Siła jonowa - Ionic strength

Siły jonowej z roztworu jest miarą stężenia od jonów w tym roztworze. Związki jonowe po rozpuszczeniu w wodzie dysocjują na jony. Całkowite stężenie elektrolitu w roztworze wpłynie na ważne właściwości, takie jak stała dysocjacji lub rozpuszczalność różnych soli . Jedną z głównych cech roztworu z rozpuszczonymi jonami jest siła jonowa. Siła jonowa może być molowa (roztwór mol/L) lub molowa (mol/kg rozpuszczalnika) i aby uniknąć nieporozumień, jednostki powinny być wyraźnie podane. Pojęcie jonowej został wprowadzony przez Lewisa i Randall 1921 przy okazji opisywania współczynników aktywności z mocnych elektrolitach .

Obliczanie siły jonowej

Molowy siły jonowej , I , roztworu jest funkcją stężenia od wszystkich jonów obecnych w tym roztworze .

gdzie połowa to dlatego, że uwzględniamy zarówno kationy, jak i aniony , c i to molowe stężenie jonu i (M, mol/L), z i to liczba ładunku tego jonu, a suma jest brana przez wszystkie jony w rozwiązanie. Dla elektrolitu 1:1, takiego jak chlorek sodu , gdzie każdy jon jest naładowany pojedynczo, siła jonowa jest równa stężeniu. Do elektrolitu MgSO 4 , jednak każdy jonowy podwójnie naładowany, co prowadzi do siły jonowej, która jest cztery razy większa niż w równoważnym stężeniu chlorku sodu:

Ogólnie jony wielowartościowe silnie przyczyniają się do siły jonowej.

Przykład obliczenia

Jako bardziej złożony przykład, siła jonowa roztworu mieszanego 0,050 M w Na 2 SO 4 i 0,020 M w KCl wynosi:

Rozwiązania nieidealne

Ponieważ w nieidealnych roztworach objętości nie są już ściśle addytywne, często preferuje się pracę z molalnością b (mol/kg H 2 O) niż z molarnością c (mol/l). W takim przypadku molową siłę jonową definiuje się jako:

w którym

i = numer identyfikacyjny jonu
z = ładunek jonu

Znaczenie

Siła jonowa odgrywa kluczową rolę w teorii Debye'a-Hückla, która opisuje silne odchylenia od ideału, które zwykle występują w roztworach jonowych. Ma to również znaczenie dla teorii warstw podwójnych i związanych z nimi zjawisk elektrokinetycznych oraz zjawisk elektroakustycznych w koloidach i innych układach heterogenicznych . Oznacza to, że długość Debye'a , która jest odwrotnością parametru Debye'a ( κ ), jest odwrotnie proporcjonalna do pierwiastka kwadratowego siły jonowej. Stosowano zarówno molową, jak i molową siłę jonową, często bez wyraźnej definicji. Długość Debye jest charakterystyczna dla podwójnej grubości warstwy. Zwiększenie stężenia lub wartościowość z przeciwjonami ściska podwójną warstwę i zwiększenie potencjałów elektrycznych gradientu .

Pożywki o wysokiej sile jonowej są wykorzystywane do wyznaczania stałej stabilności w celu zminimalizowania zmian ilorazu aktywności substancji rozpuszczonych przy niższych stężeniach podczas miareczkowania. Wody naturalne, takie jak woda mineralna i morska, mają często nieocenioną siłę jonową ze względu na obecność rozpuszczonych soli, co znacząco wpływa na ich właściwości.

Zobacz też

Linki zewnętrzne

Bibliografia