Активность и ионная сила растворов электролитов.

Для оценки способности ионов сильных электролитов вступать в химические реакции введено понятие «активность».

Активность (а) - эффективная (кажущаяся) концентрация иона в водном растворе с учётом электростатического взаимодействия между ионами, соответственно которой он вступает в химические взаимодействия.

Мерой отклонения свойств реальных растворов от идеальных является коэффициент активности f - отношение активности (а) к истинной концентрации иона (С):

fa = а/С

В идеальных и близких к ним растворах межионное взаимодействие практически отсутствует. Для таких растворов f ® 1, а ® С.

Отклонение реальных растворов от идеальных зависит не только от концентрации ионов, но и от величины их заряда. Оба эти фактора учитывает величина, называемая ионной силой раствора (m, I) равная полусумме произведения молярной концентрации всех ионов в растворе на квадрат заряда каждого иона:

Единица измерения «а» и «С» - моль/дм (моль/л), коэффициент активности и ионная сила раствора не имеют размерности.

Для данной ионной силы коэффициенты активности ионов можно найти в справочной химической литературе или расчётным путем.

Для растворов с ионной силой 0,01 - 0,2 коэффициенты активности можно рассчитать по уравнению Дебая - Хюккеля:

 

 

Для растворов с ионной силой 0,0005 - 0,01 коэффициенты активности вычисляют по формуле:

 

 

Если ионная сила раствора меньше 0,0005, коэффициенты активности близки к единице, и для расчета можно пользоваться не активностями, а молярными концен­трациями ионов.

 

Примеры решения задач по определению активной

Концентрации раствора и ионной силы.

Алгоритм решения

1. Написать уравнение диссоциации сильного электролита.

2. Определить молярную концентрацию соответствующих ионов в растворе.

3. Вычислить ионную силу раствора.

4. Рассчитать или найти значения коэффициентов активности в справочной литературе.

5. Рассчитать активность соответствующих ионов.

Пример 1. Рассчитать ионную силу 0,005 М раствора CaCl₂ и коэффициенты активности ионов Са⁺² и 2Cl^-

Решение:

Согласно уравнению диссоциации ; концентрация ионов Са⁺² равна 5^.10^-3 моль/л, а ионов Сl^- =1^.10^-2. Ионную силу раствора рассчитывают по формуле:

Коэффициенты активностей ионов определяют по формуле: ; ; ;

следовательно, активность ионов вычисляется по формуле: ;

 

Пример 2. Рассчитать активность ионов в растворе хлорида цинка с концентрацией 0,005 моль/дм³

Решение.

1. ZnCl₂ Û Zn²⁺ + 2Cl^-

2. C_Zn2+ = 0.005 моль/дм³; С_Cl- = 2C_Zn2+ = 2 • 0,005 = 0,01 моль/дм³

3. I = ½ (C_Zn2+•2² + С_Cl- •1² = ½ (0,005 • 4 + 0,010 • 1) = 0,015

4. f_Zn2+ = 0,64; f_Cl- = 0,88 – находят по таблицам справочника Ю.Ю.Лурье или рассчитывают так как в примере 1.

5. a_Zn2+ =f C= 0,64• 0,005 = 3,2*10^-3 моль/дм³

a_Cl- = f C = 0,88•0,010 = 8,8*10^-3 моль/дм³

Пример 3. Рассчитать активность ионов Na⁺ и SO₄^2- в растворе, в

1 дм³ которого содержится 0,005 моль Na₂SO₄ и 0,002 моль СН₃СООН.

Решение.

10' моль/дм

V- Na₂SO₄ Û 2Na⁺ + SO₄^2-

Ионизацией молекул уксусной кислоты пренебрегают, так как слабые электролиты не вносят существенного вклада в ионную силу.

2. C_Na+ = 2 • 0,005 = 0,01 моль/дм³; C _SO4 = 0,005 моль/дм³

3. I = ½ (0,01 • 1² + 0,005 • 2²) = 0,015

4. f_Na+ = 0,89•0,01 = 8,9*10^-3моль/дм³;

f_SO4 = 0,63•0,05 = 3,15*10^-3моль/дм³ – находят по таблицам справочника Ю.Ю.Лурье или рассчитывают так как в примере 1.

 

Пример 4. Рассчитать ионную силу раствора, полученного при смешивании равных объёмов 0,3 моль/дм³ растворов карбоната, хлорида и гидроксида аммония.

Решение.

(NН₄)₂СО₃ Û 2NH₄⁺ + СО₃^2-

NH₄CI Û NH₄⁺ + С1^-