Solução ideal

A solução ideal funciona como um ponto de referência fundamental para interpretar o comportamento de soluções reais, desempenhando um papel semelhante ao do gás ideal na descrição dos gases reais.

Em uma solução ideal (líquida, gasosa ou sólida), assume-se que:

a) As moléculas dos componentes apresentam tamanhos, formas e características químicas tão parecidos que as forças intermoleculares entre elas não se distinguem. Assim, uma molécula interage com outra espécie diferente (A–B) exatamente da mesma forma que interage com moléculas idênticas (A–A ou B–B).

b) A homogeneidade das interações faz com que o processo de mistura, em condições isobáricas e isotérmicas, não esteja associado a alterações nem da energia interna nem do volume molar da solução.

ΔU_MIS​ = 0 e ΔV_MIS ​= 0

c) A mistura sempre aumenta a entropia porque o arranjo aleatório das moléculas torna o sistema mais desordenado e estatisticamente mais provável do que quando os componentes estão separados. Como não existe preferência por vizinhos iguais ou diferentes, o ganho entrópico provém unicamente dessa dispersão espacial. A entropia é dada por:

ΔS_MIS​ ​= − R(n_A ln x_A ​+ n_B ​ln x_B​​)

d) A variação de energia livre de Gibbs de mistura é puramente entrópica:

ΔH_MIS = 0  e ΔG_MIS ​= −TΔS_MIS

ΔG_MIS​ ​= − R (n_A ln x_A ​+ n_B ​ln x_B​​)

e) O potencial químico de cada componente em uma solução ideal é dado por:

μ_i ​= μ_iº ​(T,P) + RT ln xi​

Em uma solução ideal, o potencial químico de cada componente é inferior ao do estado puro. Ele cresce conforme a fração molar do componente aumenta e se aproxima do valor puro, e diminui indefinidamente quando o componente está altamente diluído.

Uma solução é dita ideal quando, para todos os componentes, o potencial químico segue a equação abaixo em qualquer composição, mantendo-se temperatura e pressão constantes.

μ_i^ideal = μ_i^o + RT ln x_i

Onde:

• μ_i^ideal: potencial químico do componente i na solução ideal;
• μ_i^o: potencial químico padrão do componente i (estado de referência);
• R: constante dos gases ideais (8,314 J·mol⁻¹·K⁻¹);
• T: temperatura absoluta;
• lnx_i⁡: logaritmo natural da fração molar do componente i na solução.

A fugacidade de cada componente obedece à Lei de Raoult, ou seja:

f_i = x_if_iº

Onde:  

• f_iº é a fugacidade do componente puro nas mesmas condições de T e P.

Para soluções líquidas ideais, essa fugacidade se relaciona diretamente com a pressão de vapor. Portanto, a forma mais comum da Lei de Raoult é:

P_i = x_iP_iº

Onde:

• P_i: pressão parcial do componente i no vapor;
• x_i: fração molar do componente i na fase líquida;
• P_iº: pressão de vapor do componente i puro (à mesma temperatura).

A pressão total da solução é dada pela soma das pressões parciais dos componentes:

P_total= x_iP_iº

Referências

[1] ATKINS, Peter; DE PAULA, Julio. Físico-química. Tradução e revisão técnica: Silvana Moss de Oliveira, Fernanda Oliveira Faria. 10. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2018. 1 v. ISBN 978-85-216-2938-2.

[2] LEVINE, Ira N. Físico-química. Tradução e revisão técnica: Edilson Clemente da Silva, Oswaldo Esteves Barcia. 6. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2012. 1 v. ISBN 978-85-216-0634-5.