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Cs+和Rb+作为典型的稀散元素,水合结构实验研究相对较少而其硫酸盐水溶液结构研究非常有限。径向分布函数包含了大量短程有序结构信息,是研究溶液中离子水合结构的重要途径。
本工作采用快速液体X射线超能探测器衍射仪和同步辐射先进光源X射线散射法,测定了硫酸铯和硫酸铷溶液结构。通过对散射数据的处理,获得了两种溶液体系的径向分布函数。采用多峰拟合中的Gaussian法对径向分布函数中金属离子第一水合层附近的叠加峰进行了处理,多峰拟合结果与实验结果吻合得很好,对溶液结构解析起到了很好的指导作用。
径向分布函数模型计算结果表明,硫酸铯溶液中Cs+离子主要以八水合结构为主,浓度较高时水合数为6。Cs+离子与SO42-离子极易形成接触离子对。25℃、50℃测定盐水摩尔比分别为1:15(溶液E)、1:90(溶液D)的Cs2SO4溶液中都存在着单齿和双齿配位的CsSO4-接触离子对。这表明高温、高浓度都有利于形成接触离子对。同步辐射散射法25℃时测定的两个硫酸铷溶液中存在着RbSO4-单齿配位接触离子对。浓度低的溶液Rb+配位数为8,浓度较高时配位数为6。由于两种金属离子第二水合层都处在径向分布函数中长程相互作用区,本工作未能确定cs+和Rb+第二水合层结构信息。SO42--H2O水合数在Cs2SO4溶液中低浓度为8,高浓度为12;同步辐射散射法测定的两个Rb2SO4溶液中SO42--H2O配位数均为10。而SO42-H2O间距在Cs2SO4溶液中要明显大于。Rb2SO4中。这表明溶液中阳离子种类会明显影响阴离子的水合情况。
采用经验公式1n(n/n0)=A·wt拟合了97种溶液的折射率A系数,并给出折射率计算偏差内A系数的适用浓度范围。