Химический потенциал компонента раствора

Раствор  это гомогенная смесь двух или более веществ. Они бывают различных агрегатных состояний: жидкие растворы, твердые растворы, газообразные растворы. Сложные смеси компонентов, находящиеся в живой клетке  это тоже растворы.

В теории растворов рассматриваются два основных класса: идеальные и неидеальные (реальные) растворы. Определение идеального раствора зависит от того, какой подход используется для описания его свойств. А также от природы изучаемой системы. С энергетической точки зрения идеальным газовым раствором является тот, в котором отсутствуют взаимодействия между молекулами газа. Однако в случае конденсированных систем, в которых молекулы находятся в непосредственной близости друг от друга, такое определение неприемлемо. Здесь идеальным считается такой раствор, в котором межмолекулярные взаимодействия однородных и разнородных молекул одинаковы.

Идеальным считается такой раствор, в котором для каждого компонента при всех значениях давления (p), температуры (T) и мольной доли (N_k) справедливо выражение зависимости химического потенциала компонента в этом растворе следующего вида:

, (2)

где – стандартный химический потенциал компонента k раствора, являющийся функцией давления и температуры. Стандартный химический потенциал компонента k – это потенциал при мольной доле этого компонента равной единице.

Зависимость химического потенциала компонента неидеального (реального) раствора от концентрации можно записать в виде

, (3)

где – стандартный химический потенциал компонента k раствора;

– активность компонента k в растворе, определяемая как

( – коэффициент активности).

Использование коэффициентов активности и активностей в уравнениях зависимости химического потенциала компонента неидеального раствора от концентрации позволяет сохранить простое формальное сходство с подобными уравнениями для идеальных растворов.

Коэффициент активности можно рассматривать как меру отклонения свойств неидеального (реального) раствора от свойств идеального раствора.

Выбор стандартного состояния для растворителя и растворенного вещества

Стандартное состояние может быть реальным и гипотетическим. В зависимости от того, какое состояние компонента принимают за его стандартное состояние, различают три модели идеальных растворов: идеальный газовый раствор, идеальный совершенный раствор и идеальный предельно - разбавленный раствор.

Рассмотрим сначала две модели, относящиеся к симметричной системе сравнения.

1. В идеальном газовом растворе стандартным будет состояние каждого компонента в виде идеального газа . (4)

Тогда выражение для зависимости химического потенциала компонента k от давления и температуры в идеальном газовом растворе имеет вид:

. (5)

Зависимость известна, это уравнение (2) .

Рассматривая совместно уравнения ( 2) и ( 5 ), получаем:

(6) ,

где – парциальное давление компонента k в идеальном газовом растворе.

Если реальный раствор сравнивается с этой моделью идеального раствора (симметричная система сравнения), то выражение для химического потенциала компонента реального газового раствора будет иметь вид:

,

Где  коэффициент активности в N шкале.

Однако концентрацию газового раствора можно выразить в различных концентрационных шкалах, пользуясь соотношением . В этом случае и стандартные химические потенциалы и коэффициенты активности будут различны при разных способах выражения концентрации одного и того же раствора: