一种溶液中盐的极化率和离子极化率的测量方法技术

本发明专利技术提供一种溶液中盐的极化率的测量方法，包括以下步骤：配制若干不同摩尔分数的盐溶液，分别测定盐溶液的折光指数nsalt、溶液体积Vsol和溶剂体积Vs(0)；分别根据线性的Clausius‑Mossotti折光指数方程和Debye‑Hückel极限定律，得到式1中初始斜率K和式2中一次项系数γ；根据式3计算盐的极化率αsalt。本发明专利技术的测量方法步骤简明，成本低廉，所有物理量的计算都基于第一性的物理原理，克服了传统方法基于非线性方程做线性外推的缺陷，从而极大地降低了极化率的测量与计算误差，提高了实验数据的可重复性。另外，本发明专利技术还提供了一种溶液中离子极化率的测量方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于物理化学和分析化学
，尤其涉及一种溶液中盐的极化率和离子极化率的测量方法。
技术介绍
极化率是物质的一种固有属性，它衡量了外电场作用下粒子(分子、离子或原子)形成瞬时偶极的能力大小，也在一定程度上反映了粒子内部的电子云结构。其中，离子极化率的研究已有100多年的历史，其应用涉及到材料介电和光电相关的许多领域，例如：半导体材料、液-液或液-固界面材料、特殊性能的光电材料等。在气态或晶态条件下，离子极化率有较为成熟的方法来测量；但是，在溶液中并无基于第一性原理的普遍接受的定量测量方法。更为重要的是，溶液中离子极化率的数值是溶液介电理论的重要参量，其准确度在一定程度上，不仅限制了相关理论研究的发展，而且在更大尺度上成为了很多材料光电性能预测的瓶颈，因此需要寻找合适可行的测量方法来表征其大小。此外，溶液中，离子的极化率在一定程度上受溶液性质(例如：混合溶剂的比例)或温度等因素影响较大，一些特殊离子或离子集团，如含稀土元素的离子集团的极化率数值在现有物理化学手册或文献中很难找到，因此，需要根据具体的情况和应用条件进行单独测量。在表征溶液离子极化率的众多方法中，应用最广泛，相对较成熟的传统方法是一种基于非线性的Clausius-Mossotti方程的外推法。该方法的步骤是，(1)测量不同浓度下盐溶液的摩尔折光指数；(2)把较高浓度下的极化率数值进行线性外推，当浓度无限稀时，该外推值即为目标粒子的极化率(Heydweiler A.Phys.Z.1925,26:526-556)。但是，该方法存在以下缺点：(1)离子极化率随浓度的变化关系并不满足简单的线性关系，且不同类型的离子具有不一样的浓度依赖性，因此，不能通过简单的外推方法获得无限稀溶液的离子极化率；(2)在低浓度下，因为加入少量的盐可使得离子极化率数值发生很大的变化，所以粗糙的线性外推法会导致较大的系统误差；(3)在具体的实际操作中，特别是在低盐浓度下，因为离子极化率-浓度的关系并非简单的线性关系，所以很难预估实验误差的大小，从而导致外推数值的随机误差较大，造成实验的可重复性差。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种溶液中盐的极化率和离子极化率的测量方法，本专利技术中的测量方法误差小、可重复性较好。本专利技术提供一种溶液中盐的极化率的测量方法，包括以下步骤：配制若干不同摩尔分数的盐溶液，分别测定盐溶液的折光指数nsalt、溶液体积Vsol和溶剂体积Vs(0)；以盐溶液的摩尔分数xsalt为横坐标，以折光指数nsalt为纵坐标，绘制折光指数与摩尔分数的关系数据图，采用式1所示的线性化的Clausius-Mossotti折光指数方程对数据图进行线性拟合，得到初始斜率K；nsalt＝Kxsalt+ns 式1；式1中，ns为溶剂的折光指数；以盐溶液的摩尔分数xsalt为横坐标，以溶液体积Vsol与溶剂体积Vs(0)的比值Vsol/Vs(0)为纵坐标，绘制溶液体积与摩尔分数的关系数据图，采用式2所示的Debye-Hückel极限定律对数据图进行非线性拟合，得到一次项系数γ；式2中，η为盐-溶剂相互作用参数；根据式3所计算盐的极化率αsalt：式3中，ns为溶剂的折光指数，νs为溶剂的物质的量，NA为阿伏伽德罗常数。优选的，所述盐溶液中盐的摩尔分数为0～0.2。优选的，所述盐溶液中盐的摩尔分数为0～0.1。优选的，所述若干不同摩尔分数盐溶液的摩尔分数之间为等差数列。优选的，所述溶液体积Vsol按照以下步骤得到：分别测定不同摩尔分数盐溶液的密度和质量，计算得到不同摩尔浓度盐溶液的体积Vsol。优选的，所述盐溶液中的溶剂包括水、乙腈、丙酮、甲醇和乙醇中的一种或几种。本专利技术提供一种溶液中离子极化率的测量方法，包括以下步骤：按照上文所述的测量方法得到溶液中盐的极化率αsalt；溶液中的盐由待测离子和标准离子组成，所述待测离子的极化率、标准离子的极化率和盐的极化率满足式4所示方程：αsalt＝mαc+nαa 式4；式4中，αc为标准离子的极化率，m为标准离子在盐中的计量系数，αa为待测离子的极化率，n为待测离子在盐中的计量系数。优选的，所述待测离子为强电解质离子、弱电解质离子、稀土金属离子或络合离子；所述标准离子为强电解质离子。优选的，所述标准离子包括Li+、Na+、K+、Cs+、Cl-和Br-中的一种或几种。优选的，所述待测离子包括Na+、K+、Cs+、Ca2+、Ba2+、Sr2+、F-、Cl-、Br-、I-、NO3-、ClO4-、SO42-、NH4-、CO32-、S2-、La3+、Sc3+、Pr3+、[Ag(NH3)2]+、[Cu(NH3)4]2+和[Fe(SCN)6]3-中的一种或几种。