正則不完全溶液

正則不完全溶液
2成分a、b系の正則溶液の Helmholtz 自由エネルギー F は、
F = F a + F b + ΔF
ここで Δ Fは混合による自由エネルギーの変化分である。
Δ F = -kT・ln{∑g・exp(-wNab/kT)}
(1) Bragg-Williams の近似では、
Na Nb
N a+ N b
k: Boltzmann 定数
T: 絶対温度
g: a 分子 Na 個と b 分子 Nb 個を空間に配置するしかたの数
( N a + N b)!
N a ! N b!
w: a と b の一組あたりの混合エネルギー
z: 1分子あたりの配位分子数
N ab = z
となる。
モル分率 x と純粋液体の蒸気圧を p 0とすると、蒸気分圧は下記のようになる。
pa = p 0 a・x・exp(zw(1-x)2/kT)
pb = p 0 b・(1-x)・exp(zw・x 2/kT)
(2) Guggenheim の近似では、気体反応 aa+bb→2ab に関する質量作用の法則の類推から、
N aa N bb
1
2w
= exp(
)
4
kT
( N ab )
2
以上より蒸気分圧は下記のようになる。
1
kTln ( pa / pa 0)= z [ln( √ 4x(1−x)exp( 2w/ kT )+(2x−1)2+ 2x−1)]
2
1
z−2
2
− z [ln( √ 4x (1− x) exp(2w /kT )+(2x−1) +1)−
ln ( x)]
2
z
1
kTln ( pb/ pb0 )= z [ln ( √ 4x (1− x)exp( 2w/kT )+(2x−1)2−2x +1)]
2
1
z−2
− z [ln( √ 4x (1− x) exp(2w/ kT )+(2x−1)2 +1)−
ln(1−x )]
2
z
w がプラスならば Raoult の法則からのはずれはプラスとなり、w がマイオナスならば Raoult の法則からのはず
れはマイナスとなる。 また、特定の条件で 2 相分離が起こる。
[参考文献]
ラシブルック 「統計力学」 白水社 1955