離子濃度

離子濃度，溶液中含某種離子的總量與體積之比，用n/V表示，單位一般為mol/L。

基本介紹

• 中文名：離子濃度
• 外文名：ion concentration
• 分類：科學和化學

例題

向含有下列離子的溶液中分別加入燒鹼固體（溶液體積變化可忽略），能引起離子濃度減小的是？

A、HCO₃^-；B、Cl^-；C、OH^-；D、Cu₂⁺；

答案：選擇AD

HCO₃^-+OH^- =H₂O+CO₃ ^2-

Cu₂⁺+2OH^-=Cu(OH)₂↓

HCO₃^-、Cu₂⁺都減少，OH^-濃度增加，Cl^-濃度幾乎不變。

土壤中重金屬自由離子濃度

採用一種研究重金屬自由離子濃度的方法———道南膜技術，研究了采自我國不同地區的11種耕層土壤中Cd、Zn、Pb和Cu的自由離子濃度。結果表明，道南膜技術測定的Cd、Zn自由態濃度與 WinHumicV模型計算結果吻合較好，測定的Pb和Cu自由態濃度稍高於WinHumicV模型計算結果。同時，採用Sauvé提出的吸附模型對溶解態和自由態的重金屬進行分 析.結果表明，溶解態Zn、Cu和Pb以及自由態的Zn、Cu受土壤的污染程度(重金屬總量)、土壤pH和溶液中溶解性有機碳控制。

樣品取樣及分析

在系統運轉24、36和48h從供出液和接受液中分別取10mL和5mL樣品。測定樣品pH值。同時，供出液樣品經0.45μm濾膜過濾，用TOC儀測定溶解性有機碳濃度。剩餘的供出液和接受液樣品用硝酸酸化後，用於測定各種元素離子濃度，其中利用ICP-OES測定元素K、Ca、Na和Mg，利用ICP-MS測定溶解態和自由態Cd、Zn、Pb和Cu濃度(溶解態重金屬濃度指供出液Ca(NO₃)₂中重金屬的濃度，包含有自由態重金屬以及一些結合態重金屬).通過測定接受液中自由態重金屬濃度(因溶液通過陽離子交換膜後，都為自由態重金屬)，採用Temminghoff 等提出的計算公式：[M²⁺]_d =[M²⁺]_a([K⁺]_d [K⁺]_a)²計算得到所有自由態金屬離子濃度。式中[M²⁺]_d為供出液中二價自由態金屬離子濃度；[M²⁺]_a 為接受液中二價自由態金屬離子濃度；[K⁺]_d 為供出液中鉀離子濃度；[K⁺]_a 為接受液中鉀離子濃度(通過K⁺來校正離子強度)。

自由態Cu測定值和Pb測定值的對數測定

從自由態Cu測定值和Pb測定值對數測定的結果與WinHumicV估算結果比較可以看出，利用道南膜技術測定所得的Cd²⁺和Zn²⁺的自由態濃度與WinHumicV模型計算的結果吻合很好，而Pb²⁺和Cu²⁺的自由態濃度要稍高於模型的計算結果。出現這樣的結果，可能是上述4種重金屬自由離子濃度受土壤的性質如pH值以及有機質等的影響不同造成的，如自由態的Pb²⁺和Cu²⁺與自由態的Cd²⁺和Zn²⁺相比，其受土壤中的有機質或可溶性有機碳的影響比較大，可能會導致其產生的差異(Sauvé et al。,2000；Weng，2001)。

pH值和有機質(或DOC)是對土壤溶液重金屬形態影響較大的2個因素。可以看出土壤中溶解態的Zn在考慮土壤的pH和土壤中總Zn後，回歸方程擬合度好(p=0.002)。如果在方程中加入變數log(SOM)，回歸方程擬合度雖然較好，但與只考慮土壤的pH和土壤中總Zn的擬合度相比差異不大，但是在方程中加入變數log DOC，擬合方程的決定係數增大約0.13～0.14，回歸方程擬合度很好，這說明土壤溶液中溶解態Zn濃度是由土壤的污染程度(總Zn含量)、土壤pH和溶液中溶解性有機碳三者控制的。同樣，溶解態Cu和Pb濃度也是由土壤的污染程度(重金屬總量)、土壤pH和溶液中溶解性有機碳三者控制的，這與Sauvé等(2000)的研究結果相一致。土壤中自由態的Zn和Cu濃度的主要控制因素與二者的溶解態濃度的控制因素一樣，也受土壤的污染程度(重金屬總量)、土壤pH和溶液中溶解性有機碳三者控制的。對於土壤中自由態的Pb，即使考慮了土壤的污染程度(重金屬總量)、土壤pH和溶液中溶解性有機碳，也不能對其進行準確的擬合，這表明土壤中自由態的Pb的濃度可能還有其它的影響因素。

