Диссоциация сильных электролитов

Сильные электролиты в растворе полностью диссоциированы на ионы. Ионы взаимодействуют между собой и ведут себя так, будто их концентрация меньше их действительной концентрации. Для учета взаимодействия между ионами в растворе вводится понятие активности ионов.

Активность иона - a - это концентрация иона, проявляющаяся в его свойствах. Например, активность ионов Na⁺ и Cl- в 1М растворе NaCl равна 0,65М. Это значит, что ионы ведут себя так, словно их концентрация равна не 1 моль/л, а 0,65 моль/л.

Коэффициент активности - f - это отношение активности иона a к концентрации C: f = a/c или a = fc.

Если f=1, то активность равна концентрации, т.е. ионы свободны и не взаимодействуют между собой. Это имеет место в очень разбавленных растворах, в растворах слабых электролитов и т.д.

Если f<1, то активность меньше концентрации, т.е. ионы взаимодействуют между собой. Чем меньше f, тем больше взаимодействие между ионами.

Коэффициент активности зависит от ионной силы раствора m - чем больше ионная сила, тем меньше коэффициент активности.

Ионная сила раствора m зависит от зарядов Z и концентраций C ионов:

Пример. Найти ионную силу m раствора, 1 литр которого содержит 0,02 моль Ca(NO₃)₂ и 0,05 моль Na₂SO₄.

Решение. Считая, что Ca(NO₃)₂ и Na₂SO₄ полностью диссоциированы, имеем [Ca²⁺]=0,02 M, [NO^3-]=0,04M, [Na⁺]=0,1M,

[SO₄^2-]=0,05M. Суммируя по каждому иону, находим:

.

Для электролитов, имеющих концентрацию С, ионная сила равна в зависимости от типа электролита:

A⁺B^- m = 1/2(С×1²+С×1²) = С NaOH, HCl

A₂⁺B^2- m = 1/2(2С×1²+С×2²) = 3С H₂SO₄, MgCl₂

A²⁺B^2- m=1/2(С×2²+С×2²) = 4С CuSO₄, MgSO₄

A³⁺B^3- m=1/2(С×3²+3С×1²) = 6С AlCl₃, Na₃PO₄

Коэффициент активности зависит от заряда иона, чем больше заряд иона, тем меньше коэффициент активности. Математически зависимость коэффициента активности f от ионной силы m и заряда иона z записывается с помощью формулы Дебая-Хюккеля:

, а при m < 0,01

Коэффициенты активности ионов можно определить с помощью следующей таблицы:

Пример. Найти активности ионов в 0,025М CuSO₄.

Решение: m=0,1; f(Cu²⁺) = f(SO₄^2-) = 0,33;

a(Cu²⁺) = a(SO₄^2-) = 0,025×0,33 = 8,25×10^-3M.