Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

1.1.4: Активність водних розчинів

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    28090

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

    Даний водний розчин готують з використанням 1 кг води (\(\lambda\), молярної маси\(\mathrm{M}_{1}\) і\(m_{j}\) молів розчиненої речовини при температурі\(\mathrm{T}\) і тиску\(p\) (який близький до стандартного тиску\(p_{0}\)) При фіксованому\(\mathrm{T}\) і\(p\), активність води\(a_{1}(\mathrm{aq})\) пов'язана до хімічного потенціалу води у водному розчині за допомогою рівняння (а), де\(\mu_{1}^{*}(\lambda)\) - хімічний потенціал води (\(\lambda\)) при тому ж\(\mathrm{T}\) і\(p\).

    \[\mu_{1}(\mathrm{aq})=\mu_{1}^{*}(\lambda)+\mathrm{R} \, \mathrm{T} \, \ln \left(\mathrm{a}_{1}\right)\]

    Подальше рівняння (b)\(\mu_{1}(\mathrm{aq})\) стосується молярності простого розчиненого речовини\(\mathrm{m}_{j}\) (наприклад, сечовини), де\(\mathrm{R}\) є газова константа (\(=8.314 \mathrm{~J} \mathrm{~K}^{-1} \mathrm{~mol}^{-1}\)).

    \[\mu_{1}(\mathrm{aq})=\mu_{1}^{*}(\lambda)-\phi \, \mathrm{R} \, \mathrm{T} \, \mathrm{M}_{1} \, \mathrm{m}_{\mathrm{j}}\]

    \(\mathrm{m}_{j}\)Ось молярність розчиненої речовини\(j\) і\(\phi\) є практичним осмотичним коефіцієнтом. Якщо термодинамічні властивості водного розчину ідеальні (тобто відсутність взаємодій розчин-розчинник), практичний осмотичний коефіцієнт дорівнює одиниці.

    \[\text { At fixed } \mathrm{T} \text { and } \mathrm{p}, \operatorname{limit}\left(\mathrm{m}_{\mathrm{j}} \rightarrow 0\right) \phi=1.0\]

    \[\text { Hence, } \mu_{1}(\mathrm{aq} ; \mathrm{id})=\mu_{1}^{*}(\lambda)-\mathrm{R} \, \mathrm{T} \, \mathrm{M}_{1} \, \mathrm{m}_{\mathrm{j}}\]

    Тому в разі ідеального розчину додавання розчиненої речовини, молярність\(\mathrm{m}_{j}\), стабілізує розчинник; тобто знижує хімічний потенціал розчинника. У тому випадку, якщо розчиненою\(j\) речовиною є сіль, яка утворює з повною дисоціацією\(ν\) іони для кожного моля солі в розчині,\(\mu_{1}(\mathrm{aq})\) задається рівнянням (е).

    \[\mu_{1}(\mathrm{aq})=\mu_{1}^{*}(\lambda)-\mathrm{v} \, \phi \, \mathrm{R} \, \mathrm{T} \, \mathrm{M}_{1} \, \mathrm{m}_{\mathrm{j}}\]

    Розглядаємо водний розчин, що містить простий нейтральний розчин\(j\). Для того, щоб зрозуміти властивості цього розчину, нам потрібно розглянути водно-розчинні взаємодії та взаємодії розчиненої речовини\(j\) - розчиненої речовини\(j\). Взаємодії «розчин-розчинений» визначають, наскільки властивості даного розчину відрізняються від властивостей відповідного розчину, що має термодинамічні властивості, які є ідеальними [1].

    Ступінь, в якій термодинамічні властивості розчинів не є ідеальними, частково відображає роль водно-розчинних взаємодій. Наприклад, ступінь, якою взаємодії сечовини та сечовини відрізняються від взаємодій етанол-етанол у водних розчині, відображає різні гідратаційні характеристики сечовини та етанолу.

    Порівняння рівнянь (a) і (b) дає наступне важливе рівняння, що стосується активності розчинника, води та молярності простого нейтрального розчиненого речовини\(j\).

    \[\text { Thus, } \quad \ln \left(\mathrm{a}_{1}\right)=-\phi \, \mathrm{M}_{1} \, \mathrm{m}_{\mathrm{j}}\]

    Знаки мінуса в рівняннях (b) і (f) надзвичайно значущі. Якщо термодинамічні властивості розчинів ідеальні,\(\phi\) то є єдність.

    \[\text { Then, } \ln \left(\mathrm{a}_{1}\right)^{\mathrm{id}}=-\mathrm{M}_{1} \, \mathrm{m}_{\mathrm{j}}=-\mathrm{M}_{1} \, \mathrm{n}_{\mathrm{j}} / \mathrm{n}_{1}^{0} \, \mathrm{M}_{1}=-\mathrm{n}_{\mathrm{j}} / \mathrm{n}_{1}^{0}\]

    \(n_{1}{}^{0}\)Ось кількість розчинника, води, молярної маси\(\mathrm{M}_{1}\);\(n_{j}\) це кількість розчиненої речовини\(j\). Тому сюжет\(\ln \left(\mathrm{a}_{1}\right)^{\mathrm{id}}\) проти моляльності\(\mathrm{m}_{j}\) є лінійним з нахилом '\(-\mathrm{M}){1}\)'. Крім того, ділянки для ряду нейтральних розчинів будуть супер-неможливими. Іншими словами\(\ln \left(\mathrm{a}_{1}\right)^{\mathrm{id}}\), це пов'язано із співвідношенням кількості розчиненого речовини до розчинника. Додаючи розчинену речовину до фіксованої кількості (розчинника) води (\(\lambda\)), ми знижуємо активність води (\(\lambda\)), (тобто хімічний потенціал води, μ (aq) у водному розчині) і стабілізуємо розчинник.

    Хімічний потенціал розчиненої речовини\(j\) у водному розчині\(\mu_{\mathrm{j}}(\mathrm{aq})\) пов'язаний з молярністю розчиненої речовини mj за допомогою рівняння (h), де\(\mu_{j}^{0}(\mathrm{aq})\) хімічний потенціал розчиненої речовини\(j\) у водному розчині, молярність\(\mathrm{m}_{\mathrm{j}}=1 \mathrm{~mol} \mathrm{~kg}^{-1}\) і\(\gamma_{j}=1\) взагалі\(\mathrm{T}\) і\(p\), (приймається як близький до стандартного тиску\(p^{0}\)).

    \[\mu_{\mathrm{j}}(\mathrm{aq})=\mu_{\mathrm{j}}^{0}(\mathrm{aq})+\mathrm{R} \, \mathrm{T} \, \ln \left(\mathrm{m}_{\mathrm{j}} \, \gamma_{\mathrm{j}} / \mathrm{m}^{0}\right)\]

    \[\text { By definition, at all T and } p \operatorname{limit}\left(\mathrm{m}_{\mathrm{j}} \rightarrow 0\right) \gamma_{\mathrm{j}} \rightarrow 1\]

    Важливим фактором є роль активності води у визначенні активності ферментів [2].

    Виноски

    [1] Р. А. Робінсон і Р.Х. Стокс, Електролітні розчини, Баттервортс, Лондон 2nd edn. Переглянуто, 1965 р.

    [2] Г.Белл, А.Е. Янссен і П.Дж. Халлінг, Ферментні та мікробні технології, 1997, 20,471.