Что такое коэффициент активности

Дополнения. 1. Активность. Коэффициент активности

1. Активность. Коэффициент активности.
Ионная сила раствора. Термодинамическая константа диссоциации

В водных растворах электролитов наличие зарядов у ионов электростатически тормозит передвижение их. Поэтому концентрация растворённого вещества без учёта сил взаимодействия между ионами и молекулами в растворе не может полностью характеризовать свойства его. Чем выше концентрация раствора, содержащего многозарядные ионы, тем значительнее в нём силы взаимодействия между ионами и тем больше отклонения от закона действующих масс.

Способность ионов к химическим реакциям, вызываемая их электростатическим взаимодействием, характеризуется активностью.

Активность ионов связана с концентрацией вещества в растворе уравнением

где α – активность ионов выражает эффективную концентрацию электролита в растворе (иначе «термодинамическую концентрацию»), имеет ту же единицу измерения, что и концентрация; g – моляльный коэффициент активности учитывает все те силы, которые действуют в растворе, и в первую очередь, силы электростатического взаимодействия между ионами. Коэффициент активности безразмерная величина. Он характеризует работу перенесения одного моля растворенного вещества из идеального в реальный раствор при Р, Т = const; Cm – моляльность вещества В в растворе, моль/1000 г Н2О или моль/кг Н2О.

В том случае, если раствор имеет молярную концентрацию вещества В, то уравнение (1) примет вид

где у – молярный коэффициент активности; С – молярная концентрация вещества В, моль/л.

Активность вещества АmВn, диссоциирующего в водном растворе по уравнению

равна .

Для разбавленных растворов слабых электролитов коэффициент активности у = 1 и α = С. Поэтому слабые электролиты подчиняются с достаточной точностью закону действующих масс, и при проведении расчётов в формулу закона действующих масс можно подставлять концентрации ионов.

Для концентрированных растворов слабых кислот следует пользоваться значениями активности ионов, а не концентрациями.

Так, для концентрированного раствора слабой угольной кислоты, в отличие от разбавленного раствора, выражения для константы диссоциации этой кислоты по первой и второй ступеням в растворах, имеющих молярную концентрацию, будет иметь вид:

H2CO3 « H + + ;

или ; (4)

« H + + ;

или . (5)

В выражениях (4) и (5) и – термодинамические константы диссоциации, которые зависят от температуры и природы растворителя; и – классические константы диссоциации.

Согласно уравнениям (4) и (5) при уменьшении концентрации ионов в растворе кислоты у ® 1, а Кα приближается к Кд.

Для сильных электролитов g » у » l только в очень разбавленных растворах
(С –4 моль/л) и α » С. При С > 10 –4 моль/л коэффициент активности, как правило, меньше единицы. Это значит, что ион стеснён в своих движениях межионными силами, и α 3+ и , если ионная сила раствора Fe2(SО4)3 равна 0,0001 моль/л.

Пользуясь табл. 1, находим, что при Jc = 0,0001 (10 –4 ) моль/л, коэффициент активности иона Fe 3+ равен 0,9, а иона – 0,95.

Приближённые значения средних коэффициентов активности

Читать еще:  Как можно изменить свой голос

ионов в зависимости от ионной силы раствора

Коэффициент физической активности

Коэффициент физической активности — это отношение среднесуточных затрат энергии человека к затратам энергии в состоянии покоя, так называемой величине основного обмена. Он применяется для оценки достаточности движений при том или ином образе жизни.

Для расчета используются типичное для данного человека распределение времени суток по видам деятельности и существующие оценки затрат энергии на них, выраженные как коэффициент к величине основного обмена. Величина основного обмена зависит от физических данных человека, а коэффициент физической активности — от его образа жизни.

Как интерпретировать значения коэффициента?

Коэффициент физической активности может варьироваться от 1,4 при малоподвижном, сидячем образе жизни до 2,4 при тяжелом многочасовом физическом труде. Значения 1,2–1,3 встречаются, например, когда человек прикован к постели в силу болезни или возраста. Значения 2,5–4,5 и выше могут наблюдаться во время многодневных велогонок и пеших походов по труднопроходимой или горной местности; однако такие высокие значения не могут поддерживаться постоянно.

Для обеспечения здоровья сердечно-сосудистой системы необходим коэффициент физической активности не ниже 1,75.

Офисный работник, редко испытывающий серьезные физические нагрузки

Домохозяйка в деревне в доме с электричеством и водоснабжением, водо- снабжением, ухаживающая за детьми

Умеренно активный и активный

Офисный работник, занимающийся бегом или велоспортом в среднем 1 час в день

Рабочий «нетяжелых» профессий

Высокие и очень высокие физические нагрузки

Профессиональный Проф. танцор, который танцует в среднем 2 часа в день

Сельский рабочий при отсутствии механизации

Как рассчитать коэффициент?

