आदर्श विलयन

रसायन विज्ञान में, एक आदर्श समाधान या आदर्श मिश्रण एक समाधान (रसायन विज्ञान) है जो आदर्श गैसों के मिश्रण के अनुरूप थर्मोडायनामिक गुणों को प्रदर्शित करता है। मिश्रण की तापीय धारिता शून्य है जैसा कि परिभाषा के अनुसार मिलाने पर आयतन में परिवर्तन होता है; मिश्रण की एन्थैल्पी शून्य के करीब होती है, विलयन का व्यवहार उतना ही अधिक आदर्श बन जाता है। विलायक और विलेय के वाष्प दाब क्रमशः राउल्ट के नियम और हेनरी के नियम का पालन करते हैं, और गतिविधि गुणांक (जो आदर्शता से विचलन को मापता है) प्रत्येक घटक के लिए एक के बराबर है। एक आदर्श समाधान की अवधारणा रासायनिक ऊष्मप्रवैगिकी और इसके अनुप्रयोगों के लिए मौलिक है, जैसे कि संपार्श्विक गुणों की व्याख्या।

भौतिक उत्पत्ति

समाधान की आदर्शता आदर्श गैस के समान है, महत्वपूर्ण अंतर के साथ कि तरल पदार्थों में अंतर-आणविक संपर्क मजबूत होते हैं और उन्हें आसानी से उपेक्षित नहीं किया जा सकता क्योंकि वे आदर्श गैसों के लिए कर सकते हैं। इसके बजाय हम मानते हैं कि समाधान के सभी अणुओं के बीच अंतर-आणविक बल की औसत शक्ति समान होती है।

अधिक औपचारिक रूप से, ए और बी के अणुओं के मिश्रण के लिए, फिर पड़ोसियों के विपरीत (यू_AB) और पड़ोसियों की तरह यू_AA और आप_BB समान औसत शक्ति का होना चाहिए, अर्थात, 2 यू_AB = यू_AA + यू_BB और लंबी दूरी की बातचीत शून्य (या कम से कम अप्रभेद्य) होनी चाहिए। यदि एए, एबी और बीबी के बीच आणविक बल समान हैं, यानी, यू_AB = यू_AA = यू_BB, तो समाधान स्वचालित रूप से आदर्श है।

यदि अणु रासायनिक रूप से लगभग समान हैं, उदाहरण के लिए, n-ब्यूटेनॉल|1-ब्यूटेनॉल और 2-ब्यूटेनॉल, तो समाधान लगभग आदर्श होगा। चूँकि A और B के बीच अन्योन्यक्रिया ऊर्जाएँ लगभग बराबर हैं, इसलिए यह इस प्रकार है कि पदार्थों के मिश्रित होने पर केवल एक बहुत ही कम समग्र ऊर्जा (एन्थैल्पी) परिवर्तन होता है। ए और बी की प्रकृति जितनी अधिक भिन्न होती है, उतनी ही दृढ़ता से आदर्शता से विचलित होने की उम्मीद की जाती है।

औपचारिक परिभाषा

एक आदर्श समाधान की विभिन्न संबंधित परिभाषाएँ प्रस्तावित की गई हैं। सबसे सरल परिभाषा यह है कि एक आदर्श समाधान एक ऐसा समाधान है जिसके लिए प्रत्येक घटक राउल्ट के नियम का पालन करता है $p_{i}=x_{i}p_{i}^{*}$ सभी रचनाओं के लिए। यहाँ $p_{i}$ घटक का वाष्प दाब है $i$ समाधान के ऊपर, $x_{i}$ इसका तिल अंश है और $p_{i}^{*}$ शुद्ध पदार्थ का वाष्प दाब है $i$ उसी तापमान पर। यह परिभाषा वाष्प के दबाव पर निर्भर करती है, जो कम से कम वाष्पशील घटकों के लिए प्रत्यक्ष रूप से मापने योग्य संपत्ति है। थर्मोडायनामिक गुणों को तब प्रत्येक घटक के रासायनिक क्षमता μ (जो आंशिक दाढ़ संपत्ति गिब्स ऊर्जा जी है) से प्राप्त किया जा सकता है। यदि वाष्प एक आदर्श गैस है,

$\mu (T,p_{i})=g(T,p_{i})=g^{\mathrm {u} }(T,p^{u})+RT\ln {\frac {p_{i}}{p^{u}}}.$

संदर्भ दबाव $p^{u}$ रूप में लिया जा सकता है $P^{o}$ = 1 बार, या मिश्रण के दबाव के रूप में, जो भी आसान हो।

के मान को प्रतिस्थापित करने पर $p_{i}$ राउल्ट के नियम से,

$\mu (T,p_{i})=g^{\mathrm {u} }(T,p^{u})+RT\ln {\frac {p_{i}^{*}}{p^{u}}}+RT\ln x_{i}=\mu _{i}^{*}+RT\ln x_{i}.$

रासायनिक क्षमता के लिए यह समीकरण आदर्श समाधान के लिए वैकल्पिक परिभाषा के रूप में उपयोग किया जा सकता है।

हालांकि, समाधान के ऊपर वाष्प वास्तव में आदर्श गैसों के मिश्रण के रूप में व्यवहार नहीं कर सकता है। इसलिए कुछ लेखक एक आदर्श समाधान को एक ऐसे समाधान के रूप में परिभाषित करते हैं जिसके लिए प्रत्येक घटक राउल्ट के कानून के उग्रता अनुरूपता का पालन करता है $f_{i}=x_{i}f_{i}^{*}$. यहाँ $f_{i}$ घटक की उग्रता है $i$ समाधान में और $f_{i}^{*}$ की उग्रता है $i$ शुद्ध पदार्थ के रूप में। चूँकि भगोड़ापन समीकरण द्वारा परिभाषित किया गया है

$\mathrm{\mu <!--\; \mu \; -->}(T,P)=$