Описание активности воды над растворами лимонной кислоты в

А.М. РУДАКОВ
Московский инженерно-физический институт (государственный университет)
ОПИСАНИЕ АКТИВНОСТИ ВОДЫ
НАД РАСТВОРАМИ ЛИМОННОЙ КИСЛОТЫ
В ИНТЕРВАЛЕ ТЕМПЕРАТУР 298,15 – 318,15 К
В рамках модели нестехиометрических взаимодействий проведено математическое моделирование концентрационных зависимостей активности воды в растворах лимонной кислоты при различных температурах. Результаты свидетельствуют о том, что лимонная кислота практически не диссоциирована, а ее ассоциация и гидратация в исследованном
интервале не зависит от температуры.
Водные растворы лимонной кислоты на протяжении нескольких последних десятилетий являются объектом экспериментальных исследований, поскольку она находит практические приложения во многих областях. Экспериментально установлено, что в водных растворах лимонная кислота является неэлектролитом,
который практически не диссоциирует даже в сильно разбавленных растворах. Однако, при моделировании
термодинамических свойств этой системы и других систем, в которых присутствует лимонная кислота, все
расчеты обычно проводят в предположении о ее полной диссоциации.
В данной работе проведено моделирование концентрационных зависимостей активности воды а w в растворах лимонной кислоты при нескольких температурах в предположениях о ее частичной диссоциации при
бесконечном разбавлении и об отсутствии сильных межионных взаимодействий. Активность воды рассчитывалась по экспериментальным данным [1] о давлении насыщенных паров воды над раствором.
При моделировании активности воды использовалась следующая процедура:
1. Фиксируется значение параметра р, 1 < p < ν, выражающего неполную диссоциацию лимонной кислоты (ν = 3, т.е. число ионов при полной диссоциации).
2. Проводится переход к новой переменной состава – мольной доле растворенного вещества:
pm
, nw = 55,508 моль/кг и рассчитывается коэффициент активности воды:
x
nw  pm
ln f w  ln a w  ln(1  x) .
N
3.
Проводится описание ln fw полиномом вида: ln f w   C i m i 1 , N = 4.
i 1
Рассчитываются
коэффициенты
m
N
 n

 
ln f  exp   w    Ci (i  1)mi 1 dm  .
 p

 
0  i 1

4.
активности
лимонной
кислоты
как
неэлектролита:
1
 x w  1 A1

5. с использованием уравнения a w  x w exp h1x 
[2,3] описываются эксперименталь 1  A1x 
ные данные по аw и находятся оценки параметров модели (h1 – числа гидратации при х = 0 и А1 – числа ассоциации при х = 1).
6. рассчитываются модельные значения коэффициента активности лимонной кислоты:
 1  A1 
 .
f  exp h1x 
 1  A1x 
h1
Результаты моделирования данных по аw при 298,15 – 318,15 К приведены в таблице.
Таблица
Т, К
р
spol(aw)
*104
smod
(aw)
*104
()
h1
A1
298,15
1,07
1,2
7,3
6,6
4,6
0,05
303,15
1,02
4,4
7,4
5,2
8,7
0,11
308,15
1,09
8,7
6,7
6,8
20
0,18
313,15
1,04
5,7
7,6
6,5
10
0,11
318,15
1,05
5,3
7,6
7,4
8,8
0,08
Smod
На их основании сделаны выводы о том, что по отношению к данной системе предложенный подход
правомочен; в бесконечно разбавленном растворе лимонная кислота не диссоциирована (р  1); гидратация
и ассоциация лимонной кислоты в исследованном диапазоне практически не зависит от температуры.
Список литературы
1. Apelblat A. // J. Chem. Thermodynamics. 1995. V.27. P.347.
2. Рудаков А.М. и др. // Инженерная физика. 2001. № 1. 31.
3. Рудаков А.М. и др. // Инженерная физика. 2003. № 3. 9–13.