2. Сильные электролиты. Активность ионов

Электролиты, практически полностью диссоциирующие в водных

растворах, называются сильными электролитами. К сильным

электролитам относятся: большинство солей, которые уже в

кристаллическом состоянии построены из ионов, гидроксиды щелочных

и щелочноземельных металлов, некоторые кислоты (НС1,

HBr, HI, НСЮ4, HN03).

В растворах сильных электролитов концентрация ионов довольно

велика, так что силы межионного взаимодействия заметно проявляются

даже при малой концентрации электролита. В результате

ионы оказываются не вполне свободными в своем движении, и

все свойства электролита, зависящие от числа ионов, проявляются

слабее, чем следовало бы ожидать при полной диссоциации электролита

на не взаимодействующие между собой ионы. Поэтому для

описания состояния ионов в растворе пользуются, наряду с концентрацией

ионов, их активностью, т. е. условной (эффективной)

концентрацией ионов, в соответствии с которой они действуют в

химических процессах. Активность иона а (моль/л) связана с его

молекулярной концентрацией в растворе См соотношением:

а = fCM.

Здесь / — коэффициент активности иона (безразмерная величина).

Коэффициенты активности ионов зависят от состава и концентрации

раствора, от заряда и природы иона и от других условий.

Однако в разбавленных растворах (См ^ 0 , 5 моль/л) природа иона

слабо сказывается на значении его коэффициента активности.

Приближенно можно считать, что в разбавленных растворах коэффициент

активности иона в данном растворителе зависит только

от заряда иона и ионной силы раствора / , которая равна полу су м-

, ме произведений концентрации См каждого иона на квадрат его

заряда z:

п

I = OMCizf + C2z2

2 + --- + Cnz2

n) = 0,5 J2С^г •

i=i

В табл. 7 приложения приведены значения коэффициентов активности

ионов в разбавленных растворах в зависимости от их

заряда и ионной силы раствора. Приближенно коэффициент активности

иона в разбавленном растворе можно также вычислить

по формуле: l g / = — 0,Ьг2л/1.

Пример 1. Вычислить ионную силу и активность ионов в растворе, содержащем

0,01 моль/л MgS04 и 0,01 моль/л MgCh-

Р е ш е н и е . Ионная сила раствора равна:

I = 0,5 ( c M g 2 + • 22 + CSQ2- + С с , - • I 2 ) =

= 0,5 (0,02 • 4 + 0,01 • 4 + 0,02) = 0,07 .

Коэффициент активности иона Mg2 + (и равный ему коэффициент активности

иона S 0 4

_ ) найдем по формуле:

l g / — -0,5z2V7 = -0,5 -A^/0fi7 = -0,53 = 1,47; / = 0,30.

Аналогично находим коэффициент активности иона С1—:

l g / = -0,5 - 1^/0^07 = -0,13 = 1,87; / = 0,74.

Теперь, пользуясь соотношением а = / С м , находим активность каждого иона:

aMg2+ = 0,02 • 0,30 = 0,006 моль/л;

а„п2- = 0,01 • 0,30 = 0,003 моль/л;

аС1_ = 0,02 • 0,74 = 0,0148 моль/л.

З а д а ч и*

529. Вычислить приближенное значение активности ионов К+

и S0^~ 0,01 М растворе K2S04.

530. Вычислить приближенное значение активности ионов Ва2+

и С1~ в 0,002 н. растворе ВаС12.

531. Найти приближенное значение коэффициента активности

иона водорода в 0,0005 М растворе H2SO4, содержащем, кроме

того, 0,0005 моль/л НС1. Считать, что серная кислота полностью

диссоциирует по обеим ступеням.

532. Вычислить ионную силу и активность ионов в растворе,

содержащем 0,01 моль/л Са(]ЧОз)2 и 0,01 моль/л СаС12.

533. Вычислить ионную силу и активность ионов в 0,1%-ном (по

массе) растворе ВаС12. Плотность раствора принять равной единице.

534. Рассчитать активность иона водорода в 0,005 н. растворе

НС1, содержащем, кроме того, 0,15 моль/л NaCl.

535. Найти приближенные значения коэффициентов активности

ионов С1_, SO4- , РС>4~ и [Fe (CN)6]4~ в растворе с ионной

силой 0,0001.