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Soluzione ideale e interazioni molecolari

1900
Un chimico misura dei liquidi in un laboratorio d'epoca per studi di termodinamica sulle soluzioni ideali.

(Immagine generata a solo scopo illustrativo)

Una soluzione ideale è un modello teorico in cui l'entalpia di miscelazione è zero. Ciò si verifica quando le forze intermolecolari tra molecole diverse (AB) sono uguali in intensità alla media delle forze tra molecole simili (AA e BB). In tali soluzioni, il volume è additivo e i componenti obbediscono Legge di Raoult nell'intero intervallo di concentrazione, con un coefficiente di attività pari a uno.

Il concetto di soluzione ideale è un pilastro della termodinamica chimica, in quanto fornisce un modello semplificato rispetto al quale confrontare le soluzioni reali. La rigorosa termodinamico La definizione di una soluzione ideale richiede che il potenziale chimico di ciascun componente ‘i’ segua la relazione [latex]mu_i(T, P, x_i) = mu_i^*(T, P) + RT ln x_i[/latex]. Ciò porta a due proprietà macroscopiche chiave: l'entalpia di miscelazione ([latex]Delta H_{mix}[/latex]) è zero e il volume di miscelazione ([latex]Delta V_{mix}[/latex]) è zero. Un'entalpia di miscelazione pari a zero implica che non viene assorbito né rilasciato calore quando i componenti vengono miscelati, il che è una diretta conseguenza delle forze intermolecolari uniformi.

Questa uniformità di forze significa che una molecola ‘A’ sperimenta lo stesso ambiente energetico sia che sia circondata da altre molecole ‘A’ che da molecole ‘B’. Questa condizione è soddisfatta solo quando i componenti sono molto simili per dimensioni, struttura e polarità. Esempi classici di soluzioni quasi ideali sono le miscele di benzene e toluene, o di n-esano e n-eptano. In realtà, nessuna soluzione è perfettamente ideale, ma questo modello è prezioso per sviluppare una comprensione fondamentale delle proprietà delle soluzioni prima di introdurre complessità come i coefficienti di attività per tenere conto del comportamento non ideale nei sistemi reali.

UNESCO Nomenclature: 2209
- Chimica fisica

Tipo

Sistema astratto

Interruzione

Sostanziale

Utilizzo

Concettuale/Teorico

Precursori

  • Legge di Raoult
  • Concetto di energia libera di Gibbs
  • Prime teorie sulle forze intermolecolari (van der Waals forze)
  • Esperimenti calorimetrici che misurano il calore di miscelazione

Applicazioni

  • punto di riferimento per lo studio di soluzioni reali
  • modellazione termodinamica di miscele semplici come benzene e toluene
  • insegnamento dei concetti fondamentali della chimica delle soluzioni
  • approssimazione iniziale in processo chimico software di progettazione
  • standard di calibrazione per osmometri e pressione di vapore dispositivi di misurazione

Brevetti:

NA

Idee e potenziali innovazioni

  • scoperta guidata dall'intelligenza artificiale di coppie di solventi privi di azeotropi per processi industriali
  • progettazione di display a cristalli liquidi con miscelazione ottimizzata dei componenti per prestazioni migliori
  • formulazione di emulsioni stabili in alimenti e cosmetici minimizzando le interazioni non ideali
  • sviluppo di miscele polimeriche con proprietà di miscelazione ideali per materiali avanzati
  • creazione di scintillatori liquidi ad alta efficienza per la rilevazione delle radiazioni
  • ingegneria di soluzioni elettrolitiche per batterie con interazioni ione-solvente prevedibili
  • predictive models for the miscibility of metallo liquido leghe
  • progettazione di sistemi solventi biocompatibili per la formulazione di farmaci
  • sviluppo di lubrificanti avanzati con proprietà stabili in un ampio intervallo di temperature
  • formulazione di inchiostri ad alte prestazioni per la stampa 3D con velocità di evaporazione controllata
Correlato a: soluzione ideale, forze intermolecolari, entalpia di miscelazione, volume di miscelazione, termodinamica, legge di Raoult, coefficiente di attività, potenziale chimico, benzene, toluene.

Contesto storico

Soluzione ideale e interazioni molecolari

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(se la data è sconosciuta o non rilevante, ad esempio "meccanica dei fluidi", viene fornita una stima approssimativa della sua notevole comparsa)

decimo anno anniversario

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