氧逸度 oxygen fugacity

avatar 2019-05-1219:01:51 评论 220

什么是氧逸度


氧逸度指氧气(O2)在一个体系中的有效分压。在物理化学中其用于表征一个体系中分子逃逸的趋势或能力。既然是分压,那么氧逸度就是一种压力,它的常用单位(地质)也就是压力单位bar、kbar、MPa或大气中的atm等。 但是在地质领域的

文献中,氧逸度一般不直接用压力的形式表示,因为在很多情况下氧的分压实际是一个很小的数,比如fo2=1×10-10×1atm,为方便比较和突出变化,常用氧逸度的对数logfo2来代表氧逸度,比如前面这个氧逸度就是log fo2 =log(1×10-10)=-10。

 

ffugacity)的含义


这里涉及到理想气体,若果是理想气体状态,那么氧气的分压PO2即是氧逸度。但是在自然界中,理想状态显然是几乎不能达到的,因此对于非理性气体状态下的氧气,其分压便用逸度f来表示,fO2等于一个逸度系数γ乘以氧气的分压:

fO2= γPO2

γ= fO2/PO2

这便是γ的定义,它在这里表征氧气偏离理想气体的程度,它是TP及摩尔分数的函数。

 

氧缓冲剂/线(oxygen buffer


举个例子,比如高速公路有最低限速(80km/h)和最高(120km/h)限速两个限制,因此在汽车的速度触及这两个速度时,它要么提速(80km/h),要么降速(120km/h)。因此在这里限速牌就是缓冲剂,它维持了公路上汽车的速度。

 

氧缓冲剂,顾名思义,具有缓冲氧气的作用,可以这样理解,一个体系中氧缓冲剂的存在使得该体系中的氧气既不会骤然升高,也不会突然降低。在地质体系中,氧缓冲剂的实体是一些矿物组合,其中,最常见的一对组合是磁铁矿-赤铁矿组合,它们与氧气组合成的化学反应便是氧缓冲剂:

4Fe3O4+O2=6Fe2O3

                                                      磁铁矿          赤铁矿

假想一个盒子,盒子里同时存在磁铁矿、赤铁矿和氧气三种物质,即一个简短的Fe3O4-O2-Fe2O3体系,或者更简化的Fe-O体系。三者通过反应达到平衡,那么这时候氧气在盒子空间中的分压是恒定不变的。这时如果发生两种变化:

  1. 向盒子中充填一定的氧气,那么盒子中原有的体系为了维持平衡,上述反应就会向右进行,消耗氧气,生成赤铁矿,体系再次达到平衡。
  2. 从盒子中抽离一定量的氧气,那么盒子中原有的体系为了维持平衡,上述反应就会向左进行,消耗赤铁矿,生成氧气和磁铁矿,体系再次达到平衡。

上述举例说明,氧缓冲剂的存在能够一定程度上保持体系中的氧逸度维持不变。

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参考文献


周珣若. 氧逸度的估算及其在岩矿方面的应用[J]. 地质与勘探, 1981(11):40-48.

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