Zobrazenie zdroja stránky Iónová sila

'''Iónová sila''' roztoku udáva účinok elektrický nábojov všetkých [[ión (častica)|iónov]] v danom roztoku.<ref name=":12">{{Citácia knihy|priezvisko=Bína|meno=Jaroslav|titul=Malá encyklopédia chémie|vydavateľ=Obzor|miesto=Bratislava|rok=1981|kapitola zborník=iónová sila|strany=343}}</ref> Po rozpustení vo vode sa [[Iónová väzba|iónové zlúčeniny]] disociujú na ióny. Celková koncentrácia [[elektrolyt|elektrolytov]] v roztoku ovplyvňuje dôležité vlastnosti, ako napríklad [[Disociácia (chémia)|disociačnú konštantu]] alebo [[rozpustnosť]] iných solí. Iónová sila je jednou z hlavných charakteristík roztoku s rozpustenými iónmi. Môže byť udávaná v [[Molarita|molárnej]] alebo [[Molalita|molálnej]] koncentrácii. 

Koncept iónovej sily bol prvýkrát predstavený v roku 1921 pri popisoch [[Aktivitný koeficient|aktivitných koeficientov]] silných elektrolytov.<ref>{{cite journal|doi=10.1021/ed081p750|title=The concept of ionic strength eighty years after its introduction in chemistry|journal=Journal of Chemical Education|volume=81|issue=5|pages=750|year=2004|last1=Sastre de Vicente|first1=Manuel E.|bibcode=2004JChEd..81..750S}}</ref>

==Výpočet iónovej sily==
'''Iónová sila''' roztoku, '''I''', je závislá na koncentrácii a [[Elektrický náboj|náboji]] všetkých prítomných iónov v danom roztoku. Je možné ju spočítať ako<ref name=":12" /> 

: <math>I = \begin{matrix}\frac{1}{2}\end{matrix}\sum_{i=1}^{n} c_i z_i^{2}</math>

kde jedna polovica zohľadňuje príspevok aniónov i katiónov, ''c''<sub>i</sub> je [[molárna koncentrácia]] iónu ''i'' (v mol/l) a ''z''<sub>i</sub> je náboj daného iónu. Suma zahŕňa všetky ióny prítomné v roztoku.<ref name=":12" /> 

Pre elektrolyty, kde každý ión má jednotkový náboj, ako sú napríklad [[chlorid sodný]] či [[chlorovodík]], je iónová sila rovná koncentrácii soli.<ref name=":12" /> Avšak napríklad pre [[síran horečnatý]], MgSO<sub>4</sub>, kde je každý ión nabitý dvakrát (Mg<sup>2+</sup> a SO<sub>4</sub><sup>2-</sup>), je iónová sila rovná štvornásobku ekvivalentnej koncentrácie chloridu sodného:<ref name=":12" />

: <math>I = \frac{1}{2}[c(+2)^2+c(-2)^2] = \frac{1}{2}[4c + 4c] = 4c</math>

Všeobecne teda platí, že ióny s vyšším nábojom (Ca<sup>2+</sup>, Fe<sup>3+</sup>, PO<sub>4</sub><sup>3-</sup>...) prispievajú k iónovej sile výraznejšie.

===Príklad výpočtu===
Iónovú silu možno výpočítať i pre zmesi roztokov. Pre roztok 0,050&nbsp;M Na<sub>2</sub>SO<sub>4</sub> a 0,020&nbsp;M  KCl bude iónová sila

: <math chem="">
\begin{align}
I & = \tfrac 1 2 \times 
\left[\begin{array}{l}
\{(\text{koncentrácia }\ce{Na2SO4}\text{ v M}) \times (\text{počet }\ce{Na+}) \times (\text{náboj }\ce{Na})^2\}\ + \\
\{(\text{koncentrácia }\ce{Na2SO4}\text{ v M}) \times (\text{počet }\ce{SO4^2-}) \times (\text{náboj }\ce{SO4})^2\} \ + \\
\{(\text{koncentrácia }\ce{KCl}\text{ v M}) \times (\text{počet }\ce{K+}) \times (\text{náboj }\ce{K})^2\}\ + \\
\{(\text{koncentrácia }\ce{KCl}\text{ v M}) \times (\text{počet }\ce{Cl-}) \times (\text{náboj }\ce{Cl})^2\}
\end{array}\right]
\\
& = \tfrac 1 2 \times [\{0,050 M \times 2 \times (+1)^2\} + \{0,050 M \times 1 \times (-2)^2\} + \{0,020 M \times 1 \times (+1)^2\} + \{0,020 M \times 1 \times (-1)^2\}] \\
& = 0,17 M
\end{align}
</math>

==Neideálne roztoky==
Keďže v neideálnych roztokoch nie sú objemy aditívne, často je lepšie namiesto molárnej koncentrácie využiť [[Molalita|molálnu koncentráciu]], teda ''b'' ([[látkové množstvo]] látky na kilogram rozpúšťadla). V tom prípade je možné iónovú silu vypočítať ako

: <math> I = \frac{1}{2}\sum_{{i}=1}^{n} b_{i}z_{i}^{2} </math>

kde ''i'' je  poradové číslo iónu, ''b'' je  molálna koncentrácia v mol/kg a ''z'' je náboj iónu. Výpočet je teda obdobný výpočtu v prípade molárnej koncentrácie.
==Význam==
Minerálna voda a slaná voda majú takisto často nezanedbateľnú iónovú silu práve vďaka tomu, že sú v nich prítomné rozpustené soli, čo výrazne ovplyvňuje ich vlastnosti.

=== Debye-Hückelova teória ===
Iónová sila je dôležitá v rámci [[Debye–Hückelova teória|Debye–Hückelovej teórie]], ktorá popisuje veľké odchýlky vznikajúce pri meraní iónových roztokov oproti popisu ideálnych roztokov.<ref name="Debye_Huckel_1923">{{Cite journal|last1=Debye|first1=P.|last2=Huckel|first2=E.|year=1923|title=Zur Theorie der Elektrolyte. I. Gefrierpunktserniedrigung und verwandte Erscheinungen|trans-title=The theory of electrolytes. I. Lowering of freezing point and related phenomena|journal=Physikalische Zeitschrift|volume=24|pages=185–206|url=http://electrochem.cwru.edu/estir/hist/hist-12-Debye-1.pdf|url-status=dead|archive-url=https://web.archive.org/web/20131102204230/http://electrochem.cwru.edu/estir/hist/hist-12-Debye-1.pdf|archive-date=2013-11-02}} {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20131102204230/http://electrochem.cwru.edu/estir/hist/hist-12-Debye-1.pdf |date=2013-11-02 }}</ref><ref>{{Cite book|last1=Skoog|first1=D.A.|last2=West|first2=D.M.|last3=Holler|first3=F.J.|last4=Crouch|first4=S.R.|year=2004|title=Fundamentals of analytical chemistry|publisher=Brooks/Cole Pub Co|isbn=0-03-058459-0|url-access=registration|url=https://archive.org/details/fundamentalsofa00skoo}}</ref> Iónová sila umožňuje vypočítať [[stredný aktivitný koeficient]]<ref name=":12" />

: <math>\log \gamma_\pm = -Axy\sqrt{I}</math>

kde <math>\gamma_\pm</math> je stredný aktivitný koeficient, ''A'' je [[konštanta]] (jej hodnota je 0,509 pre [[vodný roztok]] pri 25 °C<ref name=":0">{{Citácia knihy|edícia=9th ed.|titul=Physical chemistry.|url=https://www.worldcat.org/oclc/475435086|vydavateľ=W.H. Freeman and Co|rok=2010|miesto=New York|isbn=978-1-4292-1812-2|meno=P. W.|priezvisko=Atkins|strany=195-198}}</ref><ref>{{Citácia elektronického dokumentu|titul=Meziiontové interakce|url=https://is.muni.cz/do/rect/el/estud/prif/js11/fyz_chem/web/elektrochem/interakce.htm|vydavateľ=is.muni.cz|dátum prístupu=2022-11-03}}</ref>), ''x'' a ''y'' sú počty katiónov a aniónov [[Elektrolyt|elektrolytu]] (ktorého vzorec je K<sub>x</sub>A<sub>y</sub>) a ''I'' je iónová sila. Aktivitný koeficient je teda zhodný vo všetkých roztokoch s rovnakou iónovou silou. Tento zákon však platí len pre relatívne zriedené roztoky, kde I < 0,02 M.<ref name=":12" /> Alternatívne sa tento vzťah uvádza ako<ref name=":0" />

: <math>\log \gamma_\pm = -|z_{+} z_{-} |A\sqrt{I}</math>

kde ''z<sub>+</sub>'' a ''z<sub>-</sub>'' sú náboje katiónu a aniónu elektrolytu. Tento vzťah sa nazýva [[Debye-Hückelov limitný zákon]]. Označuje sa ako limitný, pretože platí len pre malé koncentrácie a pri vyšších koncentráciách nastáva poznateľný rozdiel, ktorý však opravujú korekcie v [[Rozšírený Debye-Hückelov zákon|rozšírenom Debye-Hückelovom zákone]].<ref name=":0" /><ref>{{Citácia knihy|titul=Debye-Hückel Equation|url=https://doi.org/10.1007/978-3-319-39193-9_61-1|vydavateľ=Springer International Publishing|rok=2016|miesto=Cham|isbn=978-3-319-39193-9|doi=10.1007/978-3-319-39193-9_61-1|strany=1–3|jazyk=en|poznámka=DOI: 10.1007/978-3-319-39193-9_61-1|meno=Jay R.|priezvisko=Black}}</ref>

