr93Qlcife&690

由于溶液显电中性:

http://s5/mw690/003ArxxIgy6Jr9r8egcb4&690
由电磁学相关理论我们知道,带电离子在电场中的势能满足关系式:

http://s15/mw690/003ArxxIgy6Jsx5G3jU3e&690

所以:

http://s3/mw690/003ArxxIgy6Jsxas20W62&690以一个离子为原点建立一个球坐标系,由于在这个离子附近电势是球对称的,可以将以上方程花简为:

http://s3/mw690/003ArxxIgy6JsxqK2n832&690

不妨令:

http://s1/mw690/003ArxxIgy6Jsxv0LMQe0&690

http://s11/mw690/003ArxxIgy6Jsxyfwgi7a&690

进一步的

http://s10/mw690/003ArxxIgy6JsxCTwNz89&690

其中ρsin表示溶液密度

http://s15/mw690/003ArxxIgy6JsxOX5Qq6e&690
解这个方程得

http://s10/mw690/003ArxxIgy6JsOzb6w9f9&690

http://s9/mw690/003ArxxIgy6JsPc7GM8f8&690,此时离子附近的电势分布由离子所带的电荷决定,即

http://s16/mw690/003ArxxIgy6JsQhd7J5af&690

所以

http://s15/mw690/003ArxxIgy6JsQkfy5Ube&690

在距离离子r处的某点,电势从无限稀释到普通稀溶液的变化值为:

http://s7/mw690/003ArxxIgy6JsQtAe9M46&690

http://s3/mw690/003ArxxIgy6JsQC1VDkc2&690得到:

http://s6/mw690/003ArxxIgy6JsQFvUMt35&690

上面表达式的意义是:在该离子所处的位置,由于其他离子的作用而使电势发生的变化量。由于离子间的作用,吉布斯自由能的宏观变化量为:

http://s15/mw690/003ArxxIgy6JsRevfBQ2e&690
化学势的变化值为

http://s14/mw690/003ArxxIgy6JsRyunXTed&690

所以

http://s6/mw690/003ArxxIgy6JsRCLwI5f5&690

其中

http://s2/mw690/003ArxxIgy6JsRTTWtXc1&690




 





 







 




 

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