Çözüm Termodinamiklerinin İmzalanması

Çözüm termodinamik, kimya mühendislerinin ve materyallerin kimyacı ürünlerin, endüstriyel sistemlerde korozyonun nasıl yapıldığını tahmin etmek için sayısal arka kemiği oluşturur. Bu alan, dilsel koşullarda çalışan miktar ve karışım özellikleri arasında basit ilişki sağlar ve genellikle komplike sapmalar yapar, çünkü şarj edilen türlerin daha yoğun hale gelir.

Herhangi bir çözüm için temel amaç ölçülebilir miktarlarla ilgilidir - sıcaklık, baskı, kompozisyon - Gibbs ücretsiz enerji, kimyasal potansiyel ve denge sabitleri gibi termodinamik özellikler. Bu boşlukta bulunan iki merkez konsepti:0) Konforasyonaktivite) ve [Dönetici:2aktivite)

Concentration: İlk Order Çözüm Kompozisyonunun Açıklama

Yoğunlaşma, doğrudan kitle, hacim ve molar kütleden belirlenebilir, çünkü bağlama bağlı olarak kullanılabilir: Birkaç ortak ifade kullanılır:

  • [M:0)Molarity (M): [Dönetici: 1] çözümün litre başına soğuktur. Sıcaklık bağımlıdır, çünkü hacimler sıcaklıkla genişliyor veya sözleşme yapıyor.
  • [FONT:0]Molality (m): [Dönetici: 1 ) Katı metalik perraktın kilogramı için solun tıkanması ve kolligatif özelliklerin ve termodinamik hesaplamaların çalışmalarında tercih edilir.
  • [FONT:0)Mole fraksiyonu (x):[Dönetici: 1 ) Kombine toplam molsiyonlar için sos ve özellikle gaz-liquid equilibria ve Raoult’ kanun uygulamaları.
  • [FONT:0) Yüzde yüzde veya ağırlık yüzde 0: 100 gramlık çözüm için çözüm için, endüstriyel formülasyonlarda yaygın olarak kullanılan gramlar.
  • [0] milyar milyonda (ppm) veya parçalar başına (ppb): ), sudaki kirleticiler veya farmasötiklerde aktif malzemeler gibi iz konsantrasyonları için kullanılır.

Her konsantrasyon ölçeğinin avantajları ve sınırları vardır. Örneğin, molarity, laboratuvar çözümleri hazırlamak için uygundur, çünkü hacimsel flaskslar kolayca kullanılabilir. Bununla birlikte, sıcaklık değişiklikleri içeren termodinamik tedaviler veya elektrolitlerin varlığında, melity daha titizdir, çünkü sıcaklık ile değişmez.

Colligative Properties ve onların Yoğunlaşmalara Bağımlılığı

Colligative özellikler - donma noktası depresyon, kaynarsiyon noktası, osmotic baskı ve buhar basıncı daha düşük - sadece solun sayısına bağlı olarak, kimliklerine değil. ideal dilsel çözümler için, bu özellikler, klüt ile basit orantılı ilişkiler takip eder.[Dörtüncü nokta depresyona göre, {{T) Bu uyarıların ilk olarak gerekli olan hassas konsantrasyonlar değildir.

Neden Yalnızlık Yetersizdir

İdeal çözümlerde - Çözülen-solute, Solute-solvent ve çözücü-solvent etkileşimleri hepsi aynı - termodinamik özellikler konsantrasyon lineer işlevleri olacaktır. Henry ’ yasa tam olarak sol için geçerli olacaktır ve Raoult’ Bununla birlikte, neredeyse her gerçek çözüm, bazı dereceye kadar non-ideal değildir.