本专利技术提供一种溶液中盐的极化率的测量方法，包括以下步骤：配制若干不同摩尔分数的盐溶液，分别测定盐溶液的折光指数nsalt、溶液体积Vsol和溶剂体积Vs(0)；以盐溶液的摩尔分数xsalt为横坐标，以折光指数nsalt为纵坐标，绘制折光指数与摩尔分数的关系数据图，采用式1所示的线性化的Clausius-Mossotti折光指数方程对数据图进行线性拟合，得到初始斜率K；以盐溶液的摩尔分数xsalt为横坐标，以溶液体积Vsol与溶剂体积Vs(0)的比值Vsol/Vs(0)为纵坐标，绘制溶液体积与摩尔分数的关系数据图，采用式2所示的Debye-Hückel极限定律对数据图进行非线性拟合，进而得到一次项系数γ；根据式3计算盐的极化率αsalt。本专利技术的测量方法步骤简明，成本低廉；克服了传统方法基于非线性方程做线性外推的缺陷，从而极大地降低了盐的极化率的测量与计算误差，提高了实验数据的可重复性；本专利技术所有物理量的计算都基于第一性的物理原理，从而比传统方法更加完善，数据更准确可信。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。图1为本专利技术离子极化率的测定过程示意图；图2为本专利技术实施例1中LiCl的折光指数与摩尔分数的关系图；图3为本专利技术实施例1中LiCl的体积比(Vsol/Vs(0))与摩尔分数的关系图；图4为本专利技术实施例2中NaCl的折光指数与摩尔分数的关系图；图5为本专利技术实施例2中NaCl的体积比(Vsol/Vs(0))与摩尔分数的关系图。具体实施方式本专利技术提供了一种溶液中离子极化率的测量方法，包括以下步骤：A)配制若干不同摩尔分数的盐溶液，分别测定盐溶液的折光指数nsalt、溶液体积Vsol和溶剂体积Vs(0)；B)以盐溶液的摩尔分数xsalt为横坐标，以折光指数nsalt为纵坐标，绘制折光指数与摩尔分数的关系数据图，采用线性化的Clausius-Mossotti折光指数方程对数据图进行线性拟合(式1)，得到初始斜率K；nsalt＝Kxsalt+ns 式1；式1中，ns为溶剂的折光指数；C)以盐溶液的摩尔分数xsalt为横坐标，以溶液体积Vsol与溶剂体积Vs(0)的比值Vsol/Vs(0)为纵坐标，绘制溶液体积与摩尔分数的关系数据图，采用本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种溶液中盐的极化率的测量方法，包括以下步骤：配制若干不同摩尔分数的盐溶液，分别测定盐溶液的折光指数nsalt、溶液体积Vsol和溶剂体积Vs(0)；以盐溶液的摩尔分数xsalt为横坐标，以折光指数nsalt为纵坐标，绘制折光指数与摩尔分数的关系数据图，采用式1所示的线性化的Clausius‑Mossotti折光指数方程对数据图进行线性拟合，得到初始斜率K；nsalt＝Kxsalt+Ns   式1；式1中，ns为溶剂的折光指数；以盐溶液的摩尔分数xsalt为横坐标，以溶液体积Vsol与溶剂体积Vs(0)的比值Vsol/Vs(0)为纵坐标，绘制溶液体积与摩尔分数的关系数据图，采用式2所示的Debye‑Hückel极限定律对数据图进行非线性拟合，得到一次项系数γ；式2中，η为盐‑溶剂相互作用参数；根据式3计算盐的极化率αsalt：式3中，ns为溶剂的折光指数，νs为溶剂的物质的量，NA为阿伏伽德罗常数。

【技术特征摘要】
1.一种溶液中盐的极化率的测量方法，包括以下步骤：配制若干不同摩尔分数的盐溶液，分别测定盐溶液的折光指数nsalt、溶液体积Vsol和溶剂体积Vs(0)；以盐溶液的摩尔分数xsalt为横坐标，以折光指数nsalt为纵坐标，绘制折光指数与摩尔分数的关系数据图，采用式1所示的线性化的Clausius-Mossotti折光指数方程对数据图进行线性拟合，得到初始斜率K；nsalt＝Kxsalt+Ns 式1；式1中，ns为溶剂的折光指数；以盐溶液的摩尔分数xsalt为横坐标，以溶液体积Vsol与溶剂体积Vs(0)的比值Vsol/Vs(0)为纵坐标，绘制溶液体积与摩尔分数的关系数据图，采用式2所示的Debye-Hückel极限定律对数据图进行非线性拟合，得到一次项系数γ；式2中，η为盐-溶剂相互作用参数；根据式3计算盐的极化率αsalt：式3中，ns为溶剂的折光指数，νs为溶剂的物质的量，NA为阿伏伽德罗常数。2.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，所述盐溶液中盐的摩尔分数为0～0.2。3.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，所述盐溶液中盐的摩尔分数为0～0.1。4.根据权利要求2或3所述的测量方法，其特征在于，所述若干不同摩尔分数盐溶液的摩尔分数之间为等差数列。5.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，所述溶液体积Vsol按照以下步骤得到：...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢宇源，李明伦，安立佳，李宏飞，
申请(专利权)人：中国科学院长春应用化学研究所，
类型：发明
国别省市：吉林;22