Proporción de mezcla

Abundancia de un componente de una mezcla en relación con otros

En química y física , la relación de mezcla adimensional es la abundancia de un componente de una mezcla en relación con la de todos los demás componentes. El término puede referirse a la relación molar (véase concentración ) o a la relación de masas (véase estequiometría ). ^[1]

En química atmosférica y meteorología

Relación molar

En química atmosférica , la relación de mezcla generalmente se refiere a la relación molar r _i , que se define como la cantidad de un constituyente n _i dividida por la cantidad total de todos los demás constituyentes en una mezcla:

${\displaystyle r_{i}={\frac {n_{i}}{n_{\mathrm {tot} }-n_{i}}}}$

La relación molar también se denomina relación de cantidad . ^[2] Si n _i es mucho menor que n _tot (que es el caso de los constituyentes traza atmosféricos), la relación molar es casi idéntica a la fracción molar .

Relación de masa

En meteorología , la relación de mezcla generalmente se refiere a la relación de masa de agua , que se define como la masa de agua dividida por la masa de aire seco ( ) en una parcela de aire dada: ^[3] ${\displaystyle \zeta }$ ${\displaystyle m_{\mathrm {H2O} }}$ ${\displaystyle m_{\mathrm {air} }-m_{\mathrm {H2O} }}$

${\displaystyle \zeta ={\frac {m_{\mathrm {H2O} }}{m_{\mathrm {air} }-m_{\mathrm {H2O} }}}}$

La unidad se expresa normalmente en . La definición es similar a la de humedad específica . ${\displaystyle \mathrm {g} \,\mathrm {kg} ^{-1}}$

Proporción de mezcla de mezclas o soluciones

Se pueden mezclar dos soluciones binarias de diferentes composiciones o incluso dos componentes puros con distintas proporciones de mezcla en masas, moles o volúmenes.

La fracción de masa de la solución resultante de mezclar soluciones con masas m ₁ y m ₂ y fracciones de masa w ₁ y w ₂ viene dada por:

${\displaystyle w={\frac {w_{1}m_{1}+w_{2}m_{1}r_{m}}{m_{1}+m_{1}r_{m}}}}$

donde m ₁ se puede simplificar a partir del numerador y el denominador

${\displaystyle w={\frac {w_{1}+w_{2}r_{m}}{1+r_{m}}}}$

y

${\displaystyle r_{m}={\frac {m_{2}}{m_{1}}}}$

es la relación de mezcla de masas de las dos soluciones.

Sustituyendo las densidades ρ _i ( w _i ) y considerando volúmenes iguales de diferentes concentraciones se obtiene:

${\displaystyle w={\frac {w_{1}\rho _{1}(w_{1})+w_{2}\rho _{2}(w_{2})}{\rho _{1}(w_{1})+\rho _{2}(w_{2})}}}$

Considerando una relación de mezcla de volumen r _{V (21)}

${\displaystyle w={\frac {w_{1}\rho _{1}(w_{1})+w_{2}\rho _{2}(w_{2})r_{V}}{\rho _{1}(w_{1})+\rho _{2}(w_{2})r_{V}}}}$

La fórmula se puede extender a más de dos soluciones con proporciones de mezcla de masas.

${\displaystyle r_{m1}={\frac {m_{2}}{m_{1}}}\quad r_{m2}={\frac {m_{3}}{m_{1}}}}$

ser mixto dando:

${\displaystyle w={\frac {w_{1}m_{1}+w_{2}m_{1}r_{m1}+w_{3}m_{1}r_{m2}}{m_{1}+m_{1}r_{m1}+m_{1}r_{m2}}}={\frac {w_{1}+w_{2}r_{m1}+w_{3}r_{m2}}{1+r_{m1}+r_{m2}}}}$

Aditividad de volumen

La condición para obtener una solución parcialmente ideal al mezclar es que el volumen de la mezcla resultante V sea igual al doble del volumen Vs de cada solución mezclada en volúmenes iguales debido a la aditividad de los volúmenes. El volumen resultante se puede encontrar a partir de la ecuación de balance de masa _que involucra las densidades de las soluciones mezcladas y resultantes e igualándolas a 2:

${\displaystyle V={\frac {(\rho _{1}+\rho _{2})V_{\mathrm {s} }}{\rho }},V=2V_{\mathrm {s} }}$

implica

${\displaystyle {\frac {\rho _{1}+\rho _{2}}{\rho }}=2}$

Por supuesto, para las soluciones reales aparecen desigualdades en lugar de la última igualdad.

Proporciones de mezcla de mezclas de disolventes

Las mezclas de diferentes disolventes pueden presentar características interesantes, como la conductividad anómala (electrolítica) de iones lionio y iones liato particulares , generada por la autoionización molecular de disolventes próticos y apróticos debido al mecanismo de Grotthuss de salto de iones, dependiendo de las proporciones de mezcla. Algunos ejemplos pueden incluir iones hidronio e hidróxido en mezclas de agua y alcoholes, iones alcoxonio y alcóxido en las mismas mezclas, iones amonio y amida en amoníaco líquido y supercrítico, iones alquilamonio y alquilamida en mezclas de aminas, etc.

Referencias

1. IUPAC , Compendio de terminología química , 2.ª edición (el "Libro de oro") (1997). Versión corregida en línea: (2006–) "mixing ratio". doi :10.1351/goldbook.M03948
2. "Química pura y aplicada, 2008, volumen 80, n.º 2, págs. 233-276". Iupac.org . 14 de junio de 2016 . Consultado el 30 de junio de 2016 .
3. Whiteman, DN (2015). Enciclopedia de ciencias atmosféricas (segunda edición, volumen 3 ed.). Elsevier Ltd. pág. 298. ISBN 978-0-12-382225-3.