イオン強度を計算する際、単位や記号の使い方に迷う方も多いでしょう。
イオン強度の単位はモル濃度と同じmol/Lですが、その意味と表記方法を正確に理解しておくことが重要です。
本記事では、イオン強度の単位・記号I・式の意味・SI単位との関係・表記方法についてわかりやすく解説していきます。
目次
イオン強度の単位はmol/Lでモル濃度と同じ次元を持つ
それではまず、イオン強度の単位と意味について解説していきます。
イオン強度Iの単位はmol/L（モル毎リットル）で、これはモル濃度と同じ次元を持ちます。
イオン強度の単位：mol/L（またはmol/dm³、M）
SI単位：mol/m³（ただし実用ではmol/Lが一般的）
記号：I（大文字のアイ）
イオン強度の計算式I＝(1/2)Σcᵢzᵢ²において、濃度cᵢはmol/L単位で入力されます。
価数zᵢは無次元量（単なる数値）であるため、zᵢ²も無次元となり、結果としてIの単位はcᵢの単位と同じmol/Lになります。
mol/Lの意味とSI単位との関係
mol/L（モル毎リットル）は溶液化学で最も広く使われるモル濃度の単位です。
SI単位系では濃度の単位はmol/m³ですが、1 mol/L＝1000 mol/m³という関係があります。
分析化学・物理化学・生化学ではmol/LやM（モーラー）が実用的に使われます。
イオン強度の記号Iの意味
イオン強度の記号Iは、英語のIonic Strengthの頭文字に由来します。
大文字のIを使うことが国際的な慣例で、小文字iとの混同に注意が必要です。
電流のIと混同する場合は文脈から判断し、必要に応じてIとして添え字や説明を付けて区別します。
イオン強度の式の意味を詳しく解説
続いては、イオン強度の式I＝(1/2)Σcᵢzᵢ²の各要素の意味について確認していきます。
係数1/2の意味
係数1/2の由来にはいくつかの解釈があります。
最も一般的な説明は、「陽イオンと陰イオンを区別せずに全て合計すると、相互作用を2回数えることになるため1/2で補正する」というものです。
歴史的には、ルイスとランドールが1923年にこの定義を提案した際に1/2の係数を導入しました。
Σ（シグマ）の意味
Σは全てのイオン種についての和（総和）を表します。
溶液中に存在する全ての陽イオン・陰イオン・多価イオンを含めて合計します。
zᵢ²（価数の二乗）の意味
価数の二乗zᵢ²は、クーロンの法則から来ています。
静電相互作用のエネルギーは電荷の積に比例するため、イオン強度では価数の二乗が寄与します。
このため、高価数のイオンはイオン強度に大きく寄与するのです。
イオン強度の表記方法と注意点
続いては、イオン強度の表記方法と注意点について確認していきます。
論文・教科書での表記例
| 表記方法 | 説明 |
|---|---|
| I＝0.1 mol/L | 最も一般的な表記 |
| I＝0.1 M | MはMolar（モーラー）の略 |
| I＝0.1 mol dm⁻³ | SI風の表記 |
| μ＝0.1 mol/L | 古い文献ではμ（ミュー）を使うことも |
現代の物理化学の教科書ではIが標準的ですが、古い文献ではμが使われることもあります。
無次元イオン強度の表記
理論化学の文脈では、標準濃度c°（通常1 mol/L）で割った無次元イオン強度I/c°が使われることもあります。
無次元イオン強度：I/c°
c°＝1 mol/L（標準濃度）
この場合、デバイ・ヒュッケル則の式もI/c°を使って記述される
イオン強度の単位換算
1 mol/L＝1 mol/dm³＝1000 mol/m³
1 mM（ミリモーラー）＝10⁻³ mol/L
1 μM（マイクロモーラー）＝10⁻⁶ mol/L
希薄な生体溶液ではmMやμMの単位が使われることが多いため、換算に慣れておくことが大切です。
まとめ
本記事では、イオン強度の単位mol/L・記号I・計算式の各要素の意味・表記方法・単位換算について解説しました。
イオン強度の単位はmol/Lでモル濃度と同じ次元を持ち、記号Iで表します。
計算式I＝(1/2)Σcᵢzᵢ²の係数1/2・価数の二乗の意味を理解した上で、正確な単位と表記方法で計算に臨みましょう。
