多重短程有序准化学模型: 有序原子对的对立与统一

doi:10.7503/cjcu20220391

高等学校化学学报 ›› 2022, Vol. 43 ›› Issue (11): 20220391.doi: 10.7503/cjcu20220391

多重短程有序准化学模型: 有序原子对的对立与统一

王坤¹(), 邹星礼¹, 曹战民², 李重河¹, 鲁雄刚¹

^1.上海大学材料科学与工程学院, 上海 200444
^2.北京科技大学冶金与生态工程学院, 北京 100083

收稿日期:2022-06-02 出版日期:2022-11-10 发布日期:2022-08-12
通讯作者: 王坤 E-mail:wangkun0808@shu.edu.cn
基金资助:
上海市东方学者项目(TP2020034);国家自然科学基金(52022054)

Modified Quasichemical Model for Manifold Short-range Orders in Binary Solutions： Unity of Opposites for the Ordered Pairs

WANG Kun¹(), ZOU Xingli¹, CAO Zhanmin², LI Chonghe¹, LU Xionggang¹

^1.School of Materials Science and Engineering，Shanghai University，Shanghai 200444，China
^2.School of Metallurgical and Ecological Engineering，University of Science & Technology Beijing，Beijing 100083，China

Received:2022-06-02 Online:2022-11-10 Published:2022-08-12
Contact: WANG Kun E-mail:wangkun0808@shu.edu.cn
Supported by:
the Program for Professor of Special Appointment(Eastern Scholar) at Shanghai Institutions of Higher Learning, China(TP2020034);the National Natural Science Foundation of China(52022054)

摘要/Abstract

摘要：

在准化学模型框架下, 假设有序原子对同时具有可区分与不可区分的双重属性, 首先构造了双重短程有序准化学模型, 然后讨论了该模型所能满足的各类理论极限. 经总结提炼, 提出了有序原子对的对立统一理论. 基于该理论, 进一步将双重短程有序准化学模型做了一般化推广, 开发了多重短程有序准化学模型. 该模型能够有效描述二元熔体中存在多重短程有序构型时的热力学行为. 选取了至少存在两重短程有序构型的Bi-K熔体来检验模型的合理性和可靠性. 结果表明, 除配位数外, 只需4个模型参数就能合理再现该二元熔体所有的热化学数据.

关键词: 熔体热力学, 准化学溶液模型, 多重短程有序, 有序原子对, 对立与统一

Abstract:

Within the framework of the quasichemical model， assuming all ordered pairs of atoms to be distingui-shable， a modified quasichemical model for twofold short-range orders（SROs） was firstly constructed， and then several theoretical limits that the model can reach were discussed. These discussions were summarized and enhanced to establish the theory of unity of opposites for ordered pairs. Based on this theory， the modified quasichemical model for twofold SROs were further generalized， which leads to the successful development of the modified quasichemical model for manifold SROs. The model can efficiently describe the thermodynamic behavior of binary melts containing manifold short-range ordering configurations. The Bi-K melt with at least two observed SROs were selected to test the rationality and reliability of the model. The results show that， apart from the coordination numbers， only four model parameters are needed to reasonably reproduce all the thermochemical data of the binary melt.

Key words: Solution thermodynamics, Quasichemical solution model, Manifold short-range order, Ordered atomic pair, Unity of opposites

中图分类号:

O645

TrendMD:

王坤, 邹星礼, 曹战民, 李重河, 鲁雄刚. 多重短程有序准化学模型: 有序原子对的对立与统一. 高等学校化学学报, 2022, 43(11): 20220391.

WANG Kun, ZOU Xingli, CAO Zhanmin, LI Chonghe, LU Xionggang. Modified Quasichemical Model for Manifold Short-range Orders in Binary Solutions： Unity of Opposites for the Ordered Pairs. Chem. J. Chinese Universities, 2022, 43(11): 20220391.

