Оглавление:
Влияние электростатических взаимодействий на поведение ионов в растворе. Ионная сила раствора. Коэффициент активности
Характеристикой электростатического поля в растворе и мерой электростатических взаимодействий ионов является ионная сила раствора I, связанная с концентрацией ионов 
(моль/л) и их зарядами 
соотношением:
Ионной силой раствора определяется коэффициент активности иона 
. Измерить величину 
индивидуального иона невозможно, поэтому пользуются экспериментально определяемым средним коэффициентом активности 
. Для электролита типа 
:
Например, для 0,01 М раствора 
Это означает, что раствор ведет себя так, как будто его концентрация в 0,528 раз меньше, чем 0,01 М. Т. е. коэффициент активности является некоторой мерой отклонения реальной системы от идеальной. В то же время отклонение в проявлении свойств ионов 
в реакциях от концентраций (0,02 и 0,01 моль/л) будет разным, поскольку для иона зависит от I раствора, от и, строго говоря, от ионного радиуса (пример 2.1). Связь 
очень сложна, и для разбавленных водных растворов выражается формулами Дебая и Хюккеля (ионы при этом рассматриваются как точечные заряды и различие в их размерах не учитывается):
В практических расчетах для оценки коэффициентов активности используют ряд постулатов, упрощающих расчеты:
- Коэффициенты активности ионов равного заряда, независимо от знака и размера, приблизительно равны.
- Растворы, содержащие только нейтральные молекулы, можно считать идеальными
. - Разбавленные растворы электролитов (особенно — слабых!) приближаются к идеальным
.
Поэтому при расчете величины можно пользоваться таблицами, в которых приведены значения для одно-, двух-, трех-, четырехзарядных ионов независимо от типа иона (например табл. 1 приложения).
Коэффициент активности является мерой отклонения реальной системы от идеальной. Он связывает концентрацию иона и его активность 
:
где [А] — равновесная концентрация иона А. Активность имеет размерность концентрации (моль/л).
Следует помнить, что при расчетах любого из четырех видов химических равновесий с применением табличных (термодинамических) констант равновесия получают значения активностей частиц, а не их равновесные концентрации. Расчет равновесных концентраций при I > 0 проводится с учетом у с использованием уравнения (2.11), связывающего различные константы.
Пример 2.1.
Вычислить ионную силу, коэффициенты активности и активность ионов в 0,010 М растворе 
.
Решение:
Уравнение диссоциации сильного электролита
:
Начальная концентрация (моль/л) с: 0,010
Равновесные концентрации (моль/л) […]: — 0,010 0,020.
По формуле (2.1) вычисляют ионную силу раствора:
Коэффициенты активности можно найти в табл. 1 приложения: при / = 0,03 для двухзарядного иона 
= 0,54; для однозарядного иона 
= 0,88. Расчеты по формулам (2.3) при 
приводят к близким к справочным значениям .
Активности ионов соответственно равны:
Пример 2.2.
Во сколько раз изменится активность ионов водорода в 0,010М растворе 
, если в 1,0 л такого раствора растворить 3,4 г сульфата алюминия?
Решение:
Для 0,010 М раствора : I= 0,01;
Молярная концентрация раствора 
при растворении в :
В полученном растворе сильных электролитов устанавливаются равновесия:
В величину I (формула 2.1) вносят вклад все ионы, находящиеся в растворе:
При 
Отношение полученных активностей (0,0091/0,0080) показывает, что при введении в раствор соли 
активность ионов водорода уменьшилась всего в 1,14 раз, в то время как ионная сила раствора увеличилась в 16 раз.
Пример 2.3.
Вычислить ионную силу и активности ионов в растворе, полученном при сливании по 100 мл 0,050 М раствора 
и 0,040 М 
.
Решение:
При сливании растворов протекает реакция нейтрализации с образованием достаточно слабого электролита — воды, диссоциацией которой пренебрегаем. Данные указывают на избыток взятой щелочи.
С учетом разбавления 
и после расчета 
В растворе присутствуют ионы 
, для которых 
.
Соответственно 
= 0,88 и активности ионов составляют:
Проверкой решения может быть выполнение принципа электронейтральности раствора в целом:
Эти примеры взяты со страницы примеров решения задач по аналитической химии:
Решение задач по аналитической химии
Возможны вам будут полезны эти страницы:
