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LibreTexts Español

1.11.2: Ecuación de Gibbs-Duhem- Soluciones salinas- Coeficientes osmóticos y de actividad

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    Consideramos una solución acuosa preparada usando\(1 \mathrm{~kg}\) solvente, agua, a temperatura\(\mathrm{T}\) y presión\(\mathrm{p}\) (\(\cong p^{0}\)). Para una solución salina acuosa, el potencial químico\(\mu_{j}(\mathrm{aq})\) para la sal\(j\) a la molalidad\(\mathrm{m}_{j}\) viene dado por la ecuación (a) donde\(\gamma_{\pm}\) está el coeficiente medio de actividad iónica de la sal.

    \[\mu_{\mathrm{j}}(\mathrm{aq})=\mu_{\mathrm{j}}^{0}(\mathrm{aq})+\mathrm{v} \, \mathrm{R} \, \mathrm{T} \, \ln \left(\mathrm{Q} \, \mathrm{m}_{\mathrm{j}} \, \gamma_{\pm} / \mathrm{m}^{0}\right)\]

    Por definición, en absoluto\(\mathrm{T}\) y\(\mathrm{p}\),

    \[\operatorname{limit}\left(\mathrm{m}_{\mathrm{j}} \rightarrow 0\right) \gamma_{\pm}=1\]

    Para el solvente, agua,

    \[\mu_{1}(\mathrm{aq})=\mu_{1}^{\star}(\ell)-\mathrm{v} \, \mathrm{R} \, \mathrm{T} \, \phi \, \mathrm{M}_{1} \, \mathrm{m}_{\mathrm{j}}\]

    Por definición, en absoluto\(\mathrm{T}\) y\(\mathrm{p}\),

    \[\operatorname{limit}\left(\mathrm{m}_{\mathrm{j}} \rightarrow 0\right) \phi=1.0\]

    Potenciales químicos\(\mu_{j}(\mathrm{aq})\) y\(\mu_{1}(\mathrm{aq})\) están vinculados por la ecuación de Gibbs-Duhem. Esto,

    \[\left(1 / M_{1}\right) \, d \mu_{1}(a q)+v \, m_{j} \, d \mu_{j}(a q)=0\]

    \ [\ begin {alineado}
    &\ left (1/\ mathrm {M} _ {1}\ derecha)\,\ mathrm {d}\ izquierda [\ mu_ {1} ^ {*} (\ ell) -\ mathrm {v}\,\ mathrm {R}\,\ mathrm {T}\,\ phi\,\ mathrm {M} _ {1}\,\ mathrm rm {m} _ {\ mathrm {j}}\ derecha]\\
    &\ quad+\ mathrm {v}\,\ mathrm {m} _ {\ mathrm {j}}\,\ mathrm {d}\ izquierda [\ mu_ {\ mathrm {j}} ^ {0} (\ mathrm {aq}) +\ mathrm {v}\,\ mathrm {R}\,\ mathrm {T}\,\ ln\ left (\ mathrm {Q}\,\ mathrm {m} _ {\ mathrm {j}}\,\ gamma_ {\ pm}/\ mathrm {m} ^ {0}\ derecha] =0\ derecha.
    \ end {alineado}\]

    \ [\ comenzar {alineado}
    &-v\, R\, T\, d\ izquierda [\ phi\, m_ {j}\ derecha]\\
    &+v\, m_ {j}\, v\, R\, T\, d\ izquierda [\ ln (Q) +\ ln\ izquierda (m_ {j}\ derecha) +\ ln\ izquierda (\ gamma_ {\ pm}\ derecha) -\ ln\ izquierda (m^ {0}\ derecha)\ derecha] =0
    \ final {alineado}\]

    \[-\mathrm{d}\left[\phi \, \mathrm{m}_{\mathrm{j}}\right]+\mathrm{v} \, \mathrm{m}_{\mathrm{j}} \,\left\{\mathrm{d} \ln \left(\mathrm{m}_{\mathrm{j}}\right)+\mathrm{d} \ln \left(\gamma_{\pm}\right)\right\}=0\]

    \[-\phi \, d m_{j}-m_{j} \, d \phi+v \, m_{j} \, d \ln \left(m_{j}\right)+v \, m_{j} \, d \ln \left(\gamma_{\pm}\right)=0\]

    Entonces,

    \[-\phi \, d m_{j}-m_{j} \, d \phi+v \, d m_{j}+v \, m_{j} \, d \ln \left(\gamma_{\pm}\right)=0\]

    \[v \, m_{j} \, d \ln \left(\gamma_{\pm}\right)=\phi \, d m_{j}-v \, d m_{j}+m_{j} \, d \phi\]

    O,

    \[\mathrm{d} \ln \left(\gamma_{\pm}\right)=(\phi-v) \, \frac{\mathrm{dm}_{\mathrm{j}}}{\mathrm{v} \, \mathrm{m}_{\mathrm{j}}} + \frac{\mathrm{d} \phi}{\mathrm{v}}\]

    Para un soluto donde un mol de soluto puro forma un mol de soluto en solución,

    \[\mathrm{d} \ln \left(\gamma\right)=(\phi-1) \, \frac{\mathrm{dm}_{\mathrm{j}}}{\mathrm{m}_{\mathrm{j}}} + \mathrm{d} \phi\]

    Entonces,

    \[\ln (\gamma)=(\phi-1) \,+\int_{0}^{\mathrm{m}(\mathrm{j})}(\phi-1) \, \mathrm{d} \ln \left(\mathrm{m}_{\mathrm{j}}\right)\]