Ionenkonzentrationen

Ionenkonzentrationen bezeichnet die Menge der gelösten Ionen in einer Lösung. Sie wird üblicherweise als Stoffmengenkonzentration angegeben, z. B. in Mol pro Liter (M) oder Millimol pro Liter (mM). Neben der Konzentration wird in vielen Fällen auch die Aktivität der Ionen verwendet, die die effektive Teilchenwirkung in der Lösung berücksichtigt. Die Aktivität hängt von der Ionenkonzentration sowie von der Wechselwirkung zwischen Ionen ab; die Größe der Wechselwirkungen wird durch die ionische Stärke I beschrieben: I = 1/2 sum c_i z_i^2.

Die Bestimmung von Ionenkonzentrationen erfolgt direkt oder indirekt. Direkte Methoden umfassen Ionenchromatographie, Ionenselektroden (ISE) und spektroskopische Techniken. Indirekt kann die Leitfähigkeit genutzt werden, oft in Verbindung mit Kalibrierung, oder mit hochauflösenden Instrumenten wie ICP-OES/MS oder AAS, besonders für Metallionen.

Ionenkonzentrationen beeinflussen chemische Gleichgewichte, Reaktionsgeschwindigkeiten, Löslichkeit und osmotische Eigenschaften von Lösungen. In der Elektrochemie bestimmen sie das Nernst-Potential in Zellen. In biologischen Systemen sind intrazelluläre und extrazelluläre Ionenkonzentrationen entscheidend für Membranpotentiale, Signalweiterleitung und Transportprozesse; typische Werte liegen für Na+, K+, Cl- und Ca2+ im Bereich von wenigen zehn bis Hunderten Millimol pro Liter in Körperflüssigkeiten.

Anwendungen reichen von der Formulierung von Pufferlösungen und Arzneiformulierungen bis hin zur Umweltüberwachung und industriellen Verfahren, bei denen die Kontrolle der Ionenkonzentrationen essenziell ist.