Ионная сила - Ionic strength

Ионная силой из раствора является мерой концентрации от ионов в этом растворе. Ионные соединения при растворении в воде диссоциируют на ионы. Общая концентрация электролита в растворе будет влиять на важные свойства, такие как константа диссоциации или растворимость различных солей . Одна из основных характеристик раствора с растворенными ионами - ионная сила. Ионная сила может быть молярной (моль / л раствор) или моляльной (моль / кг растворителя), и во избежание путаницы единицы измерения должны быть указаны явно. Понятие ионной силы было впервые введено Льюисом и Randall в 1921 году при описании коэффициентов активности от сильных электролитов .

Количественная оценка ионной силы

Мольная ионная силой , я , раствор является функцией концентрации от всех ионов , присутствующих в этом растворе .

${\ displaystyle I = {\ begin {matrix} {\ frac {1} {2}} \ end {matrix}} \ sum _ {i = 1} ^ {n} c_ {i} z_ {i} ^ {2 }}$

где половина - это потому, что мы включаем как катионы, так и анионы , c _i - молярная концентрация иона i (M, моль / л), z _i - зарядовое число этого иона, а сумма берется по всем ионам в решение. Для электролита 1: 1, такого как хлорид натрия , где каждый ион однозарядный, ионная сила равна концентрации. Однако для электролита MgSO ₄ каждый ион имеет двойной заряд, что приводит к ионной силе, которая в четыре раза превышает эквивалентную концентрацию хлорида натрия:

${\ displaystyle I = {\ frac {1} {2}} [c (+2) ^ {2} + c (-2) ^ {2}] = {\ frac {1} {2}} [4c + 4c] = 4c}$

Обычно многовалентные ионы вносят большой вклад в ионную силу.

Пример расчета

В качестве более сложного примера ионная сила смешанного раствора 0,050 М в Na ₂ SO ₄ и 0,020 М в KCl составляет:

${\ displaystyle {\ begin {align} I & = {\ tfrac {1} {2}} \ times \ left [{\ begin {array} {l} \ {({\ text {концентрация}} {\ ce { Na2SO4}} {\ text {in M}}) \ times ({\ text {число}} {\ ce {Na +}}) \ times ({\ text {заряд}} {\ ce {Na}}) ^ {2} \} \ + \\\ {({\ text {концентрация}} {\ ce {Na2SO4}} {\ text {в M}}) \ times ({\ text {количество}} {\ ce {SO4 ^ 2 -}}) \ times ({\ text {заряд}} {\ ce {SO4}}) ^ {2} \} \ + \\\ {({\ text {концентрация}} { \ ce {KCl}} {\ text {in M}}) \ times ({\ text {количество}} {\ ce {K +}}) \ times ({\ text {заряд}} {\ ce {K }}) ^ {2} \} \ + \\\ {({\ text {концентрация}} {\ ce {KCl}} {\ text {в M}}) \ times ({\ text {количество} } {\ ce {Cl -}}) \ times ({\ text {charge of}} {\ ce {Cl}}) ^ {2} \} \ end {array}} \ right] \\ & = {\ tfrac {1} {2}} \ times [\ {0,050M \ times 2 \ times (+1) ^ {2} \} + \ {0,050M \ times 1 \ times (-2) ^ {2} \} + \ {0,020M \ times 1 \ times (+1) ^ {2} \} + \ {0,020M \ times 1 \ times (-1) ^ {2} \}] \\ & = 0,17M \ end { выровнено}}}$

Неидеальные решения

Поскольку в неидеальных растворах объемы больше не являются строго аддитивными, часто предпочтительнее работать с молярностью b (моль / кг H ₂ O), а не с молярностью c (моль / л). В этом случае молярная ионная сила определяется как:

${\ displaystyle I = {\ frac {1} {2}} \ sum _ {{i} = 1} ^ {n} b_ {i} z_ {i} ^ {2}}$

в котором

i = идентификационный номер иона

z = заряд иона

Важность

Ионная сила играет центральную роль в теории Дебая – Хюккеля, которая описывает сильные отклонения от идеальности, обычно встречающиеся в ионных растворах. Это также важно для теории двойного слоя и связанных с ним электрокинетических явлений и электроакустических явлений в коллоидах и других гетерогенных системах. То есть длина Дебая , обратная параметру Дебая ( κ ), обратно пропорциональна квадратному корню из ионной силы. Использовалась как молярная, так и молярная ионная сила, часто без четкого определения. Длина Дебая характерна для толщины двойного слоя. Повышение концентрации или валентности из противоионов сжимает двойной слой и увеличивает электрический потенциал градиента .

Среды с высокой ионной силой используются для определения константы стабильности , чтобы минимизировать изменения во время титрования в коэффициенте активности растворенных веществ при более низких концентрациях. Природные воды, такие как минеральная вода и морская вода , часто имеют значительную ионную силу из-за присутствия растворенных солей, которые значительно влияют на их свойства.

Смотрите также

• Деятельность (химия)
• Коэффициент активности
• Уравнение Бромли
• Уравнение Дэвиса
• Уравнение Дебая – Хюккеля.
• Теория Дебая-Хюккеля
• Двойной слой (межфазный)
• Двойной слой (электрод)
• Силы двойного слоя
• Электрический двойной слой
• Модель Гуи-Чепмена
• Флокуляция
• Пептизация (обратная флокуляции)
• Теория DLVO (от Дерягина, Ландау, Вервея и Овербека)
• Интерфейс и коллоидная наука
• Осмотический коэффициент
• Уравнения Питцера
• Уравнение Пуассона – Больцмана.
• Теория специфического ионного взаимодействия
• Соление в
• Высаливание

Внешние ссылки

• Ионная сила
• Введение в ионную силу на веб-сайте EPA

Рекомендации