عنوان پایان‌نامه
مطالعه خواص میان لایه ای سیالات ناهمگن(مایعات یونی) براساس نظریه تابعی چگالی و معادله حالت SAFT-VR
- رشته تحصیلی
- شیمی فیزیک
- مقطع تحصیلی
- دکتری تخصصی PhD
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس علوم شماره ثبت: 6454;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 78980;کتابخانه پردیس علوم شماره ثبت: 6454;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 78980
- تاریخ دفاع
- ۲۰ بهمن ۱۳۹۵
- دانشجو
- احسان فرامرزی
- استاد راهنما
- علی مقاری
- چکیده
- در این کار پژوهشی برای بررسی ساختار و رفتار سیال ناهمگن شامل مایعات یونی از نظریه تابعی چگالی کلاسیکی در ترکیب با معادله حالت SAFT استفاده شده است. نظریه تابعی چگالی یکی از رویکرد های مهم در ترمودینامیک آماری سیالات ناهمگن محسوب می شود که در آن انرژی آزاد به صورت یک تابعی از چگالی موضعی بیان می شود. مساله اساسی در این نظریه ارائه تابعی انرژی آزاد برای سیال است که در آن برهم کنش های مختلف بین ذرات تشکیل دهنده سیال در نظر گرفته شده باشد. معادله حالت SAFT که بر اساس اصول مکانیک آماری به خوبی سهم انواع بر هم کنش های درون مولکولی و بین مولکولی را محاسبه می کند، انتخاب مناسبی برای ساخت یک تابعی انرژی آزاد محسوب می شود. در فصل اول مبانی نظریه تابعی چگالی توضیح داده خواهد شد. در فصل دوم از معادله حالت SAFT-VR با دو روش متفاوت برای مدل سازی مایعات یونی استفاده خواهد شد. در روش اول مایع یونی به صورت یک زوج-یون در نظر گرفته می شود که برهم کنش های دو قطبی- دو قطبی بین آنها وجود دارد. این مدل برای 26 مایع یونی ارائه شده است. در روش دوم که آن را SAFT-VR یونی می نامیم، آنیون و کاتیون سازنده مایع یونی تفکیک شده از هم هستند که بین آنها برهم کنش های کولنی وجود دارد. نتایج حاصل از هر دو معادله حالت تطابق بسیار خوبی با داده های تجربی دارد و خطای میانگین 0/14 درصد برای چگالی به دست آمده است. در فصل سوم، از مدل اول در ترکیب با نظریه گرادیان چگالی برای توصیف لایه میان فازی مایع- بخار استفاده می شود. کشش سطحی تعداد زیادی مایع یونی با به کارگیری این مدل محاسبه شده است و صحت مقادیر به دست آمده بسیار رضایت بخش است. در فصل چهارم از نظریه تابعی چگالی در ترکیب با معادله حالت SAFT-VR یونی برای بررسی ساختار و رفتار مایع یونی ناهمگن در مجاورت یک دیواره باردار (الکترود) استفاده می شود. در این سیستم ناهمگن که دولایه الکتریکی نام دارد به علت حضور نیروهای برد بلند الکترواستاتیک و همچنین بالا بودن درجه ناهمگنی، روش های غیر موضعی همچون نظریه مقادیر بنیادی برای ساخت تابعی انرژی آزاد به کار گرفته شده است. در این فصل به طور ویژه نقش برهم کنش های جاذبه پراکندگی در نحوه توزیع یون ها در مجاورت الکترود و بروز برخی رفتار های خاص دولایه الکتریکی شامل مایعات یونی بررسی شده است.
- Abstract
- Classical density functional theory has been combined with SAFT equation of state to describe inhomogeneous ionic liquids. Within the statistical thermodynamics of the inhomogeneous fluids, density functional theory is an important approach in which the free energy is treated as a functional of the local density. Central problem in this theory is to find an appropriate free energy functional due to the different interactions between fluid particles. SAFT approach in which different types of interactions are taken into account using principles of statistical mechanics, is a proper choice to construct the free energy functional. The first chapter provide an introduction to the foundations of density functional theory. In next chapter within the framework of SAFT-VR equation of state, ionic liquids are modeled in two different ways: First, ionic liquid is treated as an ion-pair and dipole-dipole interactions are accounted for the model. This model has been used to provide an accurate thermophysical properties for 26 ionic liquids. Secondly, we consider ionic liquids as fully dissociated anions and cations and construct an ionic based SAFT-VR in which long-range Columbic ion-ion interactions are included. The results obtained by both models are in excellent agreement with the experimental data. The overall absolute average relative deviation between the calculated and experimental liquid densities is 0/14% over a wide range of temperature and pressure. The first model is combined with density gradient theory to describe liquid-vapor interface and calculate surface tension of ionic liquids. In the fourth chapter structure and behavior of an inhomogeneous ionic liquid near a charged surface (electrode) is studied using density functional theory combined with the ionic SAFT-VR equation of state. Due to its long-range electrostatic forces and high inhomogeneity, this system (the so-called electric double layer) are studied using non local approaches such as fundamental measure theory to construct free energy functional. Especially in this chapter, we shows the effect of dispersion interactions on distribution of the ions in the vicinity of electrode and behavior of the electric double layer of the ionic liquid.
