Chemische activiteit: verschil tussen versies

331 bytes toegevoegd ,  10 maanden geleden
Hyperlinks toegevoegd
(Hyperlinks toegevoegd)
'''Chemische activiteit''' of (beter) de '''[[Thermodynamica|thermodynamische]] activiteit''' drukt de chemische beschikbaarheid uit, of de effectieve hoeveelheid beschikbare [[Ion (deeltje)|ionen]] of [[Molecuul|moleculen]] voor [[Chemische reactie|reactie]].
 
==Sterk verdunde systemen==
Voor (sterk) verdunde [[Oplossing (scheikunde)|oplossingen]] (en ijle [[Gas (aggregatietoestand)|gassen]]) is die beschikbaarheid recht evenredig met de [[Concentratie (oplossing)|concentratie]]. De definitie van activiteit wordt dusdanig gekozen dat deze altijd een ''[[Dimensieloos getal|dimensieloze grootheid]]'' is, door de concentratie c te ''delen'' door c<sup><s>o</s></sup>, een eindige concentratie van een referentiepunt:
 
:a = c / c<sup><s>o</s></sup>
 
Het [[Plimsollmerk|Plimsollteken]] <s>o</s> symboliseert de standaardomstandigheiden, inclusief de (eindige) concentratie die men als referentiepunt kiest. Wanneer de concentratie in molariteit uitgedrukt wordt is dat bijvoorbeeld 1 mol/L maar andere keuzes zijn ook mogelijk. (De enige keuze die ''niet'' gemaakt kan worden is c<sup><s>o</s></sup>=0 omdat delen door nul niet gedefinieerd is.)
 
Voor verdunde systemen is de activiteit dus ''getalsmatig'' gelijk aan bijvoorbeeld de molaire concentratie, maar heeft '''niet''' dezelfde eenheid. Men zou kunnen zeggen: neem gewoon de concentratie, maar laat de eenheden vallen.
 
De getalswaarde van a blijft wel afhangen van de keuze van <s>o</s> en die keuze moet dan ook expliciet duidelijk gemaakt worden. Vaak wordt voor verdunde oplossingen 1 [mol/Liter] = 1 M als aftelpunt genomen, maar andere keuzes zijn mogelijk zoals 1 molaal of een [[molfractie]] van 1 (d.w.z. de zuivere stof) . Hoewel het aftelpunt 1 M zelf niet bepaald verdund genoemd kan worden leidt de keuze -mits consequent volgehouden- tot een consistent stelsel grootheden. Voor gassen kiest men vaak 1 [[Atmosfeer (eenheid)|Atm]] of 1 [[Bar (druk)|bar]], maar ook de veel kleinere eenheid 1 [[Pascal (eenheid)|Pa]] wordt wel gebruikt. Wanneer activiteiten vergeleken worden die onder verschillende keuzes gedefinieerd zijn moeten zij geconverteerd worden, hun dimensieloosheid niettegenstaande.
 
==Het nut van dimensieloosheid==
Het feit dat de activiteit dimensieloos is, is belangrijk voor de [[thermodynamica]]. Deze laat bijvoorbeeld zien dat de thermodynamische [[potentiaal]] μ van een oplossing ten opzichte van die van het gekozen aftelpunt μ<sup><s>o</s></sup> logaritmisch afhangt van de activiteit:
 
: μ = μ<sup><s>o</s></sup> + RT.ln[a]
 
De dimensies van deze formule kloppen echter alleen dan als de activiteit a en daarmee de uitdrukking ln[a] dimensieloos is, omdat zowel μ, μ<sup><s>o</s></sup> als RT de dimensie van een [[energie]] hebben ([[Joule|Joules]]). Voor de afleiding van de thermodynamische formules is het dimensieloosmaken dus een vereiste en zeker geen 'zinloos spelletje'.
 
Iets dergelijks geldt voor de thermodynamische [[Evenwichtsconstante|evenwichtsconstanten]]. Ook deze zijn gedefinieerd in termen van activiteiten en zijn daarmee ''dimensieloos'':
 
:: rR + sS ⇄ pP + qQ
Weliswaar kunnen bij lage concentraties de getalswaarden van de concentraties ingevuld worden voor de activiteiten, maar weer alleen als men de dimensies ervan ''laat vallen''.
 
Dit is goed te zien in de uitdrukking van de [[Gibbs vrije energie]] (of vrije enthalpie) als functie van de activiteiten van de aan de reactie deelnemende species:
 
:: G = G<sup><s>o</s></sup> + RT.ln[a(P)<sup>p</sup>a(Q)<sup>q</sup> / a(R)<sup>r</sup> a(S)<sup>s</sup>]
 
Bij [[evenwicht]] geldt G=0, zodat de evenwichtsuitdrukking wordt:
 
:: G<sup><s>o</s></sup> = -RT.ln[a(P)<sup>p</sup>a(Q)<sup>q</sup> / a(R)<sup>r</sup> a(S)<sup>s</sup>]
Voor zuivere gecondenseerde stoffen (vloeistoffen, vaste stoffen) verandert -anders dan voor een opgeloste stof- de activiteit niet bij toevoeging van een kleine hoeveelheid meer. De activiteit kan daarom gelijkgesteld worden aan 1. Dit betekent dat in uitdrukkingen voor de evenwichtsconstante K zulke stoffen (bijvoorbeeld water als dat het oplosmiddel is, of een vast neerslag) weggelaten kunnen worden, ook al doen zij mee aan de reactie.
 
Een goede vergelijking voor het verschil tussen de activiteit van een [[Condensatie|gecondenseerde]] stof en van een opgeloste stof is zich een grote pan soep voor te stellen en zich af te vragen hoe de eetbaarheid daarvan verandert door het toevoegen van 1) nog een druppel soep en 2) een kleine hoeveelheid gif. (Immers alleen in het laatste geval verandert de eetbaarheid met de toegevoegde hoeveelheid.)
 
Dit voorbeeld laat zien dat activiteit en samenstelling, uitgedrukt als concentratie zeker niet in alle gevallen zelfs maar getalsmatig hetzelfde zijn. Het nauwe verband dat er is bij verdunde systemen is daarom wat bedrieglijk: activiteit is een wezenlijk ander begrip dan concentratie.
106

bewerkingen