Сильные электролиты. Активность. Ионная сила

В растворах сильных электролитов в результате их практически полной диссоциации создается высокая концентрация ионов.

Между катионами и анионами возникает электростатическое притяжение и эффективная, (то есть экспериментально определенная) концентрация этих ионов оказывается меньше, чем их истинная концентрация.

Для оценки способности ионов к химическому взаимодействию в растворах сильных электролитов используют понятие - активности ( ).

Активностью иона называют эффективную или условную концентрацию его, соответственно которой он действует в химических реакциях.

Между активностью иона ( ) и его действительной концентрацией ( ) существует зависимость

,

где - коэффициент активности; таким образом, коэффициент активности - это отношение активности иона к его общей концентрации. Так как , то , поэтому при точных расчетах в уравнение закона действующих масс должны входить активности ионов, а не их концентрации. Если диссоциацию электролита изобразить схемой

,^-

то константа диссоциации будет выражаться следующим образом:

В этом случае называют термодинамической константой.

Понятие активности применимо не только к отдельным ионам, но и к электролиту в целом. Для электролита средняя активность и средний коэффициент активности связаны с активностями и коэффициентами активности катионов и анионов следующими соотношениями:

Коэффициенты активности ионов зависят не только от концентрации сильного электролита, но и от концентрации всех других ионов, присутствующих в растворе. Мерой электростатического взаимодействия между ионами является ионная сила раствора- , которая вычисляется по формуле:

где концентрации различных ионов, моль/л;

заряды этих ионов.

Пример 22.Определите ионную силу раствора, содержащего в 1 л одновременно 0,01 моль и 0,1 моль .

Решение: Ионная сила раствора будет определяться присутствием в нем ионов

Считая, что и как сильные электролиты диссоциированы в растворе нацело, найдем концентрации ионов:

Теперь вычислим значение в растворе:

Средний коэффициент активности сильного электролита (или его ионов) и ионная сила раствора (для ионов одинакового заряда) связаны соотношением Дебая-Гюккеля:

Для растворов с ионной силой :

.

Пример 23. Рассчитать активность ионов и ионную силу раствора, содержащего в 1л 1,6 г и 0,015 моль

Решение: Ионная сила раствора выражается уравнением:

Определим концентрации ионов в растворе: 1,6 г соответствует количеству вещества :

Общее число моль ионов составляет Следовательно:

Рассчитаем ионную силу раствора:

Рассчитаем значения коэффициентов активности ионов:

Для однозарядных ионов и :

Для двухзарядного иона :

Вычисляем активности ионов:

Пример 24. Рассчитайте ионную силу раствора и активность 0,018 М растворе.

Решение: Ионная сила раствора:

Определим по таблице приложения коэффициенты активности ионов и : Рассчитаем активность ионов:

Найдем активность :