چکیده :
در این پژوهش رفتار تجمع یونی در محلول سیر شده سدیم فلوئورید با رویکردی ترمودینامیکی مورد بررسی قرار گرفته است. برای این منظور میزان انحلال پذیری این ترکیب در آب مقطر در یک دمای مشخص با استفاده از دو روش تبخیر حلال و طیف سنجی نشر اتمی شعله ای اندازه گیری شد. نتایج حاصل مقدار مشخصی برای انحلال پذیری ارائه داد.
همچنین انحلال پذیری از دیدگاه ترمودینامیکی با بهره گیری از یک رابطه تحلیلی محاسبه شد که پارامترهای آن از منابع معتبر کتابخانه ای استخراج گردیدند. مقایسه میان مقدار تجربی انحلال پذیری و مقدار محاسبه شده غلظتی نشان داد که اختلاف معناداری بین این دو وجود دارد. پس از آن معادله دبای–هوکل نیز برای سیستم مورد بررسی به کار گرفته شد که نشان داد پاسخ حاصل با نتیجه ترمودینامیکی تفاوت چشم گیری دارد.
در ادامه با در نظر گرفتن پدیده تجمع یونی و تشکیل زوج یون ها به این نتیجه رسیدیم که درصد قابل توجهی از یون های مثبت و منفی به صورت جفت یون در محلول حضور دارند. همچنین اثر قدرت یونی و ثابت دی الکتریک محیط بر میزان انحلال پذیری به صورت تجربی و نظری تحلیل شد و نتایج ارزشمندی به دست آمد.
پیشگفتار
بخش عمده ای از فرآیندهای زیستی طبیعی و واکنش های شیمیایی در محیط های آبی رخ می دهند. از این رو بررسی دقیق محلول های آبی حاصل از ترکیبات گوناگون اهمیت بالایی دارد؛ چرا که از طریق شناخت بهتر این محلول ها امکان تحلیل و درک عمیق تری از رفتار این فرآیندها فراهم می شود.
تمرکز اصلی این مطالعه بر محلول های الکترولیتی است؛ به ویژه بررسی نحوه رفتار آن ها از دیدگاه انطباق یا عدم انطباق با شرایط ایده آل. این بررسی می تواند اطلاعات کاربردی و دقیقی درباره ویژگی های فیزیکی و شیمیایی محلول های الکترولیت ارائه دهد.
ارائه فرضیه تفکیک یونی توسط آرنیوس در سال ۱۸۸۴ افق های تازه ای را برای بررسی علمی محلول های الکترولیتی گشود. این نظریه در زمان خود توانست تا حدی رفتار برخی از محلول های الکترولیت را تبیین کند اما با گذشت زمان مشخص شد که تکیه بر این مدل به تنهایی برای توضیح تمامی ویژگی های محلول های الکترولیتی کافی نیست. در چارچوب نظریه آرنیوس فرض بر آن است که یون ها به صورت تصادفی در محلول توزیع شده اند و اثر نیروهای بین یون ها نادیده گرفته می شود. چنین پیش فرضی در نهایت به این نتیجه می انجامد که ضریب فعالیت همه یون ها باید برابر یک باشد؛ موضوعی که با نتایج تجربی و داده های واقعی هم خوانی ندارد. به همین دلیل این نظریه نمی تواند تصویر دقیقی از رفتار واقعی محلول های الکترولیت ارائه دهد و نیاز به مدل های کامل تر و دقیق تری در این حوزه احساس می شود.
مدلی نسبتاً واقع گرایانه که توسط قش پژوهشگر هندی برای توصیف چگونگی توزیع یون ها در محلول ارائه شد بر این اساس استوار بود که نظم میان یون ها در محیط آبی تا حدی مشابه نظم آن ها در ساختار بلوری جامدات یونی است با این تفاوت که فاصله میان یون ها در محلول بیشتر از حالت جامد است. در این مدل نیروهای بین یونی از نوع الکترواستاتیکی در نظر گرفته می شوند اما به دلیل اثر ثابت دی الکتریک بالای حلال و افزایش فاصله بین یون ها شدت این نیروها کاهش پیدا می کند.
مدل قش به طور کیفی قادر است برخی جنبه های رفتاری الکترولیت ها را در محلول توضیح دهد؛ با این حال این مدل نیز در تبیین بسیاری از نتایج تجربی ناکارآمد است. امروزه با بهره گیری از تکنیک هایی مانند پراش اشعه ایکس روشن شده است که نحوه قرارگیری یون ها در محلول های الکترولیتی با نظم موجود در ساختار بلورهای جامد تفاوت دارد. در محلول به دلیل حرکت های حرارتی و عوامل گوناگون دیگر نظم میان یون ها نسبت به حالت جامد تا حد زیادی مختل می شود.