  • [FONT:0) Elektrolit çözümlerinde farklı etkileşimleri: Ions uzun mesafelerde birbirlerini geri çekiyor veya yeniden şekillendiriyor, düşük konsantrasyonlarda bile olmayan bir ortam yaratıyor.
  • [FONT:0)Molecular büyüklüğü ve şekli farklılıkları: Büyük çözünürlükte moleküller, entropi ve ental karışımı değiştirir.
  • [FONT:0)Mutfak kimyasal etkileşimleri: [Dönetici: [Dönetici:0]Specific Chemical etkileşimleri: [Dönetici: [Dönetici: Hidrojen Bağ, karmaşıklaştırma veya çözünürlük, özgür türlerin etkili konsantrasyonunu değiştirir.
  • [FONT=0)Ionic güç etkileri:[Dönetici türün varlığı her iyon ve #8217; çevre ve kimyasal potansiyelini etkiler.

Bu etkileşimler, kimyasal potansiyel μ[DÜDÜ:0)[DÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜŞÜNÜŞÜNÜ [DÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞ

Faaliyet ve Faaliyetler Coaktif: Gerçekliğe Köprü

[0]Aktiflik (a)) Gerçek bir çözümde bir tür sergileyen etkili konsantrasyon olarak düşünülebilir.

[FONT:0][DÜDÜT:2)[[Üye: 2)[Üye: 4))[Üye/Üye/Üye/Üye/Üye/Üye))[Üye/Üye ait olan)

⁇ [DÜ:0)[DÜDÜDÜDÜDÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNCÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜN

Aktivite katsayısı sıcaklık, basınç ve çözüm kompozisyonu işlevidir. 1'den daha büyük olabilir (pozisyonlar, yoğunlaşmanın önerdiğinden daha az çözünürlükte) veya 1'den daha az (özellikle de stazdaki sapmalar, yoğunlaşmanın ima ettiği yer). Örneğin, konsantre akous sodyum klorür, NaCl'in başlangıç olarak iyonik aktivite katsayı azaltılır ve sonra tekrar ion-solvent etkileşimleri nedeniyle yükselir.

Kimyasal Potansiyel ve Aktivite: Termodinamik Vakfı

Faaliyet ve bir aşamadan diğerine bir parçanın bir kopyasını transfer etmek için gereken çalışma, gerçek bir çözüm için ifade edilir:

[FONT:0))[DÜDÜDÜDÜ:2)[[Üye: 3)[Üye/Üye/Üye/Üye/Üye/Üye)[Üye/Üye/Üye)[Üye/Üye/Üye/Üye/Üye/Üye)[Üye/Üye/Üye/Üye/Üye)

Burada, μ[D:0)i[Dönetici: 0)[Dönetici: 0)))[Uygun kimyasal potansiyeldir - birim konsantrasyonunda i'nin kimyasal potansiyeli. Faaliyet katsadi, gerçek kimyasal potansiyelin ideal değerden ne kadar sapması sağlar.Bu formülasyon, tüm ideal termodinamik denklemlerin (parçalama sabitleri, reaksiyon imi, equilibria) gerçek sistemler için kullanılabilir.

Debye-Hückel Teorisi: Elektrolitler için İşbirlikleri Tahmin Etmek

Dilute elektrolyte çözümleri için, Debye-Hückel teorisi, aktivite katlarını hesaplamak için güçlü ve oldukça doğru bir yöntem sunar. Teori modelleri sürekli dielektrik ortası (sol) olarak tanımlanabilir.[Dönemli bir enerji atmosferi ile çevrilir, bu da etkili enerjidir.

[FONT:0)I = 1⁄2 ⁇ (z) C)[FLT: 4)[Dönemli)[Dönemli: 4)[Dönemli)

Z)[Dönetici[Dönetici], ion i ve C)) nin (genellikle ortalıkta) konsantrasyonudur.

Debye-Hückel, sudaki NaCl gibi 1:1 elektrolitin [DFLT:0) ⁇ [[Dönetici:0) anlamına gelen disiplinlerarası aktivite katsayı için yasayı kısıtlamıştır:

[FONT:0]log10 ⁇ [DÜDÜT:2)±[DÜT:2) = A |z+ z-| √I).

