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Solución ideal e interacciones moleculares

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Chemist measuring liquids in a vintage laboratory for ideal solution studies in thermodynamics.

An ideal solution is a theoretical model where the enthalpy of mixing is zero. This occurs when intermolecular forces between unlike molecules (A-B) are equal in strength to the average of forces between like molecules (A-A and B-B). In such solutions, volume is additive, and components obey Raoult’s law across the entire concentration range, with an activity coefficient of one.

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.

This uniformity of forces means that a molecule ‘A’ experiences the same energetic environment whether it is surrounded by other ‘A’ molecules or by ‘B’ molecules. This condition is only met when the components are very similar in size, structure, and polarity. Classic examples of nearly ideal solutions include mixtures of benzene and toluene, or n-hexane and n-heptane. In reality, no solution is perfectly ideal, but this model is invaluable for developing a foundational understanding of solution properties before introducing complexities like activity coefficients to account for non-ideal behavior in real-world systems.

UNESCO Nomenclature: 2209
– Physical Chemistry

Tipo

Sistema abstracto

Disrupción

Sustancial

Utilización

Conceptual/Theoretical

Precursores

  • Raoult’s law
  • Concepto de energía libre de Gibbs
  • Primeras teorías sobre las fuerzas intermoleculares (fuerzas de van der Waals)
  • Experimentos de calorimetría que miden el calor de mezcla.

Aplicaciones

  • punto de referencia para estudiar soluciones reales
  • Modelado termodinámico de mezclas simples como benceno y tolueno
  • Enseñanza de conceptos fundamentales de la química de soluciones.
  • Aproximación inicial en software de diseño de procesos químicos
  • Estándar de calibración para osmómetros y dispositivos de medición de presión de vapor

Patentes:

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