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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:
(2)
(3)
另依热力学基本方程可得:
dG=-SdT+Vdp+δW' (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·dAs =-SdT+Vdp+δW' (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)
(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:
(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
3. 结论
⑴ ;
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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