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En
termodinámica química, la actividad (símbolo a) es una medida de la “concentración
efectiva” de una especie en una mezcla, en el sentido de que el
potencial químico de la especie depende de la actividad de una solución real
del mismo modo que dependería sobre la concentración para una solución ideal.
Por convención, la actividad se trata como una
cantidad adimensional, aunque su valor depende de las elecciones
habituales del estado estándar de la especie. La actividad de las sustancias
puras en fases condensadas (sólidas o líquidas) normalmente se toma como unidad
(el número 1). La actividad depende de la temperatura, la presión y la
composición de la mezcla, entre otras cosas. Para los gases, la actividad es la
presión parcial efectiva y generalmente se denomina fugacidad.
La
diferencia entre la actividad y otras medidas de composición surge porque las
moléculas en gases o soluciones no ideales interactúan entre sí, ya sea para
atraerse o repelerse. La actividad de un ion está particularmente influenciada
por su entorno. El uso de actividades permite a los químicos explicar varias
discrepancias entre soluciones ideales y soluciones reales. La descripción
matemática de una solución ideal debe modificarse para describir una solución
real, al igual que la ley de los gases ideales (PV = nRT) debe modificarse para describir los gases
reales.
De manera similar, la diferencia entre las
concentraciones de soluto calculadas en una solución ideal y en una solución
real puede dar lugar a amplias variaciones en los resultados experimentales.
Los siguientes tres ejemplos comparan los resultados obtenidos cuando se
utilizan concentraciones formales (suponiendo idealidad) y cuando se utilizan
actividades (suponiendo no idealidad). Al igual que los gases, las
"soluciones ideales" tienen ciertas propiedades físicas predecibles
(por ejemplo, propiedades coligativas) de las que a menudo se desvían las
soluciones reales. Al igual que con la ecuación de van der Waal para gases
reales, esta desviación se origina en las interacciones soluto-solvente,
solvente-solvente y soluto-soluto. La magnitud de esta no idealidad es naturalmente
mayor cuanto mayor es la concentración de soluto y mayor la interacción
intermolecular (p. ej., iones frente a especies sin carga). Lewis introdujo la
idea de 'concentración efectiva' o 'actividad' para tratar este problema al
permitir una descripción de "solución ideal" para soluciones no
ideales.
La actividad de una sustancia (simbolizada
a según el libro de Oro de la IUPAC) describe la concentración efectiva
de esa sustancia en la mezcla de reacción. La actividad tiene en cuenta la no
idealidad de la mezcla de reacción, incluidas las interacciones
disolvente-disolvente, disolvente-soluto y soluto-soluto. Por lo tanto, la
actividad proporciona una descripción más precisa de cómo actúan todas las
partículas en solución. Para soluciones muy diluidas, las actividades de las
sustancias en la solución se acercan mucho a la concentración formal (la
concentración calculada debe basarse en la cantidad de sustancia que se midió).
A medida que las soluciones se vuelven más concentradas, las actividades de todas
las especies tienden a ser menor que la concentración formal. La disminución de
la actividad a medida que aumenta la concentración es mucho más pronunciada
para los iones que para los solutos neutros.
Las actividades son en realidad proporciones adimensionales que comparan una
presión efectiva o una concentración efectiva con una presión o concentración
de estado estándar (el término correcto para la presión efectiva es fugacidad).
Hay varias formas de definir estados estándar para los diferentes componentes
de una solución, pero un sistema común es:
👉 el
estado estándar para la presión del gas, P°, es 1 bar (a menudo se
aproxima a 1 atm)
👉 el
estado estándar para la concentración de soluto, C°, es 1 molal (moles
de soluto/kg de solvente) para soluciones diluidas. A menudo, la molalidad se
aproxima con la molaridad (moles de soluto/Litro de solución).
👉 el
estado estándar de un líquido es el líquido puro
👉 el
estado estándar de un sólido es el sólido puro
Para la mayoría de las situaciones experimentales,
se supone que las soluciones están diluidas con respecto al solvente. Esta
suposición implica que el solvente se puede aproximar con líquido puro y
podamos usar todo tipo de aproximaciones ideales.
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