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💰 Activity Coefficient 計算機

專業免費的 Activity Coefficient 計算機。純前端本機毫秒級計算、零資料上傳、極致隱私保護。提供詳細公式推導、實例示範與常見問答。

即時推算結果 (Computed Output)
0.6257 無因次(無單位)
專業公認計算模型,即時運算完畢
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什麼是活度係數?

活度係數(γ)用來修正離子在溶液中的有效濃度,反映出離子之間因靜電交互作用而產生的非理想行為。在理想的稀溶液中,γ 會趨近於 1;但隨著離子強度上升,離子間的吸引與排斥力會使表觀活度下降。本計算器採用德拜–休克爾極限定律(Debye–Hückel limiting law),適用於 25 °C 下極稀的水溶液(一般為 I < 0.01 mol/L)。

使用方式

輸入離子的電荷數 z(例如 Na⁺ 為 +1、SO₄²⁻ 為 −2;由於計算時會取平方,正負號不影響結果),以及溶液的離子強度 I(單位 mol/L)。本工具會回傳 \log_{10}(\gamma) 與活度係數 \gamma。

公式說明

極限定律的公式為

\log_{10}(\gamma) = -0.509 z^2 √(I)
常數 0.509 (mol/L)^{-1/2} 適用於 25 °C 的水。由於電荷數會取平方,因此多價離子偏離理想行為的程度,遠比一價離子來得明顯。離子強度的定義為 I = \tfrac{1}{2} \sum (c_i · z_i^2),即對溶液中所有離子求和。

範例試算

以一個二價離子(z = 2)在 I = 0.01 mol/L 的溶液中為例:

\log_{10}(\gamma) = -0.509 · (2^2) · √(0.01) = -0.509 · 4 · 0.1 = -0.2036
接著 \gamma = 10^{-0.2036} ≈ 0.6256。也就是說,有效活度約為標稱濃度的 63%。

德拜-휘克爾極限律中使用的常數

德拜-휘克爾極限律將單離子活度係數表示為

\log_{10}\gamma = -A z^{2}√(I)

其中 z 是離子電荷數,I 是離子強度(單位:mol/L),A 是德拜-휘克爾常數。對於 25 °C 時的水溶液,標準值為

A = 0.509\ (mol/L)^{-1/2}

常數 A 並非通用的——它取決於絕對溫度 T 和溶劑的介電常數(相對介電率)\varepsilon_r,大致按 A \propto (\varepsilon_r T)^{-3/2} 縮放。由於水的介電常數隨溫度升高而降低,A 隨溫度升高而增大,如下所示。

溫度 水中的 A(mol/L)^{-1/2}
0 °C ≈ 0.492
25 °C 0.509
50 °C ≈ 0.534

單位說明: 由於 I 的單位為 mol/L,乘積 A√(I) 是無量綱的,A 的單位為 (mol/L)^{-1/2}。活度係數 \gamma 本身是無量綱的。

計算示例: 對於一個二價離子(z = 2),在 25 °C 時水中的離子強度為 I = 0.001 mol/L,\log_{10}\gamma = -0.509 × 2^{2} × √(0.001) = -0.0644,得 \gamma = 10^{-0.0644} =0.862。

溶劑依賴性: 在介電常數低於水的溶劑中(例如甲醇,\varepsilon_r ≈ 33),A 明顯更大,因此離子-離子相互作用和偏離理想性變得更加明顯。因此,0.509 這個值應該只用於室溫附近的稀水溶液。

使用注意事項與精準校對原則(6 大核心守則)

📐 1. 嚴格對齊輸入量綱與單位

輸入各項數值時請務必確認量綱(例如小時、天數、金額、百分比),避免單位不匹配引發推算偏差。

🔒 2. 純前端本機毫秒級隱私保障

所有計算邏輯 100% 在您的終端瀏覽器內完成,資料絕不上傳伺服器,嚴格守護商業與個人隱私。

📊 3. 符合公認學術與產業計算模型

演算法嚴格遵循國際通用數學公式與標準計算模型,經多重情境交叉核對,數值嚴密精確。

📋 4. 一鍵複製與免登入 PDF 匯出

支援一鍵複製推算結果字串至剪貼簿,亦可直接點擊列印按鈕輸出純淨 PDF 工作報表。

🔄 5. 多情景敏感度動態對比

建議針對極端值與多組預期情景分別試算,觀察輸出數據的波動區間,輔助做出更穩健的決策。

🛡️ 6. 專業諮詢與日常參考免責聲明

本工具運算結果供日常排程、學業研習與事前參考之用,如涉及重大法規或投資決策請諮詢持證專家。

常見問題 (FAQ)

極限定律在什麼情況下才準確?
僅適用於低離子強度(大約 \(I < 0.01\) mol/L)。若濃度更高,請改用擴展德拜–休克爾方程式(extended Debye–Hückel)或戴維斯方程式(Davies equation)。
z 的正負號會影響結果嗎?
不會。因為 \(z\) 會取平方,所以 +2 與 −2 算出的結果完全相同。
為什麼 γ 會小於 1?
周圍的反離子會對每個離子產生遮蔽效應,使其有效(熱力學)濃度低於實際的莫耳濃度。