Dielectric constant of ionic solutions: Combined effects of correlations and excluded volume

电介质 体积分数 化学 离子键合 离子 溶剂 体积热力学 热力学 离子强度 分析化学(期刊) 材料科学 物理化学 水溶液 有机化学 物理 光电子学
作者
R Adar,Tomer Markovich,A. Levy,Henri Orland,David Andelman
出处
期刊:Journal of Chemical Physics [American Institute of Physics]
卷期号:149 (5) 被引量:55
标识
DOI:10.1063/1.5042235
摘要

The dielectric constant of ionic solutions is known to reduce with increasing ionic concentrations. However, the origin of this effect has not been thoroughly explored. In this paper we study two such possible sources: long-range Coulombic correlations and solvent excluded volume. Correlations originate from fluctuations of the electrostatic potential beyond the mean-field Poisson-Boltzmann theory, evaluated by employing a field-theoretical loop expansion of the free energy. The solvent excluded-volume, on the other hand, stems from the finite ion size, accounted for via a lattice-gas model. We show that both correlations and excluded volume are required in order to capture the important features of the dielectric behavior. For highly polar solvents, such as water, the dielectric constant is given by the product of the solvent volume fraction and a concentration-dependent susceptibility per volume fraction. The available solvent volume decreases as function of ionic strength due the increasing volume fraction of ions. A similar decrease occurs for the susceptibility due to correlations between the ions and solvent, reducing the dielectric response even further. Our predictions for the dielectric constant fit well with experiments for a wide range of concentrations for different salts in different temperatures, using a single fit parameter related to the ion size.

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
刚刚
研友_n01QxZ完成签到,获得积分20
刚刚
丰富沛岚发布了新的文献求助10
刚刚
Lucas的应助被酷炫的项链采纳,获得10
1秒前
123发布了新的文献求助10
2秒前
liuqc发布了新的文献求助10
2秒前
思源的应助被学术丁真采纳,获得10
3秒前
方向盘关注了科研通微信公众号
3秒前
热塑性哈士奇完成签到,获得积分10
4秒前
4秒前
麟语桐完成签到 ,获得积分10
4秒前
无限的寒珊完成签到,获得积分10
4秒前
xedXED发布了新的文献求助10
5秒前
ZHANGLI关注了科研通微信公众号
5秒前
6秒前
蓝天的应助被linman采纳,获得10
7秒前
7秒前
7秒前
8秒前
茄子鱼完成签到,获得积分10
8秒前
Mint完成签到 ,获得积分10
8秒前
Orange的应助被Nathaniel采纳,获得10
9秒前
9秒前
9秒前
10秒前
10秒前
11秒前
研友_n01QxZ发布了新的文献求助10
11秒前
希望天下0贩的0的应助被yzy采纳,获得10
11秒前
九儿完成签到 ,获得积分10
11秒前
11秒前
斯文败类的应助被青青草原采纳,获得10
12秒前
仁爱发卡发布了新的文献求助20
12秒前
12秒前
沧源发布了新的文献求助10
12秒前
气相色谱分析完成签到,获得积分10
12秒前
ememem发布了新的文献求助10
12秒前
12秒前
天成完成签到 ,获得积分10
12秒前
搜集达人的应助被萝卜特二采纳,获得10
12秒前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
Energie-Contracting 1500
Représentation chimique de la structure des kérogènes et des asphaltènes en fonction de leur origine et de leur degré d'évolution 1000
Klimaschutzrecht durch den Energiesektor im Mehrebenensystem – Ein Rechtsvergleich 1000
Oncology Clinical Trials: Successful Design, Conduct, and Analysis, Second Edition 800
Ecotourism 400
Genera Orchidacearum Volume 4: Epidendroideae 300
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 纳米技术 计算机科学 工程类 有机化学 化学工程 生物化学 物理 复合材料 内科学 催化作用 光电子学 人工智能 细胞生物学 无机化学 物理化学 数学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 8064342
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 9487285
关于积分的说明 21341523
捐赠科研通 7632325
什么是DOI,文献DOI怎么找? 3397236
关于科研通互助平台的介绍 2527359
邀请新用户注册赠送积分活动 2435039