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Soluzione ideale e interazioni molecolari

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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 una pietra miliare della termodinamica chimica e fornisce un modello semplificato con cui confrontare le soluzioni reali. La definizione termodinamica rigorosa 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]. Questo porta a due proprietà macroscopiche fondamentali: 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 o rilasciato calore quando i componenti vengono miscelati, il che è una conseguenza diretta 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 (forze di van der Waals)
  • 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 nel software di progettazione dei processi chimici
  • standard di calibrazione per osmometri e dispositivi di misurazione della pressione di vapore

Brevetti:

NA

Idee e potenziali innovazioni

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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)

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