图/表 9

Fig.1 Enthalpy and entropy of mixing in the A?B solution calculated from the classic quasichemical model

Fig.2 Enthalpy and entropy of mixing in the A?B solution calculated from the modified quasichemical model

Fig.3 Enthalpy and entropy of mixing in the A?B solution calculated from the modified quasiche?mical model for twofold short?range orders

Fig.4 Entropy of mixing for the A?B solution calculated from the modified quasichemical model(MQMDPA) for twofold short?range orders

Fig.5 Enthalpy and entropy of mixing in the A?B solution calculated from the modified quasichemical model for manifold short?range orders(Q=4)

Table 1 Coordination numbers and model parameters for the Bi-K liquid*

SRO No.	Coordination number		Model parameter
1	$Z B i B i B i = 2$	$Z B i K B i 1 = 1.5$	$? g B i K 1 = - 229000 + 100.0 T$
		$Z B i K K 1 = 0.5$
2	$Z K K K = 2$	$Z B i K B i 2 = 4$	$? g B i K 2 = - 40000 - 9.2 T$
		$Z B i K K 2 = 4$

Table 1 Coordination numbers and model parameters for the Bi-K liquid*

SRO No.	Coordination number		Model parameter
1	$Z B i B i B i = 2$	$Z B i K B i 1 = 1.5$	$? g B i K 1 = - 229000 + 100.0 T$
		$Z B i K K 1 = 0.5$
2	$Z K K K = 2$	$Z B i K B i 2 = 4$	$? g B i K 2 = - 40000 - 9.2 T$
		$Z B i K K 2 = 4$

Fig.6 Calculated results for the Bi?K liquid using the modified quasichemical model for twofold short?range orders（A） Excess Gibbs energy；（B） enthalpy of mixing；（C） entropy of mixing.

Fig.7 Activity coefficient of K in the Bi?K liquid calculated from the modified quasichemical model for twofold short?range orders

Fig.8 Excess stability function for the Bi?K liquid calculated from the modified quasichemical model for twofold short?range orders

参考文献 21

1	Fowler R. H.， Guggenheim E. A.， Statistical Thermodynamics， Cambridge University Press， Cambridge， 1939， 350—366
2	Pelton A. D.， Degterov S. A.， Eriksson G.， Robelin C.， Dessureault Y.， Metall.Mater. Trans. B， 2000， 31， 651—659
3	Pelton A. D.， Chartrand P.， Metall. Mater. Trans. A， 2001， 32A， 1355—1360
4	Chartrand P.， Pelton A. D.， Metall. Mater. Trans. A， 2001， 32A， 1397—1407
5	Pelton A. D.， Chartrand P.， Eriksson G.， Metall. Mater. Trans. A， 2001， 32A， 1409—1416
6	Wang K.， Robelin C.， Jin L.， Zeng X.， Chartrand P.， J. Mol. Liq.， 2019， 292， 111384
7	Wang K.， Chartrand P.， Calphad， 2021， 74， 102293
8	Pelton A. D.， Blander M.， Metall. Trans. B， 1986， 17B， 805—815
9	Pelton A. D.， Blander M.， Calphad， 1988， 12， 97—108
10	Blander M.， Private Communication， Argonne National Laboratories， 1985
11	Pelton A. D.， Phase Diagrams and Thermodynamic Modeling of Solutions， Elsevier， Amsterdam， 2019
12	Gibbs J. W.， The Scientific Papers of J. Willard Gibbs， Dover Publications Inc.， New York， 1961
13	Wang K.， J. Mol. Liq.， 2022， 15， 119671
14	Barber C. B.， Dobkin D. P.， Huhdanpaa H.， ACM Trans. Math. Softw.， 1996， 22， 469—483
15	Saboungi M. L.， Corbin T. P.， J. Phys. F： Metal Phys.， 1984， 14， 13—21
16	Saboungi M. L.， Marr J. J.， Blander M.， J. Chem. Phys.， 1978， 68， 1375—1384
17	Darken L. S.， Trans. Metall. Soc. AIME， 1967， 239， 80—89
18	Petric A.， Pelton A. D.， Saboungi M. L.， J. Phys. F： Metal Phys.， 1988， 18， 1473—1489
19	Niu C.， Li C.， Du Z.， Guo C.， Liu M.， Thermochim. Acta， 2012， 528， 9—14
20	Cao Z. M.， Xie W.， Chartrand P.， Wei S. H.， Du G. W.， Qiao Z. Y.， Calphad， 2014， 46， 159—167
21	Kang Y. B.， Pelton A. D.， Calphad， 2010， 34， 180—188

