離子強度
編輯溶液的離子強度是該溶液中離子濃度的量度。 離子化合物溶于水后會離解成離子。 溶液中的總電解質濃度將影響重要的性質,例如解離常數或不同鹽的溶解度。 具有溶解離子的溶液的主要特征之一是離子強度。 離子強度可以是摩爾(mol/L 溶液)或摩爾(mol/kg 溶劑),為避免混淆,應明確說明單位。 離子強度的概念最早由 Lewis 和 Randall 于 1921 年在描述強電解質的活度系數時引入。
量化離子強度
編輯溶液的摩爾離子強度 I 是該溶液中存在的所有離子濃度的函數。
I = 1 2 ∑ i = 1 n c i z i 2 {\displaystyle I={\begin{matrix}{\frac {1}{2}}\end{matrix}}\sum _{i=1} {n}c_{i}z_{i}{2}}
其中一半是因為我們同時包括陽離子和陰離子,ci 是離子 i 的摩爾濃度(M,mol/L),zi 是該離子的電荷數,總和是溶液中所有離子的總和。 對于 1:1 的電解質(例如氯化鈉),其中每個離子帶單電荷,離子強度等于濃度。 然而,對于電解質 MgSO4,每個離子都帶雙電荷,導致離子強度比同等濃度的氯化鈉高四倍:
I = 1 2 [ c ( + 2 ) 2 + c ( ? 2 ) 2 ] = 1 2 [ 4 c + 4 c ] = 4 c {\displaystyle I={\frac {1}{2}}[ c(+2){2}+c(-2){2}]={\frac {1}{2}}[4c+4c]=4c}
通常多價離子對離子強度有很大貢獻。
計算示例
作為一個更復雜的例子,0.050 M 的 Na2SO4 和 0.020 M 的 KCl 混合溶液的離子強度
非理想解
編輯由于在非理想溶液中體積不再嚴格相加,因此通常更傾向于使用摩爾濃度 b(mol/kg H2O)而不是摩爾濃度 c(mol/L)。 在這種情況下,摩爾離子強度定義為:
I = 1 2 ∑ i = 1 n b i z i 2 {\displaystyle I={\frac {1}{2}}\sum _{{i}=1}{n}b_{i}z_{i}{ 2}}
其中
i = 離子識別號z = 離子電荷b = 質量摩爾濃度(每千克溶劑的溶質摩爾數)
重要性
編輯離子強度在 Debye-Hückel 理論中起著核心作用,該理論描述了離子溶液中通常遇到的與理想狀態的強烈偏差。 它對于膠體和其他異質系統中的雙層和相關電動現象和電聲現象的理論也很重要。 也就是說,德拜長度是德拜參數 (κ) 的倒數,與離子強度的平方根成反比。 摩爾和摩爾離子強度都被使用,通常沒有明確的定義。 德拜長度是雙層厚度的特征。 增加抗衡離子的濃度或價數會壓縮雙層并增加電勢梯度。
高離子強度的介質用于穩定常數測定,以盡量減少滴定過程中較低濃度溶質活性商的變化。 天然水,如礦泉水和海水,由于溶解鹽的存在,其離子強度通常不可忽略,這會顯著影響其特性。
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