Для расчета можно использовать приведенную ниже таблицу, указав в ней ваше обычное распределение времени суток по видам деятельности. Данная таблица применима для взрослых здоровых людей независимо от возраста, за исключением беременных и кормящих женщин.

Как повысить коэффициент?

Самый эффективный способ — это сменить работу, например, с программиста на лесоруба. Но это не всем подходит. Тем не менее, можно значительно повысить средний уровень физической активности, сохраняя профессию и основные интересы.

Пеший ход

Даже при офисной профессии есть возможность ходить. Когда вы встаете из-за стола и перемещаетесь, затраты энергии повышаются на 50%.

Если вам нужно добраться до соседней станции метро, то это лучше сделать пешком. Затраты энергии в единицу времени будут выше в 2,7 раза. Времени потребуется примерно столько же: хотя поезда идут быстро, вам еще предстоит дойти до метро, спуститься по эскалатору, купить билет и потратить время на ожидание и посадку.

Путешествие с Белорусской на Менделеевскую

Предположим, вы находитесь в одном из московских кафе в бизнес-центре «Белая площадь» у метро Белорусская, и вам нужно попасть на Менделеевскую.

По данным Metromap.ru, на метро вы доедете за 13–20 минут. Пешком по Лесной и Новослободской улицам, согласно карте Яндекса, вам нужно пройти 1350 метров. При среднем шаге со скоростью 5 километров в час, с учетом одно-двухминутного ожидания на светофоре при переходе Новослободской улицы, вы доберетесь за 17–18 минут. Быстрым шагом (6 км/час) вы дойдете за 15–16 минут.

При ходьбе пешком затраты энергии как в единицу времени, так и в расчете на пройденное расстояние, увеличиваются со скоростью хода. Затраты энергии в единицу времени при ускоренной ходьбе (6 км/ч) на 70% выше затрат энергии при неторопливой ходьбе (4 км/ч). Затраты энергии возрастают в разы при ходьбе вверх по лестницам, даже в медленном темпе.

Читать еще:  Где можно поесть ночью в Москве

Таким образом, привычка ходить быстро и, особенно, ходить по лестницам (а не пользоваться лифтом) существенно повышает коэффициент физической активности. Для правильного расчета среднесуточного коэффициента быструю ходьбу следует учитывать как «регулярные аэробные упражнения низкой интенсивности» с коэффициентом 4,2.

Возможность долго и быстро ходить определяется не только общей физической подготовкой, но и правильной экипировкой. Прежде всего, нужна подходящая обувь, например, кроссовки. В условиях архаичного общества, чтобы удобно одеться, придется преодолеть некоторые стереотипы мышления.

Активный отдых

Активный отдых — это продолжение интенсивной физической и/или умственной деятельности с изменением ее вида. Физиологический факт, что при активном отдыхе человек восстанавливает свою работоспособность быстрее, чем при пассивном.

Активный отдых не всегда может заменить пассивный. Например, чтение — полезная и нужная форма пассивного отдыха. С другой стороны, с некоторыми формами пассивного отдыха можно расстаться без сожаления, например, следует совсем отказаться от просмотра телевизора (кроме образовательных, исторических и научно-популярных телепередач).

С друзьями иногда невредно посидеть в ресторане, но лучше заняться с ними спортом или пойти в поход.

Работа по дому

Если заняться решительно нечем, то можно сделать уборку — по сравнению с неподвижным отдыхом это повысит затраты энергии на 65%. Еще больший эффект дают работы на приусадебном участке, уборка снега, земляные работы, ремонт или строительство.

Вообще же, нужно постоянно искать способы потратить энергию. С точки зрения здоровья, недостаточно обогревать атмосферу своим теплом, лежа на диване. Нужно еще и работать.

Видео

Активность и коэффициент активности. Ионная сила раствора;

Неподчинение растворов сильных электролитов закону действия масс, а также законам Рауля и Вант-Гоффа объясняется тем, что эти законы применяются к идеальным газовым и жидким систе­мам. При выводе и формулировке этих законов не учитывались силовые поля частиц. В 1907 г. Льюис предложил внести в науку понятие «активность».

Активность (α) учитывает взаимное притяжение ионов, взаимодействие растворенного вещества с растворителем, присутствие других электролитов и явления, изменяющие подвижность ионов в растворе. Активностью называется эффективная (кажущаяся) концентрация вещества (иона), соответственно которой ионы проявляют себя в химических процессах в качестве реальной действующей массы. Активность для бесконечно разбавленных растворов равна молярной концентрации вещества: α = с и выражается в грамм ионах на литр.