[1]	崔伟, 赵德银, 白文轩, 张晓东, 余江. CO₂在非质子溶剂与铁基离子液体复合体系中的吸收[J]. 高等学校化学学报, 2022, 43(8): 20220120.
[2]	万仁, 宋璠, 彭昌军, 刘洪来. 水溶液中非常规离子无限稀释摩尔电导率的基团贡献法[J]. 高等学校化学学报, 2021, 42(12): 3672.
[3]	王星帆, 周桓, 周阔, 金分丽, 杨军芳. 硝酸盐型卤水体系的综合热力学模型与多温相图预测[J]. 高等学校化学学报, 2021, 42(10): 3175.
[4]	汪潇,金彪,王宇斌,徐卓越,张鲁,张小婷,杨留栓. 阴离子在脱硫石膏晶须水热结晶中的作用机理[J]. 高等学校化学学报, 2020, 41(3): 473.
[5]	唐波, 黄浩, 吴兵, 李旭, 王晓工. 自组装光致形变功能偶氮分子玻璃微球[J]. 高等学校化学学报, 2019, 40(3): 548.
[6]	贺子君, 肖明, 马祥英, 邱江源, 肖碧源, 覃方红, 黄在银. Ag₃PO₄溶解热力学函数的晶面效应与温度效应[J]. 高等学校化学学报, 2019, 40(5): 959.
[7]	覃方红, 邱江源, 肖碧源, 米艳, 黄在银. 基于溶解热力学原理对纳米卤化银热力学性质的研究[J]. 高等学校化学学报, 2018, 39(10): 2214.
[8]	杨倩, 杨璨瑜, 孙孔春, 侯雯清, 吴乐艳, 沈报春. 手性聚苯胺/二氧化硅核/壳复合物的合成及应用[J]. 高等学校化学学报, 2018, 39(7): 1587.
[9]	万婷, 李星星, 黄在银, 邱江源, 左晨, 谭学才. g-C₃N₄@Ag₃PO₄光催化降解罗丹明B过程的原位光-微热量-荧光光谱研究[J]. 高等学校化学学报, 2017, 38(12): 2226.
[10]	李丹, 吴倩, 刘莉, 孙晓日, 郭蒙, 冯一民. 双子表面活性剂修饰金纳米流体的制备及稳定性[J]. 高等学校化学学报, 2017, 38(10): 1829.
[11]	周心慧, 王海水. 利用L-半胱氨酸自组装膜和混合溶剂协同作用手性拆分DL-谷氨酸[J]. 高等学校化学学报, 2017, 38(6): 1076.
[12]	寇艳强, 杨继凯, 朱泠西, 于长明. n-型多孔Si/TiO₂纳米线异质结构的制备及光电化学性能[J]. 高等学校化学学报, 2015, 36(12): 2485.
[13]	王威, 何皎洁, 崔福义, 王策. Ag₂O/TiO₂纳米线异质结的制备及可见光催化性能[J]. 高等学校化学学报, 2015, 36(7): 1367.
[14]	李卫兵, 冯昌, 岳继光, 华方霞, 补钰煜. TiO₂分级结构/Ag₃PO₄复合材料的可见光催化性能[J]. 高等学校化学学报, 2015, 36(6): 1194.
[15]	李旭, 蒋建宏, 韩布兴, 谷惠文, 谢兆凤, 陈兰, 肖圣雄, 李传华, 李爱桃, 李霞, 姚飞虹, 王群, 李强国. 邻香草醛缩组氨酸Schiff碱及其镧配合物的合成与生物活性[J]. 高等学校化学学报, 2015, 36(5): 856.

多重短程有序准化学模型: 有序原子对的对立与统一

Modified Quasichemical Model for Manifold Short-range Orders in Binary Solutions： Unity of Opposites for the Ordered Pairs

RichHTML

PDF (PC)

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

图/表 9

参考文献 21

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价