[科普中國]-活度

活度，也叫衰變率，指樣品在單位時(shí)間內(nèi)衰變掉的原子數(shù)，即某物質(zhì)的“有效濃度”，或稱為物質(zhì)的“有效莫爾分率”。它是為使理想溶液（或極稀溶液）的熱力學(xué)公式適用于真實(shí)溶液，用來代替濃度的一種物理量。

概念發(fā)展活度的概念首先由劉易斯（G.N.Lewis）于1907年提出，迅速被應(yīng)用于電化學(xué)，以測(cè)定水溶液中電解質(zhì)的活度系數(shù)。30年代中期奇普曼（J.Chipman）將活度概念引用于冶金熔體，并提出金屬溶液中以1%濃度溶液為活度標(biāo)準(zhǔn)態(tài)，此建議迅速為冶金物理化學(xué)工作者所接受而推廣采用。瓦格納（C.Wagner）于1952年建議按麥克勞林（McLaurin）級(jí)數(shù)展開，奠定了冶金熔體中多組分活度系數(shù)計(jì)算的基礎(chǔ)。50～60年代二十年間活度及活度相互作用系數(shù)的測(cè)定研究工作非常活躍，主要采用化學(xué)平衡及溶解度法，已逐步發(fā)展自成體系，成為經(jīng)典的實(shí)驗(yàn)方法。60年代末期固體電解質(zhì)定氧電池開始作為測(cè)定黑色及有色金屬熔體中氧的活度及相互作用系數(shù)的良好手段。70年代，黑色冶金的金屬液及熔渣的活度數(shù)據(jù)已測(cè)出不少，但尚不完全。對(duì)有色金屬、特別對(duì)熔锍及熔鹽等的活度數(shù)據(jù)則待做的工作更多。

活度系數(shù)反映有效濃度和實(shí)際濃度的差異。1

定義活度（activity）也叫衰變率（decay rate），指樣品在單位時(shí)間內(nèi)衰變掉的原子數(shù)，即某物質(zhì)的“有效濃度”，或稱為物質(zhì)的“有效莫爾分率”。1

單位為貝克（Bq），1Bq=1次放射性衰變/s。

常用單位還有居里（Ci），1Ci=3.7X1010Bq。

計(jì)算公式如圖。

其中N（t）代表t 時(shí)刻的原子核數(shù)目，λ代表衰變常數(shù)，為使理想溶液（或極稀溶液）的熱力學(xué)公式適用于真實(shí)溶液，用來代替濃度的一種物理量。1

活度系數(shù)絕大多數(shù)的冶金反應(yīng)都有溶液（固溶體、冶金熔體及水溶液）參加，而這些溶液經(jīng)常都不是理想溶液。要進(jìn)行定量的熱力學(xué)計(jì)算和分析，溶液中各組分的濃度必須代以活度。活度是組分的有效濃度（或稱熱力學(xué)濃度）。組分的濃度必須用一系數(shù)校正，方能符合于若干物理化學(xué)定律（例如質(zhì)量作用定律、拉烏爾定律、亨利定律、分配定律等等），此校正系數(shù)稱為活度系數(shù)。2

作用活度不能解決冶金熔體的結(jié)構(gòu)問題。它能指出組分在真實(shí)溶液與理想溶液中熱力學(xué)作用上的偏差，但不能提供造成偏差的原因。由于高溫實(shí)驗(yàn)條件下測(cè)定活度數(shù)據(jù)的困難，長期以來不少學(xué)者提出組分相互間的結(jié)構(gòu)模型，借助于統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)進(jìn)行計(jì)算，企圖導(dǎo)出一系列公式以之對(duì)組分的活度系數(shù)進(jìn)行預(yù)測(cè)，這對(duì)某些二元合金取得了一定的成功，但這些半經(jīng)驗(yàn)公式只適用于某一特殊體系的物質(zhì)，或某一體系的特殊的濃度范圍，迄今尚未能找出適用于不同類型的普遍的合金體系的通用表達(dá)式。同樣地，對(duì)二元系爐渣也有較好的模型，但尚很不成熟，不足以適用于所有不同類型的二元系爐渣。對(duì)三元系或多元爐渣的應(yīng)用則更談不到了。

通過濃度坐標(biāo)的適當(dāng)轉(zhuǎn)換，對(duì)某些二元合金稀溶液的企圖得到活度參數(shù)與濃度參數(shù)線性關(guān)系的嘗試，也尚未獲圓滿的成功。

總之，活度應(yīng)用于冶金過程，使得冶金反應(yīng)能定量地進(jìn)行熱力學(xué)計(jì)算和分析，在闡明多種反應(yīng)能否選擇地進(jìn)行，在控制調(diào)整產(chǎn)物能否達(dá)到最大產(chǎn)率，在控制冶煉操作如何在最優(yōu)化條件下進(jìn)行等等方面，已經(jīng)起了并將繼續(xù)起到應(yīng)有的作用。冶金溶體（包括固溶體及水溶液）中組分活度的測(cè)定，利用活度探索熔體結(jié)構(gòu)，以及從設(shè)想的結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)組分的活度及其他熱力學(xué)性質(zhì)等，將仍是今后較長期的較重要的研究課題。1

相關(guān)計(jì)算由拉烏爾定律及亨利定律計(jì)算活度溶液是由兩種或兩種以上的物質(zhì)（稱為組分）組成的均一相。如果異種質(zhì)點(diǎn)（原子、分子或離子）間的作用力和同種質(zhì)點(diǎn)間的作用力相同，則此溶液稱為理想溶液，而服從拉烏爾定律，也即溶液中組分i的蒸氣壓pi與其以摩爾分?jǐn)?shù)表示的濃度Ni成正比，比例常數(shù)是純組分i的蒸氣壓。

在真實(shí)溶液絕大部分的濃度范圍內(nèi)，組分i既不服從拉烏爾定律，又不服從亨利定律。對(duì)組分i的活度可按拉烏爾定律計(jì)算，得到aR，其活度系數(shù)用γi表示，濃度用Ni表示；也可按亨利定律計(jì)算，得到aH，其活度系數(shù)根據(jù)冶金工作者的慣例用fi表示，濃度用xi（即百分?jǐn)?shù)）表示。

由于活度有不同標(biāo)準(zhǔn)態(tài)，所以計(jì)算出的標(biāo)準(zhǔn)溶解自由焓隨所用活度標(biāo)準(zhǔn)態(tài)的不同而有不同值。但無論用哪種活度標(biāo)準(zhǔn)態(tài)，對(duì)已定條件下的冶金反應(yīng)，算出的自由焓變量ΔG將永有同一值。1

活度在放射源中的應(yīng)用在人工制備放射源時(shí)，如果反應(yīng)堆中的中子注量率或加速器中帶電粒子束流強(qiáng)度是恒定的，則制備的人工放射性核素的產(chǎn)生率P是恒定的，而放射性核素同時(shí)又在衰變，因此它的數(shù)目變化率為dn（t）/dt=P-λN（t）。

對(duì)熱中子場(chǎng)的情況，產(chǎn)生率可表達(dá)為P=NtδoΦ，式中Nt為樣品中被用于制備放射源的靶核總數(shù)，而且認(rèn)為在輻照過程中保持恒定；δo為靶核的熱中子截面；Φ為熱中子的注量率。

這一情況相當(dāng)于兩代連續(xù)衰變時(shí)母核有恒定的衰變率Jo。根據(jù)長期平衡，人工放射性核素的衰變率（或活度）最終將達(dá)到Jo，而不可能超過Jo，其活度有一飽和值Jo。2

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

胡啟洲 - 副教授 - 南京理工大學(xué)