El teorema del virial de Clausius y la presión osmótica

• J. L. Gómez Estévez ^[1]
  1. [1] Universitat de Barcelona

     Universitat de Barcelona

     Barcelona, España

     
• Localización: La investigación del Grupo Especializado de Termodinámica de las Reales Sociedades Españolas de Física y Química.: Volumen 9. Año 2018 / Luisa Segade (ed. lit.), David Ausín (ed. lit.), Óscar Cabeza (ed. lit.), 2018, ISBN 978-84-9749-735-0, págs. 83-90
• Idioma: español
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  • Clausius dedujo en 1870, el teorema del virial en el contexto de la mecánica clásica de una forma totalmente rigurosa [1]. Utilizando este teorema la ecuación de estado para un sistema dado puede, en principio, obtenerse como fue demostrado por van der Waals [2]. Antes de que el formalismo de la mecánica estadística estuviera completamente desarrollado, el teorema del virial fue utilizado para la descripción “osmótica” de las propiedades termodinámicas de las disoluciones de electrolitos. La analogía entre la presión osmótica para una solución diluida y la ecuación de estado para un gas ideal propuesta por Van’t Hoff [3], fue extendida para las disoluciones no ideales y aplicada a las disoluciones de electrolitos por Milner [4], Ghosh [5] y Frenkel&Finkelstein [6]. La influencia de las fuerzas electrostáticas y las interacciones de corto alcance (tamaño de los iones en el seno del disolvente) fue tenida en cuenta en el virial para poder así entender las desviaciones en el comportamiento respecto las disoluciones ideales/diluidas. Más recientemente, este método se ha utilizado para el cálculo del coeficiente osmótico en una disolución de electrolitos cuando se utilizan fuerzas efectivas en simulaciones donde el disolvente sólo está tratado en forma implícita [7]. En este trabajo, el teorema del virial tal como se utiliza para el estudio de las disoluciones, se obtiene a partir de la teoría de McMillan-Mayer para sistemas multicomponentes en el conjunto semimacrocanónico [8]. Se demuestra como aparecen en forma natural las fuerzas efectivas entre las partículas del soluto, y como están relacionadas con el potencial de fuerza media a dilución infinita. Se obtiene así, una expresión muy general para la presión osmótica en términos del virial. Finalmente, se discuten las posibles diferentes variantes de dicha expresión asociadas con la aditividad o no, del potencial de fuerza media.