Forza ionica

 Nel calcolo di una costante di equilibrio vengono usate le concentrazioni delle varie specie mentre al posto delle concentrazioni andrebbero usate le calcolo della costante di equilibrio.

Infatti, a causa delle forze di attrazione o di repulsione tra gli ioni presenti le soluzioni non si comportano in modo ideale.

Tali forze impediscono a un numero più o meno elevato di ioni di essere indipendenti l’uno dall’altro e, pertanto, non tutti gli ioni derivanti dalla dissociazione del soluto possono partecipare a un dato fenomeno come un equilibrio o un processo cinetico, per cui la massa attiva (attività) del soluto è minore della concentrazione analitica iniziale.

L’attività rappresenta quindi l’effettiva concentrazione di un soluto in soluzione, cioè l’effettivo numero di particelle che prendono parte attiva a un dato fenomeno. Fra la concentrazione molare C di un soluto e la sua attività a esiste la relazione:

a = γ ∙ C

dove γ è il coefficiente di attività del soluto i cui valori sono compresi tra 0 e 1.

L’attività di ciascuna specie può essere misurata per tutte le soluzioni. Ad esempio quando si misura il pH di una soluzione tramite un pHmetro si misura l’attività degli ioni H⁺ e non la concentrazione degli ioni H⁺.

L’aggiunta di un sale inerte alla soluzione acida porta a una variazione di pH in quanto l’attività degli ioni H⁺ varia a causa della presenza di ioni positivi e negativi dovuti alla dissociazione del sale.

Per calcolare le attività degli ioni presenti in soluzione si utilizza l’equazione di Debye- Hückel che prevede, come primo passaggio, il calcolo della forza ionica.

La forza ionica indicata I  esprime l’intensità del campo elettrico generato dalle cariche in una soluzione elettrolitica ed è espressa dall’equazione:
I = ½ Σ C_iz_i²

dove C è la concentrazione molare dello ione i-esimo e z_i la sua carica.

Tanto più una soluzione è concentrata, tanto più gli ioni in essa presenti sono soggetti ad interazioni reciproche ed hanno quindi minore libertà individuale.

In soluzioni molto diluite, in cui la forza ionica è minima e il coefficiente di attività è uguale a 1 quindi l’attività e la concentrazione molare sono identiche

A forze ioniche elevate i coefficienti di attività spesso aumentano e possono anche diventare maggiori di 1.