Force ionique - Ionic strength

La force ionique d'une solution est une mesure de la concentration d' ions dans cette solution. Les composés ioniques , lorsqu'ils sont dissous dans l'eau, se dissocient en ions. La concentration totale d' électrolyte en solution affectera des propriétés importantes telles que la constante de dissociation ou la solubilité de différents sels . L'une des principales caractéristiques d'une solution avec des ions dissous est la force ionique. La force ionique peut être molaire (solution mol / L) ou molalité (mol / kg de solvant) et pour éviter toute confusion les unités doivent être indiquées de manière explicite. Le concept de force ionique a été introduit pour la première fois par Lewis et Randall en 1921 en décrivant les coefficients d'activité des électrolytes forts .

Quantification de la force ionique

La force ionique molaire , I , d'une solution est fonction de la concentration de tous les ions présents dans cette solution .

où une moitié est parce que nous sommes comprenant à la fois des cations et des anions , c i est la concentration molaire de l' ion i (M, mol / L), z i est le responsable numéro de cet ion, et la somme est prise sur toutes les ions dans le solution. Pour un électrolyte 1:1 tel que le chlorure de sodium , où chaque ion est chargé individuellement, la force ionique est égale à la concentration. Pour l'électrolyte MgSO 4 , cependant, chaque ion est doublement chargé, ce qui conduit à une force ionique quatre fois supérieure à une concentration équivalente de chlorure de sodium :

En général, les ions multivalents contribuent fortement à la force ionique.

Exemple de calcul

Comme exemple plus complexe, la force ionique d'une solution mixte 0,050 M dans Na 2 SO 4 et 0,020 M dans KCl est :

Des solutions non idéales

Parce que dans les solutions non idéales les volumes ne sont plus strictement additifs, il est souvent préférable de travailler avec la molalité b (mol/kg de H 2 O) plutôt que la molarité c (mol/L). Dans ce cas, la force ionique molaire est définie comme :

dans lequel

i = numéro d'identification ionique
z = charge d'ion

Importance

La force ionique joue un rôle central dans la théorie de Debye-Hückel qui décrit les forts écarts par rapport à l'idéalité généralement rencontrés dans les solutions ioniques. Il est également important pour la théorie de la double couche et les phénomènes électrocinétiques et les phénomènes électroacoustiques associés dans les colloïdes et autres systèmes hétérogènes . Autrement dit, la longueur de Debye , qui est l'inverse du paramètre de Debye ( de κ ), est inversement proportionnelle à la racine carrée de la force ionique. La force ionique molaire et molaire a été utilisée, souvent sans définition explicite. La longueur de Debye est caractéristique de l'épaisseur de la double couche. L'augmentation de la concentration ou de la valence des contre - ions comprime la double couche et augmente le gradient de potentiel électrique .

Des milieux de force ionique élevée sont utilisés dans la détermination de la constante de stabilité afin de minimiser les changements, lors d'un titrage, du quotient d'activité des solutés à des concentrations plus faibles. Les eaux naturelles telles que l'eau minérale et l' eau de mer ont souvent une force ionique non négligeable en raison de la présence de sels dissous qui affecte considérablement leurs propriétés.

Voir également

Liens externes

Les références