Defina termodinamicamente os significados de atividade e coeficiente de atividade. Qual a importância destas propriedades?
Passo 1
O enunciado pede para definirmos, em termos de termodinâmica, o que são a atividade e o coeficiente de atividade de uma espécie química numa fase (gasosa ou solução) e explicarmos por que essas grandezas são importantes. Vamos usar o conceito de potencial químico e ver como ele se estende ao caso não‐ideal.
Passo 2
O ponto de partida é a expressão geral do potencial químico
de uma espécie
numa dada fase:
Aqui
é o potencial químico padrão (quando a atividade vale 1),
é a constante dos gases ideais,
a temperatura absoluta e
é a atividade de
. Termodinamicamente,
representa a “concentração efetiva” de
que entra no potencial químico, de modo que, mesmo em sistemas não‐ideais, a fórmula acima continua válida.
Passo 3
Nas soluções ou misturas, introduzimos o coeficiente de atividade
para relacionar a atividade
a uma medida de concentração ou fração molar. Em particular, para uma solução:
onde
é a fração molar de
. Logo
Assim,
é uma grandeza adimensional que indica o quanto o comportamento de
desvia do ideal (
).
Passo 4
A importância de
e
é que elas permitem estender leis e relações de equilíbrio (como a lei de ação das massas) a sistemas reais, nos quais interações entre moléculas causam desvios da idealidade. Ao usar atividades em vez de concentrações puras, garantimos que a expressão para o equilíbrio químico,
permaneça rigorosamente válida mesmo em situações não‐ideais. Além disso, coeficientes de atividade aparecem em correções de propriedades coligativas, fugacidade em gases reais e em cálculos de potencial eletroquímico.
Resposta
A atividade de uma espécie
é a grandeza termodinâmica
que aparece no potencial químico
,
representando sua “concentração efetiva” num sistema real. O coeficiente de atividade é definido por
(em solução ideal de referência), medindo o desvio de idealidade ( no ideal). Essas propriedades são cruciais para formular de modo correto equações de equilíbrio, coligativas e fugacidades em sistemas reais.
representando sua “concentração efetiva” num sistema real. O coeficiente de atividade
(em solução ideal de referência), medindo o desvio de idealidade (