Die Ionenstärke (I) ist eine physikalisch-chemische Standardgröße, die misst, wie dicht und wie hoch geladen die Ionen in einer Lösung sind. Es ist der wichtigste Input für die Schätzung von Aktivitätskoeffizienten mithilfe der Debye-Hückel-Gleichung, für die Vorhersage von Löslichkeitsverschiebungen (Einsalz-/Aussalzeffekt) und für die Charakterisierung von Puffern, Meerwasser und physiologischen Flüssigkeiten.
So funktioniert der Ionenstärke-Rechner
Der Rechner implementiert die Standarddefinition I = ½Σcᵢzᵢ² und summiert über jedes von Ihnen eingegebene Ion. Der Beitrag jedes Ions beträgt ½cᵢzᵢ² in mol/L; Der ½-Faktor ist konventionell, sodass jede paarweise Ionenwechselwirkung einmal und nicht zweimal gezählt wird. Da der Ladungsterm quadratisch ist, trägt ein doppelt geladenes Ion (z = 2) viermal so viel pro Mol bei wie ein einfach geladenes Ion bei derselben Konzentration – weshalb 0,1 M MgCl₂ (I = 0,3 Mol/L) die dreifache Ionenstärke von 0,1 M NaCl (I = 0,1 Mol/L) hat, obwohl beide 0,1 Molar sind.
Eingaben und was sie bedeuten
Jedes Ion benötigt eine Konzentration in mol/L und eine vorzeichenbehaftete Ladungszahl. Konzentration ist immer nicht negativ; Die Ladung trägt ein Vorzeichen (positiv für Kationen, negativ für Anionen), aber da die Formel sie quadriert, ändert das Vorzeichen selbst den Beitrag nicht, sondern nur die Größe. Geben Sie auf der Registerkarte „Aus einem Salz“ die molare Konzentration des Salzes ein und der Rechner wendet den korrekten stöchiometrischen Multiplikator für jedes vom Salz freigesetzte Ion an (z. B. CaCl₂ → 1 Mol Ca²⁺ + 2 Mol Cl⁻ pro Mol gelöstes Salz).
Grenzen und Randfälle
Dieser Rechner geht von einer vollständigen Dissoziation aus, was eine hervorragende Näherung für starke Elektrolyte (Kochsalze, starke Säuren, starke Basen) ist, überbewertet jedoch die Ionenstärke für schwache oder teilweise dissoziierte Spezies, bei denen nur ein Bruchteil der gelösten Formeleinheiten tatsächlich in freie Ionen aufgespalten wird. Es behandelt außerdem jede aufgeführte Konzentration als bereits bekannt und korrekt – es berücksichtigt keine Ionenpaarung, Komplexierung oder Aktivitätseffekte bei hoher Ionenstärke, bei denen die einfache Additivformel und nachgeschaltete Modelle wie das Debye-Hückel-Grenzgesetz (genau unter etwa I = 0,01 mol/L) zu versagen beginnen. Für konzentrierte oder komplexe Lösungen sind spezielle Aktivitätskoeffizientenmodelle (Davies-Gleichung, Pitzer-Gleichungen) geeigneter als der reine Ionenstärkewert.