强电解质溶液的离子互吸理论

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物理化学 |
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
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:
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
则
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
取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