Calcul de la force ionique d’une solution
Comprendre le Calcul de la force ionique d’une solution
Dans un laboratoire de chimie, un technicien prépare une solution pour analyser son comportement électrochimique. Pour cela, il est essentiel de connaître la force ionique de la solution, car elle affecte la mobilité des ions et la stabilité des complexes en solution. La solution en question est une mixture d’ions sodium (Na\(^+\)), chlorure (Cl\(^-\)), et sulfate (SO\(_4^{2-}\)).
Données fournies :
- Concentration de Na\(^+\) = 0.150 mol/L
- Concentration de Cl\(^-\) = 0.100 mol/L
- Concentration de SO\(_4^{2-}\) = 0.050 mol/L
Question :
Calculez et discutez comment la force ionique de cette solution pourrait influencer les réactions chimiques, en particulier la précipitation des sels et la mobilité ionique. Utilisez vos calculs pour prédire les modifications potentielles dans le comportement de la solution lors d’une électrolyse.
Correction : Calcul de la force ionique d’une solution
Étape 1 : Compréhension des données
Les concentrations des ions dans la solution sont les suivantes :
- Sodium (Na\(^+\)) : \(0.150 \, \text{mol/L}\)
- Chlorure (Cl\(^-\)) : \(0.100 \, \text{mol/L}\)
- Sulfate (SO\(_4^{2-}\)) : \(0.050 \, \text{mol/L}\)
Étape 2 : Application de la formule de la force ionique
La force ionique (I) est calculée par la formule :
\[ I = \frac{1}{2} \sum c_i z_i^2 \]
où \(c_i\) est la concentration molaire de l’ion \(i\) et \(z_i\) est la charge de cet ion.
Calculs pour chaque ion
Pour Na\(^+\) (charge +1) :
- Contribution de Na\(^+\) à la force ionique :
\[ I_{Na^+} = c_{Na^+} \times (z_{Na^+})^2 \] \[ I_{Na^+} = 0.150 \, \text{mol/L} \times 1^2 \] \[ I_{Na^+} = 0.150 \, \text{mol/L} \]
Pour Cl\(^-\) (charge -1) :
- Contribution de Cl\(^-\) à la force ionique :
\[ I_{Cl^-} = c_{Cl^-} \times (z_{Cl^-})^2 \] \[ I_{Cl^-} = 0.100 \, \text{mol/L} \times 1^2 \] \[ I_{Cl^-} = 0.100 \, \text{mol/L} \]
Pour SO\(_4^{2-}\) (charge -2) :
- Contribution de SO\(_4^{2-}\) à la force ionique :
\[ I_{SO_4^{2-}} = c_{SO_4^{2-}} \times (z_{SO_4^{2-}})^2 \] \[ I_{SO_4^{2-}} = 0.050 \, \text{mol/L} \times 2^2 \] \[ I_{SO_4^{2-}} = 0.200 \, \text{mol/L} \]
Étape 3 : Calcul de la force ionique totale
La somme des contributions individuelles est :
- Somme des contributions:
\[ = I_{Na^+} + I_{Cl^-} + I_{SO_4^{2-}} \] \[ = 0.150 + 0.100 + 0.200 \] \[ = 0.450 \, \text{mol/L} \]
La force ionique totale est alors :
\[ I = \frac{1}{2} \times \text{Somme des contributions} \] \[ I = \frac{1}{2} \times 0.450 \] \[ I = 0.225 \, \text{mol/L} \]
Étape 4 : Discussion des implications
La force ionique de \(0.225 \, \text{mol/L}\) indique une concentration modérée d’ions en solution. Cette force ionique peut influencer divers aspects de la solution, tels que :
- Mobilité des ions : Une force ionique plus élevée peut réduire la mobilité des ions due à l’augmentation de l’interaction ionique.
- Stabilité des complexes : Des ions plus stables peuvent se former dans des solutions de force ionique plus élevée, affectant les équilibres chimiques.
- Réactions de précipitation : La solubilité des sels peut être affectée, avec potentiellement moins de précipitation de certains sels en raison de l’effet d’écran entre les ions.
Calcul de la force ionique d’une solution
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