计算氢同位素水分子汽化焓的比较法

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1、第20卷第4期原子与分子物理学报Vol.20，(.4200)年*0月+,-./0/1234.56275829-+5.:926/+3654;,<0-+02=>.，200)文章编号：*000?0)@（4200)）04?0A)@?0A计算氢同位素水分子汽化焓的比较法*张莉*，朱正和*，钟正坤2，孙颖2，朱志艳*（*.四川大学原子分子工程所，成都@*00@A；2.中国工程物理研究院，绵阳@2*B00）摘要：本文首次提出计算氢同位素水分子汽化焓的比较法，得到0C)D4E时,22，:22，:82和822的汽化焓

2、，并提出用:2从含氚重水中分离出:8气的适宜温度。关键词：氢同位素水分子；比较法中图分类号：文献标识码：5*引言在重水生产，含氚废水处理和含氚重水分离氚等中均具有十分重要实际意义［*，2］。从学科来讲，颇为重要。含氘氚的水的获得，测定热力学性质，如平衡蒸汽压，文献数据比较少，还没有发现:82和822汽化焓的实测报导。所以，理论研究显得重要。但是，基于非相对论量子力学，对于,22，:22，:82和822的计算结果相同，特别对计算液态与固态，困难更大。质量效应是一种相对论效应［)］，所以，要用相对论量子

3、力学计算氢同位素水分子，才能呈现差别。本文提出一种计算氢同位素水分子汽化焓的比较法，得到:22，:82和822在0C)D4E的汽化焓，其值与文献［4］对比，是可以比较的。同时，本文还给出:从含氚重水中分离出:8气体的适宜温度，约240E左右。这个结果需要进一步实验证明。2计算汽化焓的氢同位素水分子比较法这种比较法包含以下近似假设：（*）氢同位素水分子，如,22，:22，:82和822等，其汽态和液态的电子熵与电子焓相同。（2）定义汽化焓因子为ΔHvf=（*）ΔHa式中，ΔHv为给定温度下同位素水分子

4、,22的实测汽化焓，而ΔHa为,22的理想汽化焓。这时，假设,22在液态时不存在平动，转动和振动运动，即HT，Hv和Hr，以及ST，Sv和Sr均为零，所以，理论计算的汽态S=ST+Sv+Sr就等汽化熵ΔSv，且ΔHa=TΔSv。这样，得到理想汽化焓ΔHa，从而得到给定温度下,22的汽化焓因子f。显然，f<*，因为，在液态时，实际上存在一定程度的平动，振动和转动运动。（)）在给定温度下，同位素水分子，如:22，:82和822的汽化焓因子f与,22的相同，从而可计算其ΔHv=fΔHa。根据上述比较法，应

5、用密度泛函方法B)PF@和基函数@-)**G**，用GHIJJKHLBFM程序，计算了在给*收稿日期：200)?0@?0A基金项目：中国工程物理研究院科学技术基金资助课题（200)0F@D和0),)DD）作者简介：张莉（*BD0N），女，硕士学位，讲师，从事原子分子工程学研究。第20卷第4期张莉等：计算氢同位素水分子汽化焓的比较法537定温度下，汽态H2O，D2O，DTO和T2O的总熵。实际上，是计算分子结构，应用统计热力学方法计算气体的热力学函数E，Cv和S等。一般讲，此种方法所计算的总熵S与文献

6、值符合较好。这样，得到ΔHa=TΔSv=TS（2）并用（1）式得到H2O的汽化焓因子f。设D2O，DTO和T2O的汽化焓因子f与H2O的相同，则可根据地同位素水分子的ΔHa计算值，得到其ΔHv。计算结果如表1所示。表1氢同位素水分子的汽化焓与温度关系ΔH（vH2O）Δ"aΔHvΔH（vD2O）H（vDTO）ΔH（vT2O）（t℃）f=（H2O）（cal/mol）=TS（H2O）ΔHa=ΔH（aD2O）f=ΔH（aDTO）f=ΔH（aT2O）f010760.95612123.6600.88759961

7、1309.3930911481.5373511648.590021010660.06712648.7570.842775911200.8263611370.9769811536.116142010557.37613176.6630.801217711090.7990311258.7417911421.986853010449.28013707.3790.762310610975.4994111141.1995911302.508834010359.20014240.9510.727423310879

8、.2671511043.0552711202.970795010251.10414777.1370.693713810764.2532710926.1116311084.158926010143.00815316.0320.6622477810649.3637710809.3237610965.532967010034.91215857.0800.632834810535.0397310692.9176510847.53812809926.81616401.1040.