Bir ⁇ 0,509 (mol/kg)) -1⁄2) 25°C'de su için iyi çalışır. Bu denklem, 0.0 / kg'a kadar olan iyon-size ait versiyonlar içerir.

[FONT:0]log10 ⁇ [DÜDÜT:2)[*)[Üye: 2|Sönem: 1|)[Üye/Üye/Üye/Üye/Üye/Üye)[Üye Olmayanlar[Üye Olmayanlar İçindekiler)[Üye Olmayanlar İçindekiler[Üye Olmayanlar İçindekiler)

Burada, B, çözücü ve sıcaklıka bağlıdır ve etkili iyon büyüklüğü (genellikle ÅngEMAEMAEMANTs) Pitzer denklemleri gibi daha sofistike modeller birkaç mel için yüksek iyonik güçlüler için kullanılır.

Aktivitenin ölçümü Co effectives

Faaliyet katsamaları doğrudan ölçülebilir değildir. Bunun yerine, termodinamik ilişkileri kullanarak deneysel verilerden belirlenirler. Ortak yöntemler şunları içerir:

  • [FONT=0]Vapor baskı daha düşük: Bir çözüm üzerinde bir çözücü buhar basıncı ölçerek, çözümün aktivitesi elde edilebilir. Gibbs-Duhem denklemi o zaman solcu aktivite katını verir.
  • [FONT:0) Serbestleşen nokta depresyon: [Dönetici:[Dönetici:0) Precise kriooskopik ölçümler, Çözülen aktivite katlarının elde edilmesine izin verir.
  • [FONT:0)Seçki güç (EMF) ölçümleri: [Dönetici elektrotlar veya konsantrasyon hücreleri ile hücreler doğrudan belirli bir iyonun aktivitelerini verir ve dikkatli kalibrasyon verimleri aktivite katerler.
  • [FONT=0)Çözüm ölçümler:[Dönetici:0) Farklı iyonik güç çözümlerinde maküla edilebilir bir tuz, çözünürlük ürünü aracılığıyla iyonik aktivite katları hakkında bilgi sağlar.

Bu deneysel yöntemler teorik modelleri ve tabut aktivite katsayı verilerini binlerce sistem için geçerlileştirmek için önemlidir.TheurFLT:0)NIST Chemistry WebBook) ve [[ENFLT:2)IUPAC çözünürlük veri serisi güvenilir veriler için mükemmel kaynaklardır.

Aktivite Uygulamaları Coaktifler

Kimyasal Denge ve Reaksiyon Oranları

Kimyasal dengede, denge sabit K kesinlikle aktiviteler açısından tanımlanır, konsantrasyonlar değildir. Bir reaksiyon için A + bB ⁇ cC + dD:

[FONT=[0)[[0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|4|)[D[D][/FONT)[D[D][/FONT][/FONT)[D][/FONT=3][/FONT][/FONT)[D][/FONT][/FONT=3][/FONT))

Eğer konsantrasyonlar yerine kullanılırsa, aktivite katalizli güç ve konsantrasyon ile belirgin denge sabit değişiklikler. Örneğin, deniz suyundaki asit dissociation sabiti (I ⁇ 0.7 m), aktivite katlanması nedeniyle 2 değerden farklı olarak. Chemists, kompozisyonun bağımsız olan gerçek termodinamik sabitler elde etmek için uygun aktivite katlarını kullanmalıdır.

Benzer şekilde, çözümdeki reaksiyon oranları, sadece konsantrasyonlarına bağlı değildir. Transition state Theory, oranın sabit k = (k)B) K) K), K) ile, K)) ile sabitleyici değişiklikler arasındaki denge sabitdir.

