Calculadora de fuerza iónica

Prepara la disolución que quieras —una o varias sales, ácidos o bases fuertes, en molaridad, moles o gramos y en el volumen que elijas— y obtén su fuerza iónica con todos los pasos.

Qué puedes hacer

Más de 40 electrolitos (NaCl, CaCl₂, MgSO₄, Na₂SO₄, Al₂(SO₄)₃, K₄[Fe(CN)₆]…), electrolitos escritos por ti e iones sueltos.
Concentración de cada ion, I = ½ Σ cᵢ zᵢ² con los números y comprobación de la electroneutralidad.
Coeficientes de actividad con la ley límite de Debye–Hückel, la ecuación de Güntelberg y la de Davies, y cuál conviene según I.
Fuerza iónica de mezclas con ácidos y bases débiles, a partir del equilibrio de «Disoluciones (pH)».

Guía: fuerza iónica y coeficientes de actividad

En una disolución con iones, cada ion está rodeado de una «atmósfera» de iones de carga contraria que lo apantalla. Por eso, en equilibrios, solubilidades o potenciales de electrodo, un ion se comporta como si su concentración fuera menor que la real. La fuerza iónica mide cuánta carga hay en la disolución, y los coeficientes de actividad cuantifican ese efecto. Esta guía explica los dos conceptos y resuelve un ejemplo.

Definición de fuerza iónica

I = ½ Σ c_i · z_i²

La suma recorre todos los iones de la disolución, cada uno con su concentración c_i (mol/L) y su carga z_i. Como la carga va al cuadrado, un ion de carga 2 pesa cuatro veces más que uno de carga 1 a la misma concentración, y uno de carga 3, nueve veces más.

El atajo por tipo de electrolito

Para una sola sal fuerte de concentración c que se disocia por completo:

1:1 (NaCl, KNO₃): I = c.
1:2 o 2:1 (Na₂SO₄, MgCl₂, CaCl₂): I = 3c.
2:2 (MgSO₄, CuSO₄): I = 4c.
1:3 o 3:1 (AlCl₃, Na₃PO₄): I = 6c.

Con varias sales se suman los aportes de todos los iones; si dos sales comparten un ion, sus concentraciones se suman antes.

Actividad y coeficiente de actividad

La actividad de un ion es a = γ · c, donde γ es su coeficiente de actividad (γ = 1 en una disolución infinitamente diluida). Las expresiones más usadas para estimar γ en agua a 25 °C, con A = 0.509 (mol/L)^−1/2, son:

Debye–Hückel límite: log γ = −A z² √I, solo para disoluciones muy diluidas.
Güntelberg: log γ = −A z² √I / (1 + √I), útil hasta fuerzas iónicas moderadas.
Davies: log γ = −A z² [√I / (1 + √I) − 0.3 I], que se usa hasta fuerzas iónicas algo mayores.

Todas predicen lo mismo cualitativamente: γ baja al aumentar la fuerza iónica, y mucho más para iones de carga alta.

Ejemplo resuelto: MgCl₂ 0.010 M

Disociación: MgCl₂ → Mg²⁺ + 2 Cl⁻, así que [Mg²⁺] = 0.010 M y [Cl⁻] = 0.020 M.
Fuerza iónica: I = ½ (0.010 · 2² + 0.020 · 1²) = ½ (0.040 + 0.020) = 0.030 M, que coincide con el atajo 3c.
Electroneutralidad: Σ c·z = 0.010·(+2) + 0.020·(−1) = 0. Las cargas están equilibradas.
Coeficientes de actividad (Davies): √I = 0.1732; √I/(1 + √I) − 0.3·I = 0.1476 − 0.0090 = 0.1386.
- Mg²⁺: log γ = −0.509 · 4 · 0.1386 ≈ −0.282, así que γ ≈ 0.522 y a ≈ 0.0052 M.
- Cl⁻: log γ = −0.509 · 1 · 0.1386 ≈ −0.0706, así que γ ≈ 0.850 y a ≈ 0.0170 M.

A esta concentración el magnesio ya «actúa» como si hubiera casi la mitad. La calculadora da esos mismos valores y además los de las otras dos ecuaciones (Güntelberg da γ ≈ 0.50 para el Mg²⁺) y te indica cuál es la adecuada para la fuerza iónica calculada.

Para qué sirve

Efecto salino: al añadir una sal inerte aumenta la fuerza iónica, bajan los coeficientes de actividad y aumenta la solubilidad de las sales poco solubles.
Constantes de equilibrio: las constantes termodinámicas se escriben con actividades; con concentraciones solo son aproximadas.
Electroquímica y tampones: el pH medido con un electrodo es una medida de actividad, no de concentración.

Cómo usar la calculadora

Agrega solutos de la lista (o escribe los iones de otro electrolito, o iones sueltos) con su cantidad en M, mM, mol o g; con mol o g se divide entre el volumen de la disolución.
Lee la fuerza iónica, la comprobación de electroneutralidad, la tabla de iones con su aporte y los coeficientes de actividad con las tres ecuaciones.

La herramienta supone disociación completa. Para ácidos y bases débiles, o sales que se hidrolizan como el Na₂CO₃, usa la herramienta de equilibrio ácido–base y su botón «Fuerza iónica →».

Errores frecuentes

Olvidar el factor ½ o no elevar la carga al cuadrado.
Contar la sal en lugar de sus iones: el MgCl₂ aporta el doble de Cl⁻ que de Mg²⁺.
Usar Debye–Hückel límite a fuerzas iónicas altas, donde ya no es válida.

Para profundizar

D. C. Harris, Análisis químico cuantitativo (Reverté); P. Atkins y J. de Paula, Química física (Médica Panamericana). Las ecuaciones son de Debye y Hückel (1923), Güntelberg (1926) y Davies (1938). Simuveliq no está afiliado a estos autores ni editoriales.

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