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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甲醇/乙醇混合溶液表面张力的热力学模拟

已有 763 次阅读 2024-5-28 16:39 |系统分类:教学心得

       本文拟结合准静态过程假说,模拟25℃时甲醇(AR)与乙醇(AR)混合溶液的表面张力,供参考. 

       25℃时,甲醇(AR)与乙醇(AR)的相关热力学性质参见如下表1所示:

                         表1. 25℃时,甲醇(AR)与乙醇(AR)的相关热力学性质

       image.png   

   1. 表面张力模拟原理

      甲醇与乙醇混合体系属于紧邻同系混合物,可近似视为理想液态混合物,混合过程:

        ΔmixV=0                                (1)

       式(1)显示,甲醇与乙醇混合前后V甲醇V乙醇保持恒定.

      对于均相纯组分体系,准静态过程假说认为: 

       image.png                         (2) 

       式(2)中“G”代表甲醇或乙醇的吉布斯能;“μ代表甲醇或乙醇的的化学势;“n代表甲醇或乙醇的

物质的量;“γ代表甲醇、乙醇混合液的表面张力;“As代表甲醇、乙醇混合液的表面积.

       设100ml甲醇、乙醇的混合液用直径为28mm的圆柱形容器盛装,则:

       As=2πr2+2πrh         (3)

       h=100ml/πr2           (4)

       式(3)、(4)中“r”代表圆柱形容器的半径,r=28mm/2=14mm;“h”代表容器内盛装混合液的高

度, 则:

            h=100cm3/[3.14×(1.4cm)2]=16.25cm                                                     (5)

            As=2×3.14×(1.4cm)2+2×3.14×1.4cm×16.25cm=1.5518×10-2m2         (6)

        结合式(2)及(6)可得:

         image.png                           (7)

         式(7)即为甲醇/乙醇混合液表面张力的模拟公式.

         甲醇/乙醇混合液配制时的体积比参见如下表2所示:

                                                       表2. 25℃时甲醇/乙醇混合液配制时的体积比

image.png 

   2. 甲醇/乙醇混合液表面张力的模拟结果

    甲醇/乙醇混合液表面张力模拟结果参见如下表3及表4所示:

                                                   表3. 25℃时甲醇/乙醇混合液表面张力模拟结果1

image.png 

                                                        表4. 25℃时甲醇/乙醇混合液表面张力模拟结果2

image.png

备注:由于用表面张力换算出μi*,理想液态混合物中任意组分化学势计算公式“μi=μi*+RT·lnxi”,需做特殊处理.

 3. 结论

    ⑴对于均相纯组分体系,G=μ·n=γ·As

    ⑵对于甲醇/乙醇理想液态混合物体系,溶液表面张力可用下式模拟:

       image.png 

              



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