پایان نامه مطالعه تجمع یونی با نگرش ترمودینامیکی (تجربی، نظری)

تعداد صفحات: ۶۵ | قابل ویرایش

چکیده پایان نامه مطالعه تجمع یونی با نگرش ترمودینامیکی

در این کار، مطالعه تجمع یونی با نگرش ترمودینامیکی را در مورد محلول سیر شده سدیم فلوئورید پی گرفته ایم. در این راستا قابلیت حل شدن ترکیب یاد شده را در آب خالص در دمای  به دو روش تبخیر حلال و نشر اتمی شعله ای طی اندازه گیریهای مختلف تعیین نموده ایم  و مقدار  برای آن بدست آمد. از سوی دیگر قابلیت حل شدن ترمودینامیکی، از رابطه حساب شد که  انحلال از منابع معتبر کتابخانه ای محاسبه گردید. از مقایسه  با  غلظتی  ، ملاحظه شد که تفاوت آن دو بسیار قابل ملاحظه است. به دنبال آن  دبای – هوکل حساب شد:

که دیده شد این پاسخ نیز با پاسخ ترمودینامیکی بسیار متفاوت است. سرانجام با دخالت دادن تجمع یونی (زوج شدن یونها) به این نتیجه رسیدیم که … % یونهای مثبت و منفی بصورت زوج یون هستند. علاوه بر آن در این کار تاثیر قدرت یونی و ثابت دی الکتریک بر قابلیت حل شدن ، مورد مطالعه تجربی و تحلیلی قرار گرفت.

‌

مقدمه مطالعه تجمع یونی

گروه بزرگی از محلولها رسانای الکتریسته هستند مانند محلول اسیدها،بازها ونمک ها در آب ،به این نوع محلولها ،محلولهای الکترولیت و به اجسام حل شده در آنها الکترولیت می گویند. یک محلول الکترولیت از راه حل شدن یک ترکیب یونی یا یک ترکیب کئووالانسی قطبی در یک حلال با ثابت دی الکتریک بالا حاصل می شود.

یک الکترولیت ممکن است قوی و یا ضعیف باشد، الکترولیت های قوی کاملاً بصورت ذرات با بارهای مخالف در می آیند و تفکیک تقریبا کامل است. از طرف دیگر الکترولیتهای ضعیف در محلول به طور جزئی یونیده شده و بر طبق قانون شناخته شده استوالد، میزان یونش با افزایش رقت زیاد می گردد.

اگر چه الکترولیت های قوی به طور کامل یونش پیدا می کنند، لیکن یونهای آنها برای حرکت مستقل از یکدیگر از میان محلول ، به جز در رقتهای بی نهایت، آزاد نمی باشند.

حرکت یونها نسبت به یکدیگر به علت حرکت گرمایی نسبتاً شدید، بطور اتفاقی صورت می گیرد، به هر حال حتی در این شرایط نیز، نیروهای کولمبی تاثیر خود را تا حدودی وارد می نمایند که نتیجه آن در یک میانگین زمانی ، احاطه شدن هر کاتیون و آنیون به وسیله یک اتمسفر یونی حاوی نسبتاً زیادی از یونهایی است که نسبت به یون مرکزی، حامل بارهایی با علامت مخالف می باشند.

قوانین الکترواستاتیک وجود نیروهای جاذبه و دافعه قابل ملاحظه ای را بین بارهای همنام و ناهمنام طلب می نماید. چنین تاثیرات متقابل، تا حدود زیادی به رفتار غیرایده آل قابل مشاهده محلولهای الکترولیتی مربوط می گردد.

تجمع یونی

میانگین ضریب فعالیت همیشه بطور واقعی نمی تواند از معادله دبای – هوکل پیش بینی شود ، به نظر می رسد مدل بکار رفته در توصیف توزیع یونها در اطراف یونهای دیگر اعمال نمی شود ، این ایده با مشاهده مقادیر تجربی هدایت که کمتر از مقادیر پیش بینی شده توسط معادله انزاگ است تائید می شود. اما هنگامی که نظریه دبای – هوکل با یک تعادل شیمیایی ( تجمع یونی ) همراه شود نتایجی می دهد که با داده های تجربی سازگاری دارد.

مفهوم تجمع یونی راه نسبتاً ساده و خود سازگاری را در برخورد با موقعیتی فراهم می کند که یونهای با علامت مخالف ، بسیار به هم نزدیک می باشند. در این شرایط ممکن است انرژی جاذبه الکتریکی واقعی بطور قابل ملاحظه ای از انرژی گرمایی بزرگتر باشد. بطور کلی تجمع یونی در نتیجه بر هم کنش‌های الکترواستاتیک قوی به وقوع می پیوندد.

نظریه تجمع یونی

به منظور بسط فرمول دبای – هوکل فرض شده بود که انرژی الکترواستاتیکی یونها از انرژی گرمایی کمتر است. این فرض فقط برای محلولهای رقیق انجام پذیر است زیرا متوسط فاصله بین یونی زیاد می باشد. با افزایش غلظت، فاصله بین یونها کاهش می یابد و بیشتر یونها انرژی الکترواستاتیکی بیشتری نسبت به انرژی گرمایی دارند.

مفهوم زوج یون در سال ۱۹۲۶ توسط بجروم معرفی شد، بجروم پیشنهاد داد که دو یون با بار مخالف هر گاه به مقدار کافی به یکدیگر نزدیک شوند بطوریکه انرژی پتانسیل جاذبه ای بین آنها از مقدار kT2 بزرگتر شود ، به عنوان زوج یون در نظر گرفته می شوند.

بجروم فرض کرد که دو یون تجمع می یابند اگر فاصله بین آنها کمتر از مقدار q باشد که مقدار q مطابق رابطه زیر است:

در رابطه (۲-۱) ، q فاصله بحرانی بجروم ،  و  ظرفیت کاتیون و آنیون ، D ثابت دی الکتریک محیط ، k ثابت بولتسمان ، T دما برحسب درجه کلوین می باشد.

همانطور که از شکلهای (۲-۱) و (۲-۲) مشخص می باشد، اولاً زوج یون زمانی تشکیل می شود که نزدیکترین فاصله بین دو یون a، از فاصله بحرانی بجروم کوچکتر باشد ، ثانیاً q موقعیت مینیموم احتمال یافت شدن یونهای با بار مخالف اطراف یون مرکزی را، با افزایش فاصله از یون مرکزی ،r ،بازگو می کند.