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本文拟结合具体实例,论证理想液态混合物热力学表面张力的科学性,供参考.
[例]. 将100ml甲醇/乙醇理想液态混合物,分散成10-6m的小液滴,衡算该过程的ΔG. 25℃时甲醇、乙醇相关
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
25℃、100cm3甲醇/乙醇理想液态混合物化学势、吉布斯能与表面张力数据[1],参见如下表2所示:
表2. 25℃、100cm3甲醇/乙醇理想液态混合物的化学势、吉布斯能与表面张力数据
1. 热力学表面张力衡算公式
甲醇/乙醇理想液态混合物分散过程对应的热力学基本方程参见如下式(1)所示:
dG=γdAs=-SdT+Vdp+δW' (1)
由于理想液态混合物分散过程通常发生在①恒温,或“dT=0”;②有效功为0,或“δW'=0”.
此时,式(1)可化简为:
dG=γdAs=Vdp (2)
理想液态混合物分散过程,通常体积V及热力学表面张力γ恒定
此时式(2)定积分可得:
(3)
备注:式(3)即为热力学表面张力衡算公式.
2. 热力学表面张力衡算
依题:V=100cm3恒定;
(4)
由式(4)可得:
(5)
另:As1=1.5518×10-2m2.
由拉普拉斯方程[2]可得微小液滴的附加压力:
p2=3γ/R=3γ/(10-6m),p1≈0;
ΔG计算结果参见如下表3所示:
表3. 25℃、100cm3甲醇/乙醇理想液态混合物分散时的ΔG衡算结果
表3数据显示:25℃,100cm3组成不同的甲醇/乙醇理想液态混合物的分散过程,“γ·As”与
“V·(p2-p1)”值分别相等,即:式(1)、(2)及(3)恒成立,表明热力学表面张力γ的热力学属性明确.
3. 结论
⑴理想液态混合物分散过程对应的热力学基本方程为:dG=γdAs=Vdp;
⑵热力学表面张力γ的热力学属性明确.
备注:表2、3中"G"是分散前各理想液态混合物的吉布斯能.
参考文献
[1]余高奇.甲醇物质的量分数对“甲醇/乙醇”混合体系表面张力的影响.科学网博客,2024,6.
[2]余高奇.气泡及液滴拉普拉斯方程的推导.科学网博客,2024,6.
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GMT+8, 2024-11-23 08:40
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