Solución regular

En química , una solución regular es una solución cuya entropía de mezcla es igual a la de una solución ideal con la misma composición, pero no es ideal debido a una entalpía de mezcla distinta de cero . ^{[1] [2]} Una solución de este tipo se forma mediante la mezcla aleatoria de componentes de volumen molar similar y sin fuertes interacciones específicas, ^{[1] [2]} y su comportamiento diverge del de una solución ideal al mostrar separación de fases en composiciones y temperaturas intermedias (una brecha de miscibilidad ). ^[3] Su entropía de mezcla es igual a la de una solución ideal con la misma composición, debido a la mezcla aleatoria sin fuertes interacciones específicas. ^{[1] [2]} Para dos componentes

${\displaystyle \Delta S_{mix}=-nR(x_{1}\ln x_{1}+x_{2}\ln x_{2})\,}$

donde es la constante de los gases , el número total de moles y la fracción molar de cada componente. Solo la entalpía de mezcla no es cero, a diferencia de una solución ideal, mientras que el volumen de la solución es igual a la suma de los volúmenes de los componentes. ${\displaystyle R\,}$ ${\displaystyle n\,}$ ${\displaystyle x_{i}\,}$

Características

Una solución regular también puede describirse mediante la ley de Raoult modificada con una función de Margules con un solo parámetro : ${\displaystyle \alpha }$

${\displaystyle \ P_{1}=x_{1}P_{1}^{*}f_{1,M}\,}$

${\displaystyle \ P_{2}=x_{2}P_{2}^{*}f_{2,M}\,}$

donde esta la función Margules

${\displaystyle \ f_{1,M}={\rm {exp}}(\alpha x_{2}^{2})\,}$

${\displaystyle \ f_{2,M}={\rm {exp}}(\alpha x_{1}^{2})\,}$

Observe que la función de Margules para cada componente contiene la fracción molar del otro componente. También se puede demostrar mediante la relación de Gibbs-Duhem que si se cumple la primera expresión de Margules, entonces la otra debe tener la misma forma. La energía interna de una solución regular variará durante la mezcla o durante el proceso.

El valor de se puede interpretar como W/RT , donde W = 2 U ₁₂ - U ₁₁ - U ₂₂ representa la diferencia en la energía de interacción entre vecinos iguales y diferentes. ${\displaystyle \alpha }$

A diferencia de las soluciones ideales, las soluciones regulares poseen una entalpía de mezcla distinta de cero, debido al término W. Si las interacciones diferentes son más desfavorables que las similares, obtenemos competencia entre un término de entropía de mezcla que produce un mínimo en la energía libre de Gibbs en x ₁ = 0,5 y el término de entalpía que tiene un máximo allí. A altas temperaturas, el término entrópico en la energía libre de mezcla domina y el sistema es completamente miscible, pero a temperaturas más bajas la curva G ( x ₁ ) tendrá dos mínimos y un máximo entre ellos. Esto da como resultado la separación de fases. En general, habrá una temperatura en la que los tres extremos se fusionen y el sistema se vuelva completamente miscible. Este punto se conoce como la temperatura crítica superior de la solución o la temperatura de consoluto superior.

A diferencia de las soluciones ideales, los volúmenes en el caso de soluciones regulares ya no son estrictamente aditivos, sino que deben calcularse a partir de volúmenes molares parciales que son una función de x ₁ .

El término fue introducido en 1927 por el químico físico estadounidense Joel Henry Hildebrand . ^[4]

Véase también

• Solución sólida

Referencias

1. P. Atkins y J. de Paula, Química física de Atkins (8.ª ed. WH Freeman 2006) pág. 149
2. PA Rock, Termodinámica química. Principios y aplicaciones (Macmillan 1969) p.263
3. Simon & McQuarrie Química física: un enfoque molecular
4. El término "solución regular" Nature, v.168, p.868 (1951)