Ionipaineet

Ionipaineet ovat systeemin mekaanisia paineita, jotka johtuvat ionien läsnäolosta ja niiden jakautumisesta. Ne muodostuvat sekä osmottisista vaikutuksista että elektrostaattisista vuorovaikutuksista ionien ympärillä. Termiä käytetään eri aloilla, kuten elektrolyyttiliuoksissa, plasmoissa sekä nano- ja mikroskooppisissa rakenteissa.

Ionipaineet voivat ilmetä muun muassa seuraavilla tavoilla. Osmottinen paine johtuu ionien konsentraatioerosta liuoksen ja ympäristön välillä; idealissa liuoksissa van't Hoffin laki antaa Pi = iCRT, mutta todellisissa liuoksissa esiintyy ionivaikutuksia ja toimintoja, jotka aiheuttavat poikkeamia. Elektrostaattinen paine syntyy varauksien aiheuttamasta sähköisestä kaksoiskalvosta ja ionijakauman rajoituksista elektrolyyttikonduktio-olosuhteissa; tilanne on keskittynyt nanoporeihin ja litteisiin pinnoihin. Kolmas osa on kaasun tai plasman paine, jossa ionit vaikuttavat lämpöliikkeen kautta yhteiseen paineeseen P = nkT per ideaalikaasun käsitteelle; plasmoissa lisäksi huomioidaan kineettinen paine.

Teoreettisesti ionipaineita kuvataan usein Poisson–Boltzmannin teorialla ja Donnan-tasapainon kautