محلولی در شیمی که مشابه با مخلوط گازهای ایده آل، دارای خواص ترمودینامیکی باشد، به عنوان محلول ایده آل نامیده می شود. در این نوع محلول ها، آنتالپی به سمت صفر میل می کند. به عبارتی اگر A و B اجزای تشکیل دهنده یک محلول باشند، قانون رائول رابطه بین غلظت محلول و فشار جزئی گاز را برای هر یک از این اجزا بیان می کند.

اجزای تشکیل دهنده ی محلول در بخاری که در قسمت بالای محلول وجود دارد، به وفور وجود دارد. جدا کردن این اجزا می تواند با تقطیر جز به جز انجام شود. کاهش فشار بخار بالای محلول در نتیجه غیر فرار بودن جزء شونده حاصل می شود. کم شدن نقطه انجماد و زیاد شدن نقطه جوش دو خاصیتی هستند که در یک محلول ایده آل به غلظت بستگی ندارد و نوع ماده حل شونده در این محلول می تواند تاثیرگذار باشد. جزء حلال تشکیل دهنده محلول ایده ال از قانون رائول و جز حل شونده آن، از قانون هنری تبعیت می کند.

اکتیویته در محلول ایده آل

برای این که بتوان میزان انحراف از محلول ایده آل رقیق را محاسبه کرد در تعریف محلول ایده آل، از مفهومی به نام اکتیویته استفاده می کنند. اکتیویته یا فعالیت هر جزء از محلول را در حالت استاندارد بیان می کنند. در بیان مدل تعادل شیمیایی، اطلاع داشتن از اکتیویته اجزای تشکیل دهنده یک مخلوط، بسیار مهم است. برای یک واکنش بر طبق غلظت، ثابت تعادل ترمودینامیکی بیان می شود که با استفاده از خارج قسمت واکنش و بر طبق اکتیویته است.

قوانین رائول

قوانین رائول مربوط به بیان تاثیر ماده حل شونده در یک حلال است که در یک دمای جوش و ذوب آن حلال باشد. این قوانین در سال 1886 توسط ماری رائول کشف شد. قوانین رائول که مربوط به خواص کولیگاتیو است توسط این شیمی دان فرانسوی با انجام پژوهش های فراوان درباره انجماد، تبخیر، جوش و ... بیان شد.

قانون اول که نزول نقطه انجماد را نشان می دهد بیان می کند که وقتی مول های مساوی از مواد مختلف در جرم های مساوی از یک حلال حل شوند، کاهش دمای انجماد آن ها به یک میزان خواهد بود. قانون دوم رائول نیز به بالا رفتن دمای جوش حلال اشاره دارد که بیان می کند که وقتی مول های برابری از مواد مختلف، در جرم های مساوی از یک حلال حل شوند، میزان افزایش دمای جوش آن ها به یک اندازه خواهند بود.

محلول ایده آل چیست؟

چون طبق تعریف گاز ایده آل، اجزای تشکیل دهنده آن که می تواند اتم یا مولکول باشد، برهمکنشی ندارند، نمی توان آن را برای یک مایع تعریف کرد. زیرا در یک مایع وجود برهمکنش های جاذب برای متراکم شدن لازم است. این که مایعات دارای نقاط جوش متفاوت هستند نیز به دلیل برهمکنش های جذب کننده در مایعات است. در محلول ها، تعادلی که بین فاز بخار با محلول وجود دارد نیز باید در مدل ها در نظر گرفته شود.

به عنوان مثال وقتی بنزن خالص داخل بشری قرار گرفته باشد، با بسته بودن فضایی که این بشر در آن قرار دارد، بنزن در محیط اطراف با فشاری غیر از صفر وجود دارد. در این حالت گفته می شود، بنزن دارای فشار بخاری در درمای مایع است. با اضافه کردن مایعی دیگر به عنوان مثال تولوئن، از فشار جزئی بنزن کاسته می شود. در این حالت رابطه فشار جزئی یک جزئی مانند i با کسر مولی برابر xi به صورت زیر تعریف می شود.

Pi = xiPi

این رابطه که به نام قانون رائول نامیده می شود، نشان دهنده رابطه بین فشار جزئی هر یک از اجزا با فشار بخار متناظر با مایع خالص است. به عبارتی می توان گفت این رابطه، یک محلول ایده آل را تعریف می کند. اگر محلولی شامل دو جزء باشد، حلال جزئی خواهد بود که مقدار xi بیشتری داشته باشد. به جزئی که مقدار xi کمتری داشته باشد، حل شونده می گویند.

محلول ایده آل در محلول های جزئی

مدل محلول ایده آل می تواند در مورد محلول های دو و چند جزئی به کار برده شود. در یک محلول ایده آل دو جزئی، قانون رائول در هر دو جزء صادق است. در این محلول ها، رابطه بین فشار کلی فاز گاز با کسر مولی جزء، خطی است. فشار کل با رابطه زیر بیان می شود.

Pt = P1 + P2 = x1P1• + (1-x1) P2•