8-1 離子強度對鹽類之溶解度的影響性

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考慮溶於蒸餾水的 飽和溶液。

在圖 6-1 顯示，溶解度是 0.015 M。而溶解的物種主要是 0.010 M 、0.010 M ，和 0.005 M (離子對)。

此時將的這類鹽類添加到這份溶液時，就可以觀察到 一種很有趣的影響效應。而 $K^+$ 和 都不會與 或者 發生反應。然而當 0.050 M 被添加到 飽和溶液時，會有更多的固體被溶解，直到 和的濃度值都已經增加約 30%。

通常對於微溶的鹽類 ()，添加「惰性」鹽類 () 會 增加微溶性鹽類的溶解度。「惰性」意味著不會與 發生化學反應。當鹽類被添加到溶液時，可以聲明這份溶液的離子強度值會增大。後續章節就將會探討離子強度的定義。

添加「惰性」鹽類會增加離子性化合物的溶解度。

詮釋

圖 8-2 在溶液中環繞著離子，被顯示為球形狀電荷 δ+ 或者 δ– 的 離子雲。在溶液中的離子強度值越大時，每一個離子雲帶有的電荷值就會越大。

陰離子周圍會被大量的陽離子所包圍。而大量的陰離子會包圍著陽離子。

當鹽類被添加到溶液中時，溶解度為什麼會增加? 可以考慮溶液中的一個特定離子和一個特定離子。此時的會被、陽離子 ($K^+$，)，與陰離 子 (，) 等所圍繞。然而因為陽離子被陰離子所吸 引，而陰離子則是會被排斥，所以相對於陰離子，就會有更多的陽離子圍繞著陰離子。這些交互作用會在任何特定的陰離子周圍，建立出一個淨正電荷的區域。這個區域被稱為離子雲 (ionic atmosphere) (請參考圖 8-2)。離子會持 續擴散進入與離開這種離子雲。經過一段時間之後的平均狀況是，在離子雲裡的淨電荷值會小於中心陰離子帶有的電荷值。與此類似，負電荷的離子雲也會圍繞著溶液中的任何陽離子。

離子雲會稀釋 (降低) 在離子之間的吸引力。比起單獨的陽離子，陽離子和它的負電性離子雲會帶有相對較小的淨正電荷值。 而相對於單獨的陰離子，陰離子和它的正電性離子雲會帶有相對 較小的淨負電荷值。在陽離子與它的離子雲，和陰離子與它的離子雲等兩者之間的淨吸引力會小於，在不存有離子雲而純粹只有陽離子與陰離子之間的吸引力。當溶液中含有越大的離子強度值，則在離子雲中的淨電荷也會更大。每一組離子與其離子雲都只含有較小的淨電荷，因此在任何特定的陽離子與陰離子之間會幾乎不存在有吸引力。

相對於它們在蒸餾水中對彼此的吸引力，增加離子強度值會降低在任何特定和任何之間的吸引力。影響效應是降低他們彼此接近的傾向，因此增加了的溶解度。

論證 8-1 離子強度值對離子解離反應的影響

增加離子強度值促進了解離反應而形成離子。 因此如果離子強度值被增大，比如說，從 0.01 M 到 0.1 M 時，在下列的每一種反應都被迫向右反應:

由圖 8-3 顯示出，添加鹽類對酒石酸氫鉀之溶解度的影響性。

彩色插圖 4 離子強度值對離子解離過程的影響性 (請參考論證 8-1)

何謂「離子強度」呢?

離子強度 (ionic strength)，μ，溶液中之離子總濃度的一種測量值。當離子帶有越大的電荷值，則它的貢獻占比就會越大。

在其中，是第 i 個物種的濃度值，而是它帶有的電荷數。這種加總情況會推廣到所有的離子。

範例 離子強度值的計算過程

解

自我測試

1 mM 溶液的離子強度值等於多少?

答案: 3 mM

因為的陽離子和陰離子兩者帶有電荷值都等於 1， 所以被稱為 1:1 的電解質。對於 1:1 的電解質而言，離子強度值等於體積莫耳濃度值。對於其他的化學計量關係 (譬如 2:1的電解質)，離子強度值會大於體積莫耳濃度值。

除了最稀釋的溶液以外，要計算出任何的離子強度值都是很複雜的，因為當鹽類含有帶有電荷值 ≥ 2 的離子時，並無法發生完全解離的現象。由專欄 8-1 可以發現到，在具有克式量濃度值 的 0.025 M 溶液中，有 35% 的是鍵結成離子對，。當濃度值越高且離子電荷值越大時，就會形成越多的離子對。離子對在化學中是無所不在的。而在專欄 8-2 顯示出，如何利用離子對方式從單一活細胞中萃取出離子性代謝物， 並辨識之。

專欄 8-1 當鹽類含有電荷值 ≥ |2| 的離子時，就不會完全解離嗎?

專欄 8-2 單一細胞中的離子配對

在顯微鏡觀測下，使用細針頭將帶有兩個正電荷 (兩價陽離子) 的陽離子注射入單一活細胞，與細胞內的陰離子性組成分形成緊密結合的離子對，而將這些陰離子萃取出來，再使用質譜法鑑定之。在圖示裡的兩價陽離子可以從單一細胞中萃取出 70 種可辨識出的代謝物， 其中包括有葉酸 (維他命 B9)。對於不同的陰離子種類而言，不同的兩價陽離子是具有選擇性的。單一細胞中的化學是生物科學中的一項新發展領域。