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Ideale Lösung und molekulare Wechselwirkungen

1900
Ein Chemiker misst Flüssigkeiten in einem historischen Labor für Studien idealer Lösungen in der Thermodynamik.

(Abbildung dient nur zur Veranschaulichung)

Eine ideale Lösung ist ein theoretisches Modell, in dem die Mischungsenthalpie null ist. Dies tritt ein, wenn die intermolekularen Kräfte zwischen ungleichen Molekülen (AB) gleich stark sind wie die durchschnittliche Stärke der Kräfte zwischen gleichen Molekülen (AA und BB). In solchen Lösungen addieren sich die Volumina, und die Komponenten gehorchen den Gesetzen der Massen- und Stoffmengenverteilung. Raoultsches Gesetz über den gesamten Konzentrationsbereich, mit einem Aktivitätskoeffizienten von eins.

The concept of an ideal solution is a cornerstone of chemical thermodynamics, providing a simplified model against which real solutions can be compared. The strict thermodynamic definition of an ideal solution requires that the chemical potential of each component ‘i’ follows the relation [latex]\mu_i(T, P, x_i) = \mu_i^*(T, P) + RT \ln x_i[/latex]. This leads to two key macroscopic properties: the enthalpy of mixing ([latex]\Delta H_{mix}[/latex]) is zero, and the volume of mixing ([latex]\Delta V_{mix}[/latex]) is zero. A zero enthalpy of mixing implies no heat is absorbed or released when components are mixed, which is a direct consequence of the uniform intermolecular forces.

Diese Gleichförmigkeit der Kräfte bedeutet, dass ein Molekül „A“ dieselbe energetische Umgebung erfährt, unabhängig davon, ob es von anderen „A“-Molekülen oder von „B“-Molekülen umgeben ist. Diese Bedingung ist nur erfüllt, wenn die Komponenten hinsichtlich Größe, Struktur und Polarität sehr ähnlich sind. Klassische Beispiele für nahezu ideale Lösungen sind Mischungen aus Benzol und Toluol oder n-Hexan und n-Heptan. In der Realität ist keine Lösung vollkommen ideal, aber dieses Modell ist von unschätzbarem Wert für das grundlegende Verständnis von Lösungseigenschaften, bevor komplexere Konzepte wie Aktivitätskoeffizienten eingeführt werden, um nicht-ideales Verhalten in realen Systemen zu beschreiben.

UNESCO Nomenclature: 2209
Physikalische Chemie

Typ

Abstraktes System

Störung

Wesentliche

Verwendung

Konzeptuell/Theoretisch

Vorläufer

  • Raoultsches Gesetz
  • Gibbs-Konzept der freien Energie
  • Frühe Theorien zu intermolekularen Kräften (van der Waals-Kräfte)
  • Kalorimetrie-Experimente zur Messung der Mischungswärme

Anwendungen

  • Benchmark für die Untersuchung realer Lösungen
  • thermodynamische Modellierung einfacher Gemische wie Benzol und Toluol
  • Vermittlung grundlegender Konzepte der Lösungschemie
  • erste Annäherung in der Software zur chemischen Prozessgestaltung
  • Kalibrierstandard für Osmometer und Dampfdruckmessgeräte

Patente:

NA

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Verwandt mit: ideale Lösung, intermolekulare Kräfte, Mischungsenthalpie, Mischungsvolumen, Thermodynamik, Raoultsches Gesetz, Aktivitätskoeffizient, chemisches Potential, Benzol, Toluol.

Historischer Kontext

Ideale Lösung und molekulare Wechselwirkungen

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(wenn das Datum unbekannt oder nicht relevant ist, z. B. „Strömungsmechanik“, wird eine gerundete Schätzung seines bemerkenswerten Auftretens bereitgestellt)

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