1.5.14: Potenciales Químicos; Soluto; Escala de Concentración

Tanto las molalidades como las fracciones molares se basan en las masas de disolvente y soluto en una solución. Por lo tanto, ni la molalidad\(\mathrm{m}_{j}\) ni\(\mathrm{x}_{j}\) la fracción molar de un soluto que no reacciona dependen de la temperatura y la presión. De hecho, cuando diferenciamos las ecuaciones para\(\mu_{j}(\mathrm{aq} ; \mathrm{T})\) con respecto a la presión aprovechamos el hecho de que\(\mathrm{m}_{j}\) y\(\mathrm{x}_{j}\) no dependemos de la presión. Además, las molalidades y las fracciones molares son precisas; no hay ambigüedad en cuanto a la cantidad de disolvente y soluto en la solución.

Sin embargo, cuando describimos el significado y significado del coeficiente de actividad\(\gamma_{j}\) y el significado del término 'dilución infinita' nos referimos a la distancia entre las moléculas de soluto. De hecho, al revisar las propiedades de las soluciones, los químicos suelen estar más interesados en la distancia entre las moléculas de soluto que en sus masas. [¡Lo mismo puede decirse del interés mostrado por los humanos en el comportamiento de otros seres humanos!] Por lo tanto, los químicos suelen utilizar concentraciones para expresar la composición de las soluciones.

La concentración de soluto\(\mathrm{c}_{j}\) describe la cantidad de sustancia química\(j\) en un volumen dado de solución;\(\mathrm{c}_{\mathrm{j}}=\mathrm{n}_{\mathrm{j}} / \mathrm{V}\). El método común para expresar\(\mathrm{c}_{j}\) utiliza la unidad '\(\mathrm{mol} \mathrm{dm}\)' [1,2]. Por definición [a temperatura\(\mathrm{T}\) y presión\(p\left(\cong p^{0}\right)\)]

\[\mu_{\mathrm{j}}(\mathrm{aq})=\mu_{\mathrm{j}}^{0}(\mathrm{aq} ; \mathrm{c}-\mathrm{scale})+\mathrm{R} \, \mathrm{T} \, \ln \left(\mathrm{c}_{\mathrm{j}} \, \mathrm{y}_{\mathrm{j}} / \mathrm{c}_{\mathrm{r}}\right)\]

\(\mathrm{c}_{\mathrm{r}}\)es la concentración de referencia,\(1 \mathrm{~mol dm}^{-3}\);\(\mathrm{c}_{j}\) se expresa usando la misma unidad;\(\mathrm{y}_{j}\) es el coeficiente de actividad para el soluto\(j\) en la escala de concentración.

\[\text { By definition, } \quad \lim \operatorname{it}\left(c_{j} \rightarrow 0\right) y_{j}=1 \quad \text { (at all } T \text { and } p \text { ) }\]

\(\mu_{\mathrm{j}}^{0}(\mathrm{aq} ; \mathrm{c}-\text { scale })\)es el potencial químico del soluto\(j\) en una solución\(\left(\mathrm{y}_{\mathrm{j}}=1.0\right)\) acuosa ideal (a la misma\(\mathrm{T}\) y\(\mathrm{p}\)) donde la concentración de soluto\(\mathrm{c}_{\mathrm{j}}=1.0 \mathrm{~mol} \mathrm{dm}^{-3}\)

Notas al pie

[1] Usando las unidades SI base, la concentración viene dada por la relación\(\left(n_{j} / V\right)\) donde\(\mathrm{V}\) se expresa usando la unidad\(\mathrm{m}^{3}\);\(\mathrm{n}_{j}\) es la cantidad de sustancia química\(j\), siendo la unidad el mol. Sin embargo en el presente contexto, la práctica general utiliza la concentración de referencia\(1 \mathrm{~mol dm}^{-3}\);\(\mathrm{c}_{j}\) se expresa usando la unidad,\(\mathrm{mol dm}^{-3}\). Esta práctica surge del hecho de que para soluciones acuosas diluidas a ambiente\(\mathrm{T}\) y\(\mathrm{p}\), concentración unitaria de soluto,\(1 \mathrm{~mol dm}^{-3}\) es casi exactamente la molalidad unitaria,\(1 \mathrm{~mol kg}^{-1}\).

[2] Para comentarios sobre estados estándar ver E. M. Arnett y D. R. McKelvey, en Interacciones Solute-Solvente, ed. J. F. Coetzee, M. Dekker, Nueva York, 1969, capítulo 6.