Соотношение смешивания

Изобилие одного компонента смеси по отношению к другим

В химии и физике безразмерное отношение смешивания — это обилие одного компонента смеси относительно всех остальных компонентов. Термин может относиться либо к молярному отношению (см. концентрация ), либо к массовому отношению (см. стехиометрия ). ^[1]

В атмосферной химии и метеорологии

Молярное отношение

В химии атмосферы соотношение смешивания обычно относится к мольному соотношению r _i , которое определяется как количество компонента n _{i ,} деленное на общее количество всех других компонентов в смеси:

${\displaystyle r_{i}={\frac {n_{i}}{n_{\mathrm {tot} }-n_{i}}}}$

Мольное отношение также называется количественным отношением . ^[2] Если n _i намного меньше n _tot (что имеет место для следовых количеств атмосферных компонентов), мольное отношение почти идентично мольной доле .

Массовое отношение

В метеорологии отношение смешивания обычно относится к массовому соотношению воды , которое определяется как масса воды, деленная на массу сухого воздуха ( ) в данном воздушном пакете: ^[3] ${\displaystyle \zeta }$ ${\displaystyle m_{\mathrm {H2O} }}$ ${\displaystyle m_{\mathrm {air} }-m_{\mathrm {H2O} }}$

${\displaystyle \zeta ={\frac {m_{\mathrm {H2O} }}{m_{\mathrm {air} }-m_{\mathrm {H2O} }}}}$

Единица измерения обычно указывается в . Определение аналогично определению удельной влажности . ${\displaystyle \mathrm {g} \,\mathrm {kg} ^{-1}}$

Соотношение смешивания смесей или растворов

Два бинарных раствора разного состава или даже два чистых компонента можно смешивать в различных соотношениях по массам, молям или объемам.

Массовая доля полученного раствора при смешивании растворов с массами m ₁ и m ₂ и массовыми долями w ₁ и w ₂ определяется по формуле:

${\displaystyle w={\frac {w_{1}m_{1}+w_{2}m_{1}r_{m}}{m_{1}+m_{1}r_{m}}}}$

где m ₁ можно упростить из числителя и знаменателя

${\displaystyle w={\frac {w_{1}+w_{2}r_{m}}{1+r_{m}}}}$

и

${\displaystyle r_{m}={\frac {m_{2}}{m_{1}}}}$

— массовое соотношение смешивания двух растворов.

Подставляя плотности ρ _i ( w _i ) и рассматривая равные объемы различных концентраций, получаем:

${\displaystyle w={\frac {w_{1}\rho _{1}(w_{1})+w_{2}\rho _{2}(w_{2})}{\rho _{1}(w_{1})+\rho _{2}(w_{2})}}}$

Учитывая объемное соотношение смешивания r _{V (21)}

${\displaystyle w={\frac {w_{1}\rho _{1}(w_{1})+w_{2}\rho _{2}(w_{2})r_{V}}{\rho _{1}(w_{1})+\rho _{2}(w_{2})r_{V}}}}$

Формулу можно распространить на более чем два раствора с массовыми соотношениями смешивания

${\displaystyle r_{m1}={\frac {m_{2}}{m_{1}}}\quad r_{m2}={\frac {m_{3}}{m_{1}}}}$

быть смешанным, давая:

${\displaystyle w={\frac {w_{1}m_{1}+w_{2}m_{1}r_{m1}+w_{3}m_{1}r_{m2}}{m_{1}+m_{1}r_{m1}+m_{1}r_{m2}}}={\frac {w_{1}+w_{2}r_{m1}+w_{3}r_{m2}}{1+r_{m1}+r_{m2}}}}$

Аддитивность объема

Условием получения частично идеального раствора при смешивании является то, что объем полученной смеси V должен быть равен удвоенному объему V _s каждого раствора, смешанного в равных объемах, из-за аддитивности объемов. Результирующий объем можно найти из уравнения баланса масс , включающего плотности смешанного и полученного растворов и приравнивающего его к 2:

${\displaystyle V={\frac {(\rho _{1}+\rho _{2})V_{\mathrm {s} }}{\rho }},V=2V_{\mathrm {s} }}$

подразумевает

${\displaystyle {\frac {\rho _{1}+\rho _{2}}{\rho }}=2}$

Конечно, для действительных решений вместо последнего равенства появляются неравенства.

Соотношения смешивания смесей растворителей

Смеси различных растворителей могут иметь интересные особенности, такие как аномальная проводимость (электролитическая) определенных лиониевых ионов и лиатных ионов, генерируемых молекулярной автоионизацией протонных и апротонных растворителей из-за механизма Гротгуса ионного прыжка в зависимости от соотношений смешивания. Примерами могут служить гидроксоний- ионы и гидроксид -ионы в воде и водно-спиртовых смесях, алкоксоний-ионы и алкоксид -ионы в тех же смесях, аммоний- ионы и амид- ионы в жидком и сверхкритическом аммиаке, алкиламмоний-ионы и алкиламид-ионы в смесях аммиаков и т. д....

Ссылки

1. IUPAC , Compendium of Chemical Terminology , 2nd ed. («Золотая книга») (1997). Онлайн-исправленная версия: (2006–) «соотношение смешивания». doi :10.1351/goldbook.M03948
2. "Pure and Applied Chemistry, 2008, Volume 80, No. 2, pp. 233-276". Iupac.org . 2016-06-14 . Получено 2016-06-30 .
3. Уайтмен, DN (2015). Энциклопедия атмосферных наук (второе издание, том 3, ред.). Elsevier Ltd. стр. 298. ISBN 978-0-12-382225-3.