Соотношение смешивания

Обилие одного компонента смеси относительно других

В химии и физике безразмерное соотношение смешивания — это содержание одного компонента смеси по отношению к содержанию всех остальных компонентов. Этот термин может относиться либо к мольному соотношению (см. Концентрацию ), либо к массовому соотношению (см. Стехиометрию ). ^[1]

По химии атмосферы и метеорологии

Молярное соотношение

В атмосферной химии 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 соотношение также называют количественным соотношением . ^[2] Если n _i намного меньше, чем n _tot (что справедливо для микроэлементов атмосферы), мольное отношение почти идентично мольной доле .

Соотношение масс

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

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

Обычно единица измерения указывается в формате . 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 массе, молям или объемам.

Массовая доля полученного раствора от смешивания растворов с массами m ₁ и m ₂ и массовыми долями w ₁ и w ₂ определяется выражением:

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

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 разных 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:

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

Объемная аддитивность

Условием получения частично идеального раствора при смешивании является то, чтобы объем полученной смеси V был равен удвоенному объему V _s каждого раствора, смешанного в равных объемах, из-за аддитивности объемов. Полученный объем можно найти из уравнения баланса масс , включающего плотности смешанного и образующегося 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, в реальных решениях вместо последнего равенства появляются неравенства.

Пропорции смешивания смесей растворителей

Смеси различных растворителей могут иметь интересные особенности, такие как аномальная проводимость (электролитическая) отдельных ионов лиония и ионов лиата , генерируемая молекулярной автоионизацией протонных и апротонных растворителей из-за механизма перескока ионов Гроттуса в зависимости от соотношений смешивания. Примеры могут включать ионы гидроксония и гидроксида в воде и водно-спиртовых смесях, ионы алкоксония и алкоксида в тех же смесях, ионы аммония и амида в жидком и сверхкритическом аммиаке, ионы алкиламмония и алкиламида в смесях амминов и т. д.

Рекомендации

1. ИЮПАК , Сборник химической терминологии , 2-е изд. («Золотая книга») (1997). Исправленная онлайн-версия: (2006–) «Коэффициент смешивания». дои :10.1351/goldbook.M03948
2. «Чистая и прикладная химия, 2008, том 80, № 2, стр. 233-276». Юпак.орг . 14 июня 2016 г. Проверено 30 июня 2016 г.
3. Уайтман, DN (2015). Энциклопедия атмосферных наук (второе издание, том 3-е изд.). ООО "Эльзевир" с. 298. ИСБН 978-0-12-382225-3.