Для реальных растворов вследствие сильного проявления межионных сил активность меньше молярной концентрации иона. Поэтому активность можно рассматривать как величину, характеризующую степень связанности частиц электролита. С понятием «активность» связано и другое понятие — «коэффициент активности» (f), который характеризует степень отклонения свойств реальных растворов от свойств идеальных растворов; он является величиной, отражающей все происходящие в растворе явления, вызывающие понижение подвижности ионов и снижающие их химическую активность. Численно коэффициент активности равняется отношению активности к общей молярной концентрации иона:

Читать еще:  Можно ли ходить в разных носках

а активность равна молярной концентрации, умноженной на коэффициент активности: α = cf.

Для сильных электролитов молярную концентрацию ионов (с) вычисляют, исходя из допущения полной диссоциации их в рас­творе. Физико-химики различают активную и аналитическую кон­центрацию ионов в растворе. Активной концентрацией называется концентрация свободных гидратированных ионов в растворе, а аналитической концентрацией — общая молярная концентра­ция ионов, определяемая, например, путем титрования.

Коэффициент активности ионов зависит не только от концентрации ионов данного электролита, но и от концентрации всех посто­ронних ионов, присутствующих в растворе. Величина коэффициен­та активности понижается с возрастанием ионной силы раствора.

Ионной силой раствора (m,) называется величина электрического поля в растворе, являющаяся мерой электростатического взаимодействия между всеми ионами в растворе. Она вычисляется по фор­муле, предложенной Г. Н. Льюисом и М. Ренделом в 1921 г.:

где c1, c2 и cn молярные концентрации отдельных ионов, присутствующие в растворе, a Z 2 1, Z2 2 и Z 2 n их заряды, взятые в квадрате. Недиссоциированные молекулы, как не имеющие зарядов, в формулу подсчета ионной силы раствора не включаются.

Таким обраэом, ионная сила раствора равна полусумме произведений концентраций ионов на квадраты их зарядов, что можно выразить уравнением: µ = i · Z i 2

Рассмотрим несколько примеров.

Пример 1.Вычислить ионную силу 0,01 М раствора хлорида калия КС1.

т. е. ионная сила разбавленного раствора бинарного электролита типа KtAn равна молярной концентрации электролита: m = с.

Пример 2. Вычислить ионную силу 0,005 М раствора нитрата бария Ва(NO3)2.

[Ва 2+ ] = 0,005, [NО3 — ] = 2 · 0,005 = 0,01 (г-ион/л)

Ионная сила разбавленного раствора электролита типа KtAn2 и Kt2An равна: m = 3с.

Пример 3. Вычислить ионную силу 0,002 М раствора сульфата цинка ZnSO4.

Отсюда, ионная сила раствора электролита типа Kt 2+ An 2- равна:m = 4с.

В общем виде для электролита типа Кt n + aАn m — b ионную силу раствора можно вычислять по формуле: m= ( а· [Kt + ] · п 2 + b· [An — ]· т 2 ),

где а, b — индексы при ионах, а п + и т — — заряды ионов, [Kt + ] и [An — ]- концентрации ионов.

Если в растворе присутствует два или несколько электролитов, то вычисляется общая ионная сила раствора.

Примечание. В справочниках по химии даются дифференцированные коэффициенты активности отдельных ионов или же для групп ионов. (См.: Лурье Ю. Ю. Справочник по аналитической химии. М., 1971.)

С увеличением концентрации раствора при полной диссоциации молекул электролита количество ионов в растворе значительно »возрастает, что приводит к увеличению ионной силы раствора и значительному уменьшению коэффициентов активности ионов. Г. Н. Льюис и М. Рендель нашли закон ионной силы, согласно ко­торому коэффициенты активности ионов одной и той же зарядности одинаковые во всех разбавленных растворах, имеющих одинаковую ионную силу. Однако этот закон применим лишь к очень разбав­ленным водным растворам, с ионной силой до 0,02 г-ион/л. При даль­нейшем повышении концентрации, а следовательно, и ионной силы раствора начинаются отступления от закона ионной силы, вызыва­емые природой электролита (табл. 2.2).

Таблица 2.2 Приближенные значения коэффициентов активности при разной ионной силе

Источники:

http://studopedia.ru/11_182914_dopolneniya.html

http://mhlife.ru/fitness/motion/pal.html

http://studopedia.su/19_115187_aktivnost-i-koeffitsient-aktivnosti-ionnaya-sila-rastvora.html

Ссылка на основную публикацию
Статьи на тему:

Adblock
detector
×
×
×
×