聚电解质在溶液中的电离行为

发布时间：2017-12-08 08:03

  本文关键词：聚电解质在溶液中的电离行为

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【摘要】：本文针对聚电解质的电离行为,以聚丙烯酸水溶液为例,研究了聚电解质在溶液中的电离度与浓度的依赖关系,并与小分子弱电解质溶液进行了对比。从热力学的角度描述了两者电离行为的物理本质,建立了对两者统一适用的电离平衡方程。主要内容及结论包括如下三部分：(1)、以丙烯酸(AAH)为原料、偶氮二异丁腈(AIBN)为引发剂,采用沉淀聚合法制备了不同分子量的聚丙烯酸(PAAH)。在很宽的浓度范围(1～10-7mol／L)内,研究了聚丙烯酸水溶液和丙烯酸水溶液的电离度对浓度的依赖性。结果表明聚丙烯酸水溶液和丙烯酸水溶液具有不同的电离行为。当浓度较高时,同一结构单元浓度下两者的电离度基本一致且遵循平衡常数理论,当浓度较低时,两者均不同程度地偏离了平衡常数理论,且聚丙烯酸偏离的程度更大,而对于不同分子量的聚丙烯酸其电离度基本相同。(2)、从热力学的角度,研究了聚电解质溶液和小分子弱电解质溶液在电离过程中热力学参数的变化量,经过严格的数学推导,得到了聚电解质和小分子弱电解质在整个浓度区域内都适用的电离平衡方程。αφ2ΔE+RT[(1-φ2+φ2/x)ln1/1+αφ2+αφ2lnα2φ2/方程显示当体系与温度确定时,即ΔE为常数,小分子弱电解质的电离度α只与浓度有关,而聚电解质的电离度α还与聚合度X有关,但当聚合度超过一个临界值时,对电离度将不会再有明显的影响。这也是聚电解质的电离度在低浓度区不同于小分子弱电解质,而不同分子量的聚电解质的电离度基本都一样的原因。将该电离方程式与电离平衡常数理论对比分析,结果表明当浓度较大时,上式中的(1-α)(1+αφ2)+φ2ln(1-α)丙项可忽略,可以将其转化为电离平衡常数的计算公式Ka=(α2C)/(1-α)=eΔE/RT/Vm,也就是说电离平衡常数理论只有在浓度超过某一临界值时才具有普适性,这也是在低浓度区聚电解质和小分子弱电解质的电离度都偏离了平衡常数理论计算值的原因。此外,由上式简化后得到的电离平衡常数的计算公式给出了电离平衡常数明确的物理意义：聚电解质溶液或者小分子弱电解质溶液电离过程中电离-水合效应相互作用能的相对强弱。(3)、研究了不同中和度的聚丙烯酸一聚丙烯酸钠(PAAH-PAANa)水溶液的酸度对浓度的依赖性,拟合了各中和度下酸度与浓度的定量关系。应用这一定量关系,得到了两种缓冲溶液：当中和度r=0.27时,PAAH-PAANa溶液在C0.001mol/L的浓度区间形成pH=6.45的缓冲溶液；当中和度r=0.96时,PAAH-PAANa溶液在C0.001mol/L的浓度区间形成pH=9.64的缓冲溶液。两种缓冲溶液均在实验中得到了验证。
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O632.51

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本文编号：1265623