=== Elektrická dvojvrstva ===
Iónová sila je takisto dôležitá v teórii [[Elektrická dvojvrstva|elektrickej dvojvrstvy]],<ref name=":1">{{Citácia knihy|titul=Chapter 2 - Fundamentals of Interface and Colloid Science|url=https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/B9780444639080000028|vydavateľ=Elsevier|rok=2017-01-01|isbn=978-0-444-63908-0|doi=10.1016/b978-0-444-63908-0.00002-8|strany=19–83|jazyk=en|poznámka=DOI: 10.1016/B978-0-444-63908-0.00002-8|meno=Andrei S.|priezvisko=Dukhin|meno2=Philip J.|priezvisko2=Goetz}}</ref> vznikajúcej napríklad pri meraní elektrických vlastností roztokov na rozhraní [[Elektróda|elektródy]] a roztoku, a pridružených elektrokinetických fenoménoch a elektroakustických fenoménoch v koloidných a iných heterogénnych roztokoch. Konkrétne, [[Debyeova dĺžka]], ktorá je prevrátenou hodnotou Debyeovho parametra (''κ''), je nepriamo úmerná odmocnine iónovej sily.<ref name=":1" /> Debyeova dĺžka popisuje mieru elektrostratického efektu nosiča náboja a to, ako ďaleko tento náboj pôsobí,<ref>{{cite journal|url=http://digital.library.wisc.edu/1793/79225|last1=Debye|first1=P.|last2=Hückel|first2=E.|orig-year=1923|trans-title=The theory of electrolytes. I. Freezing point depression and related phenomenon|title=Zur Theorie der Elektrolyte. I. Gefrierpunktserniedrigung und verwandte Erscheinungen|journal=[[Physikalische Zeitschrift]]|volume=24|issue=9|pages=185–206|translator-first=Michael J.|translator-last=Braus|year=2019}}{{Nedostupný zdroj|date=január 2025 |bot=InternetArchiveBot |fix-attempted=yes }}</ref> a vyjadruje tak šírku elektrickej dvojvrstvy.<ref name=":1" /> Zvyšovanie koncentrácie alebo náboja protiiónu (teda zvyšovaním iónovej sily) sa zmenšuje šírku dvojvrstvy, čo vedie k zvýšeniu gradientu elektrického potenciálu.

=== Vodivosť roztokov ===
Pridanie indiferentného (nereagujúceho) elektrolytu má za následok zvýšenie vodivých vlastností roztoku, čo sa uplatňuje napríklad vo [[Voltametria|voltametrii]] alebo [[Ampérometria|ampérometrii]]. Týmto sa minimalizuje rozdielnosť aktivity rôznych stanovovaných iónov a znižuje chyba merania.<ref>{{Citácia elektronického dokumentu |titul=What is Ionic Strength Adjuster and Why is it Added to Samples and Standards for ISE Sensors? |url=https://www.nexsens.com/knowledge-base/technical-notes/faq/what-is-ionic-strength-adjuster-and-why-is-it-added-to-samples-and-standards-for-ise-sensors.htm |dátum prístupu=2021-01-20 |url archívu=https://web.archive.org/web/20210128060338/https://www.nexsens.com/knowledge-base/technical-notes/faq/what-is-ionic-strength-adjuster-and-why-is-it-added-to-samples-and-standards-for-ise-sensors.htm |dátum archivácie=2021-01-28 }}</ref> Typicky sa využíva [[chlorid draselný]] alebo [[chloristan sodný]],<ref>[https://www.sciencedirect.com/topics/chemistry/ionic-strength Ionic Strength]</ref> je však možné využiť i iné elektrolyty.

=== Rovnovážna konštanta ===
Roztoky s vysokou iónovou silou sa používajú v stanovení [[Rovnovážna konštanta|rovnovážnych konštánt]], aby sa minimalizovali zmeny [[Aktivitný koeficient|aktivitných koeficientov]] rozpustených látok pri nízkych koncentráciách počas [[Titrácia|titrácie]].<ref>{{Citácia periodika|titul=Effect of Ionic Strength on Equilibrium Constants|url=https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ed054p225|periodikum=Journal of Chemical Education|dátum=1977-04|dátum prístupu=2022-11-03|ročník=54|číslo=4|strany=225|issn=0021-9584|doi=10.1021/ed054p225|jazyk=en|meno=M. D.|priezvisko=Seymour|meno2=Quintus|priezvisko2=Fernando}}</ref> 

==Referencie==
{{Reflist}}

==Zdroj==
{{portál|Fyzika||Chémia}}
{{Preklad| jazyk =en| článok =Ionic strength| revízia =1001643603}}

[[Kategória:Fyzikálne veličiny]]
[[Kategória:Elektrochémia]]
[[Kategória:Chemické veličiny]]
[[Kategória:Koloidná chémia]]