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Ionenstärke Die Formelzeichen I displaystyle I in der älteren Literatur auch µ einer Lösung ist ein Maß für die elektris

Ionenstärke

Die Ionenstärke (Formelzeichen , in der älteren Literatur auch µ) einer Lösung ist ein Maß für die elektrische Feldstärke aufgrund gelöster Ionen. Die chemische Aktivität gelöster Ionen und die Leitfähigkeit von Elektrolyt-Lösungen stehen mit ihr im Zusammenhang.

Gemäß den Empfehlungen der IUPAC kann die Ionenstärke sowohl über die Stoffmengenkonzentration als auch über die Molalität der gelösten Ionen definiert werden:

mit

Da die Ionenladung im Quadrat in die Ionenstärke eingeht, liefert ein zweifach geladenes Ion im Vergleich zu einem einwertigen Ion bei gleicher Konzentration den vierfachen Beitrag zur Ionenstärke.

Beispiele Bearbeiten

Bei einfach geladenen Ionen ist die Ionenstärke bei vollständig dissoziierten Elektrolyten gleich der Salzkonzentration. Für eine Kochsalzlösung mit (NaCl) = 0,001 mol/l beträgt die Konzentration der beiden Ionensorten Na+ und Cl− ebenfalls 0,001 mol/l. Die Ionenstärke ist wegen (Na+) = 1 und (Cl−) = −1:

Bei einem 1:2-wertigen oder 2:1-wertigen Elektrolyten, beispielsweise bei Calciumchlorid, ist die Ionenstärke gleich der dreifachen Salzkonzentration. Beispielsweise gilt für Calciumchlorid mit den Ladungszahlen (Ca2+) = 2 und (Cl−) = −1 sowie den Stöchiometrieverhältnissen (CaCl2) = (Ca2+) = (Cl−):

Bedeutung Bearbeiten

Die Ionenstärke wurde bei der Entwicklung der Debye-Hückel-Theorie als praktikable Größe in die Elektrochemie eingeführt. Diese Theorie zeigt, dass die mittleren Aktivitätskoeffizienten in verdünnten Lösungen von der Wurzel der Ionenstärke abhängen, und liefert beispielsweise für verdünnte wässrige Lösungen bei 25 °C folgende Formel:

mit

Literatur Bearbeiten

  • Anwendung der Ionenstärke I in der Kohlrausch-Quadratwurzelgleichung zur Berechnung von Äquivalentleitfähigkeiten sowie Berechnung von Aktivitätskoeffizienten von Ionen in Salzlösungen; In: Kunze/Schwedt: Grundlagen der qualitativen und quantitativen Analyse, Thieme Verlag Stuttgart, 1996, S. 270 sowie 47, ISBN 3-13-585804-9

