Iónová sila

miera sily elektrických interakcií medzi iónmi v roztoku

Iónová sila roztoku udáva mieru koncentrácie iónov v danom roztoku. Po rozpustení vo vode sa iónové zlúčeniny disociujú na ióny. Celková koncentrácia elektrolytov v roztoku ovplyvňuje dôležité vlastnosti, ako napríklad disociačnú konštantu alebo rozpustnosť iných solí. Iónová sila je jednou z hlavných charakteristík roztoku s rozpustenými iónmi. Môže byť udávaná v molárnej alebo molálnej koncentrácii. Koncept iónovej sily bol prvýkrát predstavený v roku 1921 pri popisoch aktivitných koeficientov silných elektrolytov.

Výpočet iónovej silyUpraviť

Iónová sila roztoku, I, je závislá na koncentrácii a náboji všetkých prítomných iónov v danom roztoku. Vypočítame ju ako

 

kde jedna polovica zohľadňuje príspevok aniónov i katiónov, ci je molárna koncentrácia iónu i (v mol/l), zi je náboj daného iónu a suma zahŕňa všetky ióny prítomné v roztoku.

Pre elektrolyty, kde každý ión má jednotkový náboj, ako sú napríklad chlorid sodný či chlorovodík, je iónová sila rovná koncentrácií soli. Avšak napríklad pre síran horečnatý, MgSO4, kde každý ión je nabitý dvakrát (Mg2+ a SO42-), je iónová sila rovná štvornásobku ekvivalentnej koncentrácie chloridu sodného:

 

Všeobecne teda platí, že ióny s vyšším nábojom (Ca2+, Fe3+, PO43-...) prispievajú k iónovej sile výraznejšie.

Príklad výpočtuUpraviť

Iónovú silu možno výpočítať i pre zmesy roztokov. Pre roztok 0,050 M Na2SO4 a 0,020 M KCl bude iónová sila

 

Neideálne roztokyUpraviť

Keďže v neideálnych roztokoch nie sú objemy aditívne, často je lepšie namiesto molárnej koncentrácie využiť molálnu koncentráciu, teda b (mol/kg of H2O). V tom prípade je možné iónovú silu vypočítať ako

 

kde

i = poradové číslo iónu
b = molálna koncentrácia v mol/kg
z = náboj iónu

Výpočet je teda obdobný výpočtu v prípade molárnej koncentrácie.

VýznamUpraviť

Iónová sila je dôležitá v rámci Debye–Hückelovej teórie, ktorá popisuje veľké odchýlky vznikajúce pri meraní iónových roztokov oproti popisu ideálnych roztokov. Takisto je dôležitá v teórii elektrickej dvojvrstvy, vznikajúcej napríklad pri meraní elektrických vlastností roztokov na rozhraní elektródy a roztoku, a pridružených elektrokinetických fenoménoch a elektroakustických fenoménoch v koloidných a iných heterogénnych roztokoch. Konkrétne, Debyeova dĺžka, ktorá je prevrátenou hodnotou Debyeovho parametra (κ), je nepriamo úmerná odmocnine iónovej sily. Debyeova dĺžka vyjadruje šírku elektrickej dvojvrstvy. Zvyšovanie koncentrácie alebo náboja protiónu (teda zvyšovaním iónovej sily) zmenšuje šírku dvojvrstvy a vedie k zvýšeniu gradientu elektrického potenciálu.

Pridanie indiferentného (nereagujúceho) elektrolytu má teda za následok zvýšenie vodivých vlastností roztoku, čo sa uplatňuje napríklad vo voltametrii alebo amperometrii. Týmto sa minimalizuje rozdielnosť aktivity rôznych stanovovaných iónov a znižuje chyba merania.[1] Typicky sa využíva chlorid draselný alebo chloristan sodný[2], je však možné využiť i iné elektrolyty.

Roztoky s vysokou iónovou silou sa používajú v stanovení rovnovážnych konštánt, aby sa minimalizovali zmeny aktivitných koefiecientov rozpustených látok pri nízkych koncentráciách počas titrácie. Minerálna voda a slaná voda majú takisto často nezanedbateľnú iónovú silu práve vďaka tomu, že sú v nich prítomné rozpustené soli, čo výrazne ovplyvňuje ich vlastnosti.

ReferencieUpraviť

Pozri ajUpraviť

ZdrojUpraviť

Tento článok je čiastočný alebo úplný preklad článku Ionic strength na anglickej Wikipédii.