Faz Equilibria ve Ayrılık Süreçleri

Distillation, Ekstraksiyon, kristalizasyon ve membran süreçleri tüm çözümlerin termodinamik davranışına bağlıdır. - Vapor-liquid dengesi (VLE) diyagramları NRTL, UNIQUAC veya Wilson gibi aktivite katsamı modelleri kullanılarak hesaplanmıştır, ve aspen Plus ve CHEMCAD gibi, ve Pitzer veya Bromley elektrolitler için. Örneğin, etanol ve su ayrıştırıcı olmayan aktivite katsamı verilerinin ayrılması, azeotropik olmayan bir veri tabanları için çok fazla bilgi gerektirir.

Ekstraktif metalurji, oresin ve metallerin yağışı çözüm termodinamik tarafından kontrol edilir - FenDirect genel bakış) kısmi molar hacmi ile bölünmüş su aktivitesine orantılı olarak.

Biyolojik Sistemler ve İlaç Çözübü

Biyokimya ve farmakolojide, çözümler her şey ama ideal. Hücresel sıvılar yüksek miktarda tuz, proteinler ve metabolitler içerir.K+, Na+ ve Ca2+ gibi iyonize ve sendikalaşmış formlar için aktivitelerine dayanan ilaçlar.

İlaçlar için çözünürlük tahmini önemli bir meydan okumadır. Henderson-Hasselbalch denklemi, sendikalaşmış formlara iyonize edilen miktara pH ile ilgilidir, ancak gerçek çözünürlük ürünü faaliyetleri içerir. Formulation bilim adamları aktivite katsayı modellerini kullanır.

Non-Ideal Davranışsız Çözümleri

Elektrolytes aktivite katlarının tartışmalarına hükmedirken, iki molekül arasında olmayan hidrojen bağının 1. Buna karşılık, karbon tetrachlorid ve molların bir karışımı Raoult’'den olumsuz sapmalar gösterir, aktivite katlarının ikisinden daha fazla olduğu için, 1.

Bu sapmalar, aynı sıcaklıktaki gerçek Gibbs ücretsiz enerji[Dönetici: 1 ) ile yakalanır.[Dönetici:2).E[DDDDDDDDDDDDDDD: 3 ), gerçek Gibbs enerji ile aynı sıcaklık, baskı ve kompozisyonda ideal bir çözüm arasındaki fark, G[DDDDDDDDDDD][/D][/D][/FONT=D][/FONT=D][/FONT=D][/FONT=D][/FONT=D][/FONT=D][/FONT=D][/FONT=)

[FONT=0)[FONT=[0)[[değiştir | kaynağı değiştir][değiştir | kaynağı değiştir][değiştir | kaynağı değiştir][değiştir | kaynağı değiştir]

G için modeller)E[Dönetici denklemi, van Laar denklemi ve Wilson denklemi, birkaç deneysel veri noktasından aktivite katlarını tahmin etmeye ve sonra karmaşık ayrılık süreçleri simüle etmeye izin verir.

Sıcaklık ve Basınç Etkinleştirmenin Bağımlıları

Aktivite katsamaları sıcaklıkla değişir ve daha az ölçüde basınçla. Sıcaklık bağımlılığı Gibbs-Helmholtz denklemi kısmi molar aşırı entalpiye uygulanır:

[FONT:0]( ⁇ ⁇ [DÜDÜDÜT:2)[DÜŞÜNÜye/Üye/Üye/Üye/Üye/Üye)[Üye/Üye/Üye/Üye/Üye/Üye/Üye/Üye/Üye/Üye/Üye/Üye/Üye/Üye/Üye)[Üye/Üye/Üye/Üye/Üye)

H ⁇ [DÜ:0)[DÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜ:2)[DÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜ) TÜSİAD (DÜ) BÜTÜNÜŞÜN) BÜYÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜN

Aktivite katsamaları üzerindeki baskı etkileri genellikle sıvılar ve sağlamlar için uygun değildir, çünkü molar hacimleri küçüktir. Ancak, süperktik sıvılar veya yakın-kritik koşullar için, basınç aktivite katlarını önemli ölçüde değiştirebilir. Bu, süperktik sıvı ekstraksiyon ve hidrotermal sistemlerde önemlidir.