Einzelnachweise Bearbeiten

  1. G. N. Lewis, M. Randall, J. Am. Chem. Soc., 43, 1921, 1112.
  2. S. Glasstone, An Introduction To Electrochemistry, 2007, 140.
  3. Pure Appl. Chem., 68(4), 1996, 957.
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Veröffentlichungsdatum:
Die Ionenstarke Formelzeichen I displaystyle I in der alteren Literatur auch µ einer Losung ist ein Mass fur die elektrische Feldstarke aufgrund geloster Ionen 1 2 Die chemische Aktivitat geloster Ionen und die Leitfahigkeit von Elektrolyt Losungen stehen mit ihr im Zusammenhang Gemass den Empfehlungen der IUPAC 3 kann die Ionenstarke sowohl uber die Stoffmengenkonzentration als auch uber die Molalitat der gelosten Ionen definiert werden I c 1 2 i c i z i 2 displaystyle I c begin matrix frac 1 2 end matrix cdot sum i c i cdot z i 2 I b 1 2 i b i z i 2 displaystyle I b begin matrix frac 1 2 end matrix cdot sum i b i cdot z i 2 mit c i displaystyle c i Stoffmengenkonzentration der Ionensorte i displaystyle i in mol l b i displaystyle b i Molalitat der Ionensorte i displaystyle i in mol kg z i displaystyle z i Ladungszahl der Ionensorte i displaystyle i Da die Ionenladung im Quadrat in die Ionenstarke eingeht liefert ein zweifach geladenes Ion im Vergleich zu einem einwertigen Ion bei gleicher Konzentration den vierfachen Beitrag zur Ionenstarke Inhaltsverzeichnis 1 Beispiele 2 Bedeutung 3 Literatur 4 EinzelnachweiseBeispiele BearbeitenBei einfach geladenen Ionen ist die Ionenstarke bei vollstandig dissoziierten Elektrolyten gleich der Salzkonzentration Fur eine Kochsalzlosung mit c displaystyle c nbsp NaCl 0 001 mol l betragt die Konzentration der beiden Ionensorten Na und Cl ebenfalls 0 001 mol l Die Ionenstarke ist wegen z displaystyle z nbsp Na 1 und z displaystyle z nbsp Cl 1 I N a C l 1 2 z 2 N a c N a z 2 C l c C l 1 2 1 2 c N a C l 1 2 c N a C l c N a C l I 1 2 1 2 0 001 m o l l 1 2 0 001 m o l l 1 2 0 001 m o l l 0 001 m o l l 0 001 m o l l displaystyle begin aligned I mathrm NaCl amp begin matrix frac 1 2 end matrix cdot z 2 mathrm Na cdot c mathrm Na z 2 mathrm Cl cdot c mathrm Cl amp begin matrix frac 1 2 end matrix cdot 1 2 cdot c mathrm NaCl 1 2 cdot c mathrm NaCl amp c mathrm NaCl Downarrow amp I amp begin matrix frac 1 2 end matrix cdot 1 2 cdot 0 001 mathrm mol l 1 2 cdot 0 001 mathrm mol l amp begin matrix frac 1 2 end matrix cdot 0 001 mathrm mol l 0 001 mathrm mol l amp 0 001 mathrm mol l end aligned nbsp Bei einem 1 2 wertigen oder 2 1 wertigen Elektrolyten beispielsweise bei Calciumchlorid ist die Ionenstarke gleich der dreifachen Salzkonzentration Beispielsweise gilt fur Calciumchlorid mit den Ladungszahlen z displaystyle z nbsp Ca2 2 und z displaystyle z nbsp Cl 1 sowie den Stochiometrieverhaltnissen c displaystyle c nbsp CaCl2 c displaystyle c nbsp Ca2 c 2 displaystyle textstyle frac c 2 nbsp Cl I C a C l 2 1 2 z 2 C a 2 c C a 2 z 2 C l c C l 1 2 2 2 c C a C l 2 1 2 2 c C a C l 2 1 2 6 c C a C l 2 3 c C a C l 2 displaystyle begin aligned I mathrm CaCl 2 amp frac 1 2 cdot z 2 mathrm Ca 2 cdot c mathrm Ca 2 z 2 mathrm Cl cdot c mathrm Cl amp frac 1 2 cdot 2 2 cdot c mathrm CaCl 2 1 2 cdot 2 cdot c mathrm CaCl 2 amp frac 1 2 cdot 6 cdot c mathrm CaCl 2 amp 3 cdot c mathrm CaCl 2 end aligned nbsp Bedeutung BearbeitenDie Ionenstarke wurde bei der Entwicklung der Debye Huckel Theorie als praktikable Grosse in die Elektrochemie eingefuhrt Diese Theorie zeigt dass die mittleren Aktivitatskoeffizienten g displaystyle gamma nbsp in verdunnten Losungen von der Wurzel der Ionenstarke abhangen und liefert beispielsweise fur verdunnte wassrige Losungen bei 25 C folgende Formel lg g A z z I displaystyle lg gamma A cdot left vert z cdot z right vert cdot sqrt I nbsp mit A 0 509 9 d m 3 2 m o l 1 2 displaystyle A 0 5099 mathrm dm frac 3 2 cdot mol frac 1 2 nbsp dd Literatur BearbeitenAnwendung der Ionenstarke I in der Kohlrausch Quadratwurzelgleichung zur Berechnung von Aquivalentleitfahigkeiten sowie Berechnung von Aktivitatskoeffizienten von Ionen in Salzlosungen In Kunze Schwedt Grundlagen der qualitativen und quantitativen Analyse Thieme Verlag Stuttgart 1996 S 270 sowie 47 ISBN 3 13 585804 9Einzelnachweise Bearbeiten G N Lewis M Randall J Am Chem Soc 43 1921 1112 S Glasstone An Introduction To Electrochemistry 2007 140 Pure Appl Chem 68 4 1996 957 Abgerufen von https de wikipedia org w index php title Ionenstarke amp oldid 196432774