余高奇博客分享 http://blog.sciencenet.cn/u/yugaoqi666 经典热力学也称平衡态热力学,研究系统由一个热力学平衡态变化至另一个热力学平衡态的准静态过程的自发性; 它是真实热力学过程发生的必要条件。

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纯溶剂相对化学势的计算

已有 1308 次阅读 2024-5-10 20:55 |系统分类:教学心得

       本文拟结合准静态过程假说,介绍纯溶剂相对化学势的计算,供参考.

 1. 纯溶剂相对化学势的计算原理

  1.1 化学势

       准静态过程假说认为[1],均相多组分系统中单位物质的量的i组分拥有的吉布斯自由能,即为该组分的化学

势. 参见如下式(1)所示:

        μi=Gi/ni                  (1)

      式(1)中“μi”表示i组分的化学势;“Gi”表示i组分的吉布斯自由能;“ni ”表示i组分的物质的量.

      由式(1)可得均相多组分系统中:

      image.png              (2)

       image.png         (3)

        另依热力学基本方程可得:

        dG=-SdT+VdpW'           (4)

  1.2 表面张力

       准静态过程假说认为[2,3],系统单位表面积所拥有的吉布斯自由能,即为系统表面张力.参见如下式(5)所

示: γ=G/As                (5)

       式(5)中“γ”代表系统的表面张力;“G”表示系统的吉布斯自由能;“As”代表系统的表面积.

       由式(5)可得:

       G=γ·As                                         (6)

       dG=γ·dA=-SdT+VdpW'          (7)

  1.3 纯溶剂表面张力的计算

       对于纯溶剂,结合式(1)、(6)可得:

       G=μ·n=γ·As            (8)

      由式(8)可得:

       μ=γ·As /n               (9)

      设纯溶剂是直径(D)为1cm的球形小液滴.

      则:As=4πr2                      (10)

             image.png           (11)

      式(10)、(11)中“r”为球形小液滴的半径;“ρ”为球形小液滴的密度;“M”为小液滴的摩尔质量.

      将式(10)、(11)分别代入式(9),并整理可得:

     image.png               (12)

备注:式(12)即为纯溶剂相对化学势的计算公式.

  2. 纯溶剂相对化学势的计算结果

      由式(12)计算得到20℃纯溶剂相对化学势结果,参见如下表1所示:

                                                        表1. 20℃纯溶剂相对化学势计算结果

image.png    

    3. 结论

      ⑴ image.png ;

      ⑵ 20℃, 甲醇、乙醇、甲酸、乙酸、氯仿、溴乙烷、四氯化碳及水纯溶剂的直径为1cm球形小液滴的化学

势依次为:5.4547×10-4J/mol、7.8396×10-4J/mol、8.5276×10-4J/mol、9.4755×10-4J/mol、

13.1392×10-4J/mol、10.8348×10-4J/mol、15.6563×10-4J/mol及7.8792×10-4J/mol.

参考文献

[1]余高奇. 化学势的热力学属性探究.科学网博客, 2023,12.

[2]余高奇. 表面张力的热力学属性探究.科学网博客,2023,12.

[3]余高奇. “表面张力”的客观性. 科学网博客, 2022,1.

 



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