Forza ionica: equazione, attività

La forza ionica è una grandezza che serve ad esprimere l’intensità del campo elettrico di una soluzione elettrolitica.
Nel calcolo di una costante di equilibrio sono usate le concentrazioni delle varie specie mentre al posto delle concentrazioni andrebbero usate le attività

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. Pertanto non tutti gli ioni derivanti dalla dissociazione del soluto possono partecipare a un dato fenomeno come un equilibrio o un processo cinetico.

Attività

Si verifica quindi che 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.

Equazione

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.