鋼筋腐蝕臨界氯離子濃度研究綜述

針對臨界氯離子濃度研究方法中一些關鍵性問題進行了總結分析，如臨界氯離子濃度的表達形式、氯離子濃度的測定方法等，並指出各研究方法的優缺點，以便為今後的研究提供參考。

臨界氯離子濃度的定義

臨界氯離子濃度的定義主要有以下兩種: 一種是從科學研究的角度定義為鋼筋周圍混凝土孔隙液中不至於引起鋼筋去鈍化的氯離子的最高濃度；另一種是從工程實踐的角度定義為導致鋼筋混凝土結構出現可見或可接受程度劣化時，鋼筋周圍混凝土孔隙液中氯離子的濃度。但是由於後者中這種可見的或可接受程度的劣化很難對其量化，導致不同研究者所得試驗結果離散性增大，所以，研究者更多採用前者來定義臨界氯離子濃度。

臨界氯離子濃度的表達形式

對臨界氯離子濃度的研究中所採用的表達形式不盡相同，這也是造成臨界氯離子濃度離散性大的一個重要因素。例如Alonso和Sanchez對現有文獻中大量臨界氯離子濃度值進行統計整理後得到，以總氯離子占膠凝材料的百分比表示的(520個數據) 臨界氯離子濃度範圍為0.3%到4%；以自由氯離子占膠凝材料的百分比表示的(350個數據) 臨界氯離子濃度範圍為0.1%到2.5%；以自由氯離子的摩爾濃度與氫氧根離子的摩爾濃度比值[Cl^－]/[OH^－]表示的(320個數據) 大部分臨界氯離子濃度範圍在1到3之間，但總的範圍為0.2到20。由此可見，各種表達形式得到的數據離散性均比較大，因此有待對臨界氯離子濃度的表達形式進行總結分類，其主要的表達形式歸納如下：

( 1) 以自由氯離子含量Cl^－_Free占水泥、膠凝材料或混凝土的重量百分比表示；

( 2) 以自由氯離子Cl^－_Free濃度與OH^－濃度的摩爾比表示；

( 3) 以自由氯離子Cl^－_Free的摩爾濃度表示，mol/L；

( 4) 以總的氯離子含量Cl^－_Total占水泥、膠凝材料或混凝土的重量百分比表示；

( 5) 以總的氯離子Cl^－_Total濃度與H⁺濃度的摩爾比表示。

以自由氯離子濃度表征

首先從鋼筋腐蝕機理來看，自由氯離子是引起鋼筋腐蝕的主要原因，因此採用自由氯離子來表征臨界氯離子濃度。

汪鷹通過X射線光電子能譜和原子力顯微鏡研究發現，鈍化膜為雙層結構的無定形n型半導體的成相膜，並且其表面很不平整；通過X射線光電子能譜研究後認為，破膜機理更可能是游離態氯離子先在其表層吸附，一定量後通過鈍化膜表面缺陷穿透到膜中，在鈍化膜內層形成FeCl₂ ，從而使鈍化膜局部溶解破壞。從氯離子破膜機理來看，自由氯離子是引起鋼筋鏽蝕的主要存在形式，當這部分游離態Cl^－在鋼筋表面鈍化膜上達到一定濃度時，並且在其他腐蝕條件(如O₂和H₂O) 具備的情況下鋼筋就開始腐蝕；而對於被束縛於氯鋁酸鹽中以及被CSH凝膠吸附的結合氯離子已經失去游離狀態，不會再與鋼筋鈍化膜發生化學反應，因此臨界氯離子濃度值應以混凝土空隙液中自由氯離子濃度占水泥、膠凝材料或混凝土的重量百分比表示較合理。

氯離子濃度的測定方法

臨界氯離子濃度的研究中，如何測定混凝土中氯離子含量是研究中的關鍵問題之一。由於不同研究者採取的測定方法不盡相同，而測定方法的選擇則會直接影響到實驗結果的準確性，因此這也是造成實驗結果離散性偏大的主要原因之一，所以應該對氯離子濃度的測定方法進行總結分析，以便後續的實驗研究以及統一實驗標準的制定。主要對自由氯離子和總氯離子的測定方法進行了總結分析。