1.1.11: Coeficientes de actividad

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Page ID: 79840

Michael J Blandamer & Joao Carlos R Reis
University of Leicester & Faculdade de Ciencias

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En las descripciones de las propiedades de los componentes de mezclas líquidas, se dan los símbolos a los coeficientes de actividad racional\(\mathrm{f}_{1}, \mathrm{f}_{2}, \mathrm{f}_{3} \ldots\). Con referencia a los solventes sus propiedades termodinámicas son descritas por coeficientes de actividad racional\(\mathrm{f}_{1}, \mathrm{f}_{2}, \mathrm{f}_{3} \ldots\) y coeficiente osmótico (práctico),\(\phi\). Las propiedades de los solutos en soluciones se describen utilizando coeficientes de actividad que están vinculados a las descripciones de la composición de las soluciones: escala de molalidad, escala de concentración\(\gamma_{j}\)\(\gamma_{j}\); escala de fracción molar\(\mathrm{f}_{\mathrm{j}}^{*}\).

Estos coeficientes están íntimamente relacionados con el concepto de actividad. Su significación se aclara mediante ecuaciones que relacionan potenciales químicos con la composición de un sistema dado; p.

componentes en mezclas líquidas,
solventes en soluciones y
solutos en soluciones.

En todos los casos se resume hasta qué punto las propiedades termodinámicas de las mezclas y soluciones líquidas no son ideales. El reto para los químicos es entender en términos de propiedades moleculares por qué las propiedades termodinámicas de los sistemas reales no son ideales. Hay que admitir que los coeficientes de actividad tienen una 'mala prensa' en lo que respecta a la mayoría de los químicos. Con demasiada frecuencia se ignora su importancia. Pero '¡aprende a amar los coeficientes de actividad! Quizás la importancia de los coeficientes de actividad se pueda entender en los siguientes términos.

El potencial químico de la urea como soluto en soluciones acuosas,\(\mu_{j}(\mathrm{aq})\) a temperatura\(\mathrm{T}\) y presión\(p\) (\(\approx\)la presión estándar\(p^{0}\)) se relaciona con la molalidad de la urea\(\mathrm{m}_{j}\) usando la ecuación (a).

\ [\ begin {alineado}
&\ mu_ {\ mathrm {j}} (\ mathrm {aq};\ mathrm {T},\ mathrm {p}) =\\
&\ mu_ {\ mathrm {j}} ^ {0}\ left (\ mathrm {aq};\ mathrm {T},\ mathrm {p},\ mathrm {m} _ {\ mathrm {\ mathrm {m} _ {\ mathrm rm {j}} =1\ mathrm {~mol}\ mathrm {~kg}\ mathrm {~kg} ^ {-1}\ derecha) +\ mathrm {R}\,\ mathrm {T}\,\ ln\ izquierda (\ mathrm {m} _ {\ mathrm {j}}/\ mathrm {m} ^ {0}\ derecha) +\ mathrm {R}\,\ mathrm {T}\,\ ln\ izquierda (\ gamma_ {\ mathrm {j}}\ derecha)
\ final {alineado}\]

El término\(\mu_{\mathrm{j}}^{0}\left(\mathrm{aq} ; \mathrm{T}, \mathrm{p}, \mathrm{m}_{\mathrm{j}}=1 \mathrm{~mol} \mathrm{\textrm {kg } ^ { - 1 } )}\right.\) describe el potencial químico del soluto, urea en una solución acuosa que tiene molalidad unitaria donde no hay interacciones urea - urea (es decir soluto — soluto). Cada molécula de urea en estos términos desconoce la presencia de otras moléculas de urea en la solución acuosa. En una solución que tiene propiedades termodinámicas ideales\(\mu_{j}(\mathrm{aq} ; \mathrm{T}, \mathrm{p} ; \mathrm{id})\) depende de la molalidad del soluto mj. Así, la presión osmótica de esta solución es una función de la molalidad de la urea. Para tal solución ideal no existen interacciones urea-urea aunque existen importantes interacciones urea-agua, la hidratación de la urea. Pero en una solución real también hay interacciones soluto-soluto. Cada molécula de soluto 'sabe' que hay otras moléculas de soluto en la solución. En efecto, la medida en que\(\mu_{j}(\mathrm{aq} ; \mathrm{T}, \mathrm{p})\) difiere\(\mu_{j}(\mathrm{aq} ; \mathrm{T}, \mathrm{p} ; \mathrm{id})\) es una función de la molalidad del soluto,\(\mathrm{m}_{j}\).