The Pitzer model applied to aqueous GaCl3 solutions with evaluation of regression methods

Abstract

Dit proefschrift doet verslag van een reeks experimentele bepalingen van eigenschappen van GaCl3 oplossingen, en van de verwerking van deze gegevens in een algemeen model voor thermodynamische eigenschappen van waterige oplossingen. Het gekozen model is het Pitzer model van specifieke interactie. Dit model is gebaseerd op de Debye-Hiickel theorie, die het specifieke gedrag van electrolieten (o.a. wat betreft oplosbaarheid en activiteit als functie van de concentratie) verklaart als gevolg van de op afstand werkende electrostatische krachten tussen de ionen in oplossing. Met inachtneming van het volume dat door de ionen wordt ingenomen kan het Debye-Hiickel model het gedrag van oplossingen tot een concentratie van ongeveer 0.1 mol kg'l accuraat weergeven. Bij hogere concentraties wordt de onderlinge afstand tussen de ionen kleiner en worden additionele korte-afstandseffecten belangrijk. Deze effecten op korte afstand worden in het Pitzer model (en soortgelijke modellen) beschreven als specifieke interacties tussen ionen van bepaald type, met behulp van een aantal interactie-parameters. (Een andere manier om de korte-afstandseffecten te beschrijven is met behulp van evenwichtsconstantes voor ionassociatie- of complexatie-reacties.) Bij de ontwikkeling van zijn model is Pitzer uitgegaan van zowel een theoretische basis als een kwalitatieve overeenstemming met experimentele waarneming. Daarnaast was zijn oogmerk om het model met relatief eenvoudige formules te beschrijven. Het Pitzer model is op het ogenblik het meest gebruikte model voor geconcentreerde oplossingen in de geochemie. De Pitzer interactie-parameters moeten empirisch bepaald worden; zij zorgen voor de kwantitatieve overeenstemming tussen model en werkelijkheid. Het model voorspelt echter dat deze parameters universele geldigheid hebben, en daarmee dus een zekere fysische betekenis. Het afleiden van deze Pitzer parameters en een onderlinge vergelijking ervan tussen verschillende electrolieten zou daarmee inzicht kunnen geven in hun fysisch-chemische betekenis. Gallium-chloride is gekozen als onderwerp van deze studie omdat het in het bovengeschetste kader een belangrijke aanvulling zou kunnen geven voor wat betreft de driewaardige kationen. Het in mime mate optreden van hydrolyse bij lage GaCl3-concentraties, en de mogelijkheid van chloride-complexatie bij hoge concentraties waren enerzijds complicerende factoren die het afleiden van Pitzer parameters konden bemoeilijken. Anderzijds zou door een juiste aanpak van deze factoren een beter inzicht in het gedrag van het Pitzer model oncter dergelijke omstandigheden verkregen kunnen worden. Daarnaast is kennis van het gedrag van gallium-chloride in oplossingen potentieel van belang voor de geochemie en de hydrometallurgie