Termodynamisk aktivitet

I kjemisk termodynamikk er aktivitet (symbol a) et mål på "effektiv konsentrasjon" av et specie i en blanding, i den forstand at speciets kjemiske potensial avhenger av aktiviteten til en reell løsning på samme måte som den ville avhenge på konsentrasjon for en ideell løsning. Begrepet "aktivitet" i denne forstand ble laget av den amerikanske kjemikeren Gilbert N. Lewis i 1907.[1]

Etter konvensjon blir aktivitet behandlet som en dimensjonsløs mengde, selv om verdien avhenger av vanlige valg av standardtilstand for speciet. Aktiviteten til rene stoffer i kondenserte faser (faste eller væsker) blir normalt sett på som 1. Aktivitet avhenger blant annet av temperatur, trykk og sammensetning av blandingen. For gasser er aktiviteten det effektive partialtrykket, og blir vanligvis referert til som flyktighet.

Forskjellen mellom aktivitet og andre mål for sammensetning oppstår fordi molekyler i ikke-ideelle gasser eller løsninger samhandler med hverandre, enten for å tiltrekke seg eller for å avvise hverandre. Aktiviteten til et ion er spesielt påvirket av omgivelsene.

Aktiviteter bør brukes til å definere likevektskonstanter, men i praksis brukes ofte konsentrasjoner i stedet. Det samme gjelder ofte ligninger for reaksjonshastigheter. Imidlertid er det omstendigheter der aktiviteten og konsentrasjonen er vesentlig forskjellige, og som sådan er det ikke gyldig å tilnærme seg med konsentrasjoner der det kreves aktiviteter. To eksempler tjener til å illustrere dette poenget:

  • I en løsning av kaliumhydrogenjodat KH(IO3)2 ved 0,02 M er aktiviteten 40% lavere enn den beregnede hydrogenionkonsentrasjonen, noe som resulterer i en mye høyere pH enn forventet.
  • Når en 0,1 M saltsyreoppløsning som inneholder metylgrønn indikator blir tilsatt til en 5 M løsning av magnesiumklorid, endres fargen på indikatoren fra grønn til gul - noe som indikerer økende surhet - når syren faktisk er fortynnet. Selv om aktivitetskoeffisienten nærmer seg enhet ved lav ionestyrke (<0,1 M), kan denne koeffisienten faktisk øke med ionestyrke i et regime med høy ionestyrke. For saltsyreoppløsninger er minimumet ca. 0,4 M.[2]

DefinisjonRediger

Aktiviteten av et specie i, betegnet ai, er definert[3][4] som:

 

der μi er det kjemiske potensial av de speciene under de forholdene som er av interesse, μoi er det kjemiske potensialet til at arter under standard betingelser, R er gass konstant, T er den termodynamiske temperaturen og e er den eksponentielle konstant.

Alternativt kan denne ligningen kan skrives som:

 

Eksempel verdierRediger

Eksempel verdier av aktivitet koeffisienter av natriumklorid i vandig løsning er gitt i tabellen under.[5] Avvikene har en tendens til å bli større med økende molalitet og temperatur, men med noen unntak.

Molalitet (mol/kg) 25 °C 50 °C 100 °C 200 °C 300 °C 350 °C
0.05 0.820 0.814 0.794 0.725 0.592 0.473
0.50 0.680 0.675 0.644 0.619 0.322 0.182
2.00 0.669 0.675 0.641 0.450 0.212 0.074
5.00 0.873 0.886 0.803 0.466 0.167 0.044

Se ogsåRediger

ReferanserRediger

  1. ^ Lewis, Gilbert Newton (1907). «Outlines of a New System of Thermodynamic Chemistry». Proceedings of the American Academy of Arts and Sciences. 7 (engelsk). 43: 259. doi:10.2307/20022322. Besøkt 21. februar 2021. 
  2. ^ McCarty, Christopher G.; Vitz, Ed (Mai 2006). «pH Paradoxes: Demonstrating That It Is Not True That pH ≡ -log[H+]». Journal of Chemical Education. 5 (engelsk). 83: 752. ISSN 0021-9584. doi:10.1021/ed083p752. Besøkt 21. februar 2021. 
  3. ^ International Union of Pure and Applied Chemistry. "{{{tittel}}}". Compendium of Chemical Terminology, internettversjon.
  4. ^ International Union of Pure and Applied Chemistry (1993).
  5. ^ Cohen, Paul (1988), The ASME Handbook on Water Technology for Thermal Systems, American Society of Mechanical Engineers, s. 567, ISBN 0-7918-0300-7