Активность, коэффициент активности, ионная сила раствора

В не слишком разбавленных растворах сильных электролитов ионы расположены близко друг к другу и поэтому сильно взаимодействуют между собой. Значительное межионное взаимодействие приводит к тому, что ионы в растворах не вполне свободны, а их движение затруднено, что уменьшает степень их участия в процессах, протекающих в растворе, создавая эффект уменьшения их концентрации. Количественно влияние межионного взаимодействия на поведение (±) – иона в растворе сильного электролита характеризуется его активностью a_± и коэффициентом активности f_±.

Активность ионаa_±– эффективная, действующая концентрация (±)-иона, соот­ветст­венно которой он участвует во взаимодействиях, протекающих в растворах сильных электролитов.

Коэффициент активности ионаf_± показывает, во сколько раз активность иона отличается от его истинной концентрации в растворе сильного электролита.

Активность иона связана с его молярной концентрацией уравнением:

_± = f_±·с _± (5.3)

В бесконечно разбавленных растворах (с < 10^-4моль/л) концентрации ионов малы и межионным взаимодействием можно пренебречь: f_± 1; активности ионов можно приравнять их молярным концентрациям: _± =с _±.

Значение коэффициента активности иона зависит от:

1) концентрации данного иона;

2) температуры;

3) концентрации других ионов, присутствующих одновременно в растворе.

Для изучения влияния общей концентрации всех других ионов в растворе было введено понятие ионной силы I раствора электролита (Льюис, 1907).

Ионная сила раствора – мера межионного взаимодействия, величина, характе­ризующая интенсивность электростатического поля всех ионов в растворе, которая равна полусумме произведения молярной концентрации (с_±) каждого иона на величину его заряда (z_±), возведенную в квадрат:

I = ² (5.4)

Ионная сила раствора существенно возрастает при наличии в нем многозарядных ионов.

В разбавленных растворах зависимость между коэффициентом активности ионов f_±, их зарядом z_± и ионной силой I раствора описывается уравнением Дебая-Хюккеля:

(5.5)

C увеличением ионной силы раствора коэффициент активности данного иона (катиона или аниона) уменьшается. Если ионная сила раствора I > 0,15моль/дм³ то уравнениеДебая-Хюккеля имеет вид:

(5.6)

При решения расчетных задач значения коэффициентов активности ионов в растворах данной концентрации растворенного вещества берут из справочных таблиц или рассчитывают.

При работе с биологическими системами следует учитывать межионное взаимодействие. Незначительное увеличение ионной силы раствора вызывает изменение степени ионизации белков или нуклеиновых кислот, что приводит к изменению их конформации, а следовательно, и физиологических функций; например, ионная сила плазмы крови человека равна 0,15 моль/дм³, что должно быть учтено при приготовлении физиологических растворов. В растворах с высокой ионной силой вместо молярной концентрации катиона или аниона используют его активность (а_±).