Fuerza iónica, coeficientes de actividad y solubilidad

Calcule la fuerza iónica y los coeficientes de actividad aproximados a partir de un análisis de agua y, a continuación, explore un ejemplo simplificado del equilibrio del carbonato de calcio.

La fuerza iónica tiene en cuenta tanto la concentración como la carga de los iones disueltos. Introduzca la concentración de cada ion y seleccione su unidad. Los campos vacíos se consideran cero. Utilice las concentraciones de los iones indicados, en lugar de la dureza o la alcalinidad expresadas como CaCO₃.

1. Introduzca los datos de su análisis de agua

Ion	Concentración	Unidad	Masa molar g/mol
Ca²⁺			40.1
Mg²⁺			24.3
Na⁺			23.0
K⁺			39.1
HCO₃⁻			61.0
SO₄²⁻			96.1
Cl⁻			35.5
NO₃⁻			62.0

Utilice un punto o una coma como separador decimal; no utilice separadores de miles. Para aguas con bajas concentraciones de solutos, las ppm se consideran aproximadamente equivalentes a mg/L; esto supone una densidad cercana a 1 kg/L. g/m³ y mg/L son equivalentes.

2. Consulte sus resultados

Fuerza iónica (mol/L)

γ de iones monovalentes (adimensional)

γ de iones divalentes (adimensional)

Los resultados de fuerza iónica y coeficientes de actividad se muestran con cuatro cifras significativas, manteniendo toda la precisión del cálculo interno. El coeficiente de los iones divalentes se copia automáticamente en el ejemplo siguiente. La rutina de solubilidad que se ha conservado proporciona resultados con aproximadamente tres cifras significativas.

Ver las contribuciones de cada ion

Ion	c (mmol/L)	z²	c × z² (mmol/L)
Ca²⁺		4
Mg²⁺		4
Na⁺		1
K⁺		1
HCO₃⁻		1
SO₄²⁻		4
Cl⁻		1
NO₃⁻		1
Total

Cómo se realiza el cálculo

I = ½ Σ c_iz_i², donde c_i es la concentración molar en mol/L y z_i es el número de carga del ion. Por ejemplo, para Ca²⁺, z = +2, por lo que z² = 4.

log₁₀ γ = −0,5 z² √I / (1 + √I), con γ = 10^{log₁₀ γ}.

Esta expresión simplificada de Debye–Hückel utiliza un coeficiente fijo de 0,5, que representa aproximadamente el agua a una temperatura cercana a 25 °C. Es una estimación para aguas diluidas, no la ecuación completa de Davies ni un modelo completo de especiación. Asigna el mismo coeficiente a los iones con la misma magnitud de carga. La temperatura introducida a continuación no modifica estos coeficientes de actividad.

Solo los ocho iones enumerados contribuyen a la fuerza iónica calculada. Las especies con carga no enumeradas, incluidos el fluoruro, el carbonato y las especies de silicato con carga, también pueden contribuir. Las sustancias disueltas neutras no contribuyen directamente. Las concentraciones totales analíticas y las concentraciones de iones libres pueden diferir cuando la formación de complejos o la especiación ácido-base son significativas.

3. Ejemplo simplificado de equilibrio del carbonato de calcio

Esto no constituye una predicción general de la concentración mínima de calcio ni de la formación de incrustaciones en el agua potable. El ejemplo supone concentraciones iguales de los iones libres Ca²⁺ y CO₃²⁻, así como coeficientes de actividad iguales para estos dos iones divalentes. Estas hipótesis no son válidas en general en las aguas naturales. Una evaluación práctica de la saturación de calcita también requiere la especiación del carbonato, incluidos el pH y la alcalinidad o el carbono inorgánico disuelto.

Para CaCO₃(s) ⇌ Ca²⁺ + CO₃²⁻, el producto de solubilidad es K_sp = a_Ca²⁺ × a_CO₃²⁻. Bajo la aproximación de concentraciones iguales, c = √K_sp / γ, con las concentraciones expresadas con respecto al estado estándar de 1 mol/L.

La temperatura modifica la constante de solubilidad en este ejemplo; no actualiza el modelo de actividad anterior. El resultado en mg/L se expresa como calcio (Ca), no como CaCO₃.

Temperatura

Coeficiente de actividad γ de iones divalentes

Se rellena con el valor de la sección 2; puede editarse si dispone de un coeficiente determinado por separado.

Concentración común de ambos iones (mol/L)

Calcio correspondiente (mg/L como Ca)

Otras calculadoras

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