termodinamica

GL42A, MReich

Termodinámica de Soluciones
1. Soluciones
Una solución se define como “una fase homogénea formada por una o más sustancias
disueltas (solutos) en otra sustancia mayoritaria, denominada solvente”. 3 tipos:
•

Soluciones Gaseosas:

fumarolas volcánicas
(ej. solutos: HCl+CO2+SO2 ; solvente: H2O(g))

•

Soluciones Líquidas:

fluidos hidrotermales (aguas termales)(solutos: K+, Ca2+, Cl-, CO32-, SO42- ; solvente: H2O(l))

•

Soluciones Sólidas:

corresponden a las “aleaciones”, es decir, a aquellos
compuestos sólidos que no tienen composición constante.

Aleación artificial: Bronce (Cu+Sn)

Aleación natural: Plagioclasas (Anortita-Albita)

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La composición de una solución tiene un efecto sobre las propiedades
termodinámicas deésta, tales como la entropía, el volumen y, de más
importancia, sobre la energía libre de Gibbs (delta G)

•

Minerales que forma soluciones sólidas: muy importantes en Petrología
y Geoquímica ya que reflejan procesos magmáticos!!!!!

Ejemplo: serie de la plagioclasas. Forma una solución sólida binaria con 2
extremos: Albita (NaAlSi3O8) el extremo sódico, y Anortita (CaAl2Si2O8) , el extremocálcico.
Si la plagioclasa tiene composición An50Ab50, tenemos que es una aleación
caracterizada por un mismo número de moléculas de Ab y An en la estructura
cristalina. Si uno de los 2 extremos prima sobre el otro (ej. An70Ab30), entonces
podemos hablar e un soluto (Ab) disuelto en un solvente (An).

SiO4

AlO4

Na, Ca

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2. Medidas de concentración
2.1 MolaridadEsta medida de concentración se utiliza principalmente para soluciones
líquidas, expresa el número de moles de una sustancia disuelta (n) en 1 litro de
solución (no un litro de solvente puro!):
M = n/V
Esta medida es útil en laboratorio, pero tiene la desventaja de ser
dependiente de la temperatura y la presión.

2.2 Molalidad
La molalidad (m) de un componente en solución corresponde alnúmero de
moles de dicho componente (n) respecto de 1[kg] de solvente puro [moles/kg]:
m = n/m
La molalidad se usa con frecuencia en Termodinámica, ya que es
independiente de la temperatura y la presión de la solución.

2.3 Fracción molar
La variación composicional de una solución o fase puede ser expresada en
términos del número de moles de cada especie disuelta, respecto del total de molespresentes. Este parámetro se denomina fracción molar (X):
Xi = ni/Σn
donde Xi expresa la fracción molar del componente “i”, para la solución o fase en
cuestión y Σn = (n1 + n1 + ... + nj). La suma de fracciones molares presentes en
solución debe ser igual a 1. Para “j” cantidad de especies, tenemos que:

ΣX i = 1

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La fracción molar es muy utilizada en Termodinámica, sobretodo en
consideraciones teóricas y para soluciones sólidas y gaseosas. Sin embargo, es poco
conveniente para soluciones líquidas.
Aparte de usarse como medida de concentración sensu stricto, la fracción
molar se utiliza para expresar la proporción de un componente en una fase.
Tomaremos como ejemplo la dolomita, de fórmula CaMg[CO3]2; queremos calcular la
fracción molar de CaO, MgO y CO2, querepresentan un 30.4, 21.7 y 47.9% de la
molécula, respectivamente. En 100 grs de dolomita, tenemos:
mCaO = 30.4 [gr]
mMgO = 21.7 [gr]
mCO2 = 47.9 [gr]
Entonces, el número de moles de cada especie será:
MCaO = 56.08 [gr/mol]
MMgO = 40.32 [gr/mol]
MCO2 = 44.01 [gr/mol]

n = m/M

nCaO = 0.542 [mol]
nMgO = 0.538 [mol]
nCO2 = 1.088 [mol]
2.168 [mol]
La fracción molar para cadacomponente será entonces:
XCaO = 0.250
XMgO = 0.248
XCO2 = 0.502
1.000
Podemos notar que las fracciones molares de CaO y MgO son casi idénticas, lo que
ratifica que en la estructura de la dolomita la relación Ca:Mg = 1:1. Esto indica que
el Ca2+ está presente en igual proporción que el Mg2+.

2.4 Partes por millón
Otra medida de concentración alternativa, usada principalmente en geoquímica,...