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本文拟结合道尔顿分压定律探讨理想液态混合物中溶剂压(Π)、物度(λ)及溶剂压系数(k)的几个重要特征,供参考.
道尔顿分压定律
基础化学中理想气体的分压是指组分气体单独占有整个容器时,该组分气体所拥有的压强,记为:pi,单
位为Pa.
组分气体与混合气体的关联参见如下式(1)及(2).
pi·V=ni·RT (1)
p总·V=∑(ni)·RT (2)
式(2)中p总代表混合气体的总压.
由式(1)及(2)可得:
p总=∑(pi) (3)
pi=xi·p总 (4)
式(3)、(4)合称道尔顿分压定律[1].
需明确,讨论分压定律(或总压与分压关联)时,系统的状态必须确定,即组分气体与混合气体必须同属系统的相同状态.
2. 物度(λ)与溶剂压(Π)
物度(λ)与溶剂压(Π)是探讨理想液态混合物混合性质时,引入的热力学量[2].
设某溶剂A,物质的量为nA,体积为VA,温度为T;某溶剂B,物质的量为nB,体积为VB,温度为T;
‥‥‥ 某溶剂C,物质的量为nC,体积为VC,温度为T.
现将溶剂A、B‥‥‥C混合成理想液态混合物,则系统总物质的量为nA+nB+‥‥‥+nC;总体积为VA+VB+‥‥‥+VC;温度仍为T.
2.1 物度(λ)
令:λ=n/V (5)
物度(λ)表示系统单位体积所拥有的平均物质的量. 单位为mol·m-3; 物度(λ)是状态函数.
纯溶剂A物度为:λA=nA/VA (6)
理想液态混合物中溶剂A的物度为:λA'=nA/(VA+VB+‥‥‥+VC ) (7)
理想液态混合物的总物度为:λ=(nA+nB+‥‥‥+nC)/(VA+VB+‥‥‥+VC ) (8)
由式(7)及(8)可得理想液态混合物中:
λ=λA'+λB'+‥‥‥+λC' (9)
2.2 溶剂压(Π)
令:Π=λ·RT (10)
将式(5)代入式(10)可得:Π=(n/V)·RT (11)
由式(10)及(11)可得溶剂压(Π)单位为Pa,并且溶剂压也是状态函数.
纯溶剂A的溶剂压为:ΠA=λA·RT =(nA/VA)·RT (12)
理想液态混合物中溶剂A的溶剂压为:ΠA'=nA/(VA+VB+‥‥‥+VC )·RT (13)
理想液态混合物的总溶剂压为:Π=(nA+nB+‥‥‥+nC)/(VA+VB+‥‥‥+VC )·RT (14)
由式(13)及(14)可得理想液态混合物中:
Π=ΠA'+ΠB'+‥‥‥+ΠC' (15)
3. 溶剂压系数(k)
理想液态混合物中溶剂A的溶剂压(ΠA')与其物质的量分数(xA)关系参见如下式(16).
ΠA'=kA·xA (16)
式(16)中xA为理想液态混合物中溶剂A的物质的量分数,kA称为理想液态混合物中溶剂A的溶剂压系数, 当xA=1时, 理想液态混合物即为纯溶剂A.
将式(12)代入(16)可得:
ΠA'=kA·xA =nA/(VA+VB+‥‥‥+VC )·RT (17)
又因为:xA =nA/(nA+nB+‥‥‥+nC ) (18)
将式(18)代入(17),并结合式(14)可得:
kA=(nA+nB+‥‥‥+nC )/(VA+VB+‥‥‥+VC )·RT = Π
即:kA = Π (19)
同理可得理想液态混合物中溶剂B、C的溶剂压系数kB 与 kC 也均为理想液态混合物的总溶剂压(Π).
4. 结论
理想液态混合物中有以下公式成立
⑴ λ=λA'+λB'+‥‥‥+λC';
⑵ Π=ΠA'+ΠB'+‥‥‥+ΠC';
⑶ kA = kB =kC =Π
参考文献
[1]天津大学物理化学教研室编. 物理化学(上册,第四版).北京:高等教育出版社,2001,12:12.
[2]余高奇. 理想液态混合物混合性质探讨(Ⅱ).http://blog.sciencenet.cn/u/yugaoqi666. 科学网博客, 2022,8.
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