Proporción de mezcla

Abundancia de un componente de una mezcla en relación con otros.

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

En química atmosférica y meteorología.

Relación molar

En química atmosférica , la proporción de mezcla generalmente se refiere a la proporción 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 llama relación de cantidades . ^[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 proporción de mezcla generalmente se refiere a la proporción de masa de agua , que se define como la masa de agua dividida por la masa de aire seco ( ) en una parcela de aire determinada: ^[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 normalmente se da 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 varias proporciones de mezcla en masas, moles o volúmenes.

La fracción de masa de la solución resultante al 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 denominador

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

y

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

es la proporción de mezcla en masa 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 en 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 en masa.

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

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 V _s de cada solución mezclada en volúmenes iguales debido a la aditividad de 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 y lo iguala 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 soluciones reales aparecen desigualdades en lugar de la última igualdad.

Proporciones de mezcla de mezclas de disolventes

Las mezclas de diferentes disolventes pueden tener características interesantes como conductividad anómala (electrolítica) de iones de león particulares e iones de liato generados por la autoionización molecular de disolventes próticos y apróticos debido al mecanismo de Grotthuss de salto de iones dependiendo de las proporciones de mezcla. Los ejemplos pueden incluir iones hidronio e hidróxido en agua y mezclas de agua y alcohol, 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 , 2ª ed. (el "Libro de Oro") (1997). Versión corregida en línea: (2006–) "proporción de mezcla". doi :10.1351/librooro.M03948
2. "Química pura y aplicada, 2008, volumen 80, núm. 2, págs. 233-276". Iupac.org . 2016-06-14 . Consultado el 30 de junio de 2016 .
3. Hombre blanco, DN (2015). Enciclopedia de Ciencias Atmosféricas (Segunda Edición, Volumen 3 ed.). Elsevier Ltd. pág. 298.ISBN​ 978-0-12-382225-3.