Ortak Pitfalls ve Them'dan Nasıl Kaçırmak

Sık sık bir hata, dilsiz olarak kabul edilen çözümler için aktivite katlarını ihmal ediyor.Bu, sonsuz dilsel aktivite katsayısıyla ilgili olduğu anlamına gelir. ⁇ → 1, dengede aktivite yerine birçok çözüm önemli bir hata sağlayacaktır.

Başka bir tuzak farklı standart devletler veya konsantrasyon ölçeklerini tutarsız şekilde kullanıyor. Örneğin, Henry ’ hukuk sabitleri, dengede veya oran ifadesinde kullanılan konsantrasyon ölçeğine bağlıdır.

Son olarak, herhangi bir model için iyonik güç yelpazesinin farkında olun. Debye-Hückel limit yasası sadece ⁇ 0.01 mol /kg'a kadar.Daha yüksek iyonik güçlüler için, Pitzer’ gibi genişletilmiş yasaları veya spesifik iyon etkileşimi modelleri kullanın; denklemler. iyi bir uygulama, güvenilir kaynaklardan gelen verilere karşı aktivite katlanarak kontrol etmek için geçerlidir:0U. Delaware aktivite katsayısı[Dönetici).

Gelişmiş Konular: Yerel Kompozisyon modelleri ve moleküler Simülasyon

Güçlü özel etkileşimler veya büyük moleküler boyut farklılıkları ile sistemler için, daha basit modeller başarısız olur. NRTL (Non-Random Two-Liquid) ve UNIQUAC hesabı, bir molekülün etrafındaki yerel kompozisyonun intermolecular güçlerinden farklı olduğu gerçeği için.

UNIFAC gibi grup katkı yöntemleri, fonksiyonel grupların koleksiyonları olarak molekülleri dikkate alarak bu yaklaşımı genişletmektedir. Bu, deneysel verilerin var olduğu sistemler için aktivite katlarının tahmin edilmesine olanak sağlar, bu da erken aşama sürecindeki tasarımda paha biçilmezdir. UNIFAC'nin tahmin gücü geniş bir sıcaklık aralığında binlerce bileşik için gösterilmiştir.

Sınırda, moleküler dinamikler ve Monte Carlo simülasyonları artık aktivite katlarını doğrudan intermolecular potansiyellerinden hesaplayabiliyor.Demokratsız çözümün moleküler kökenlerine ve makroskobu modellerine yönelik bu yöntemlere zeminler sağlıyor. OPLS, CHARMM ve AMBER gibi güç alanlarının gelişimi hesaplamaya devam ediyor.

Sonuç: Yoğunlaşma ve Uygulamaya Bütünleme

Faaliyetin sofistike konseptine yoğunlaşmanın basit bir kavramından gelen yolculuk, gerçek çözümlerin tam karmaşıklığına ideal bir zihinsel modelden bir geçiştir. Concentration temel bir ilk adımdır, ancak eksiktir. Faaliyet katları, konsantre sular için termodinamik hesaplamaları anlamayı sağlar - herhangi bir bilim insanı için gerekli bir beceridir - Debye-Hückel dilute elektrolytes için teori aracılığıyla, Wilson denklemi, non-electrolytes için, ya da Pitzer modeli, konsantre sular için gerekli olan düzeltme faktörü sunar.

Faaliyet katlarını dahil ederek, biri yüksek doğrulukla kimyasal dengeyi tahmin edebilir, verimli ayrılık süreçleri tasarlayabilir, biyolojik sistemlerin davranışını anlayın ve etkili ürünler formüle eder. Alan gelişmiş modeller, genişletilmiş veritabanları ve güçlü hesaplama araçları ile gelişmeye devam eder.Bu gelişmiş kavramları güçlendirerek, sayısal, tahmin edici bir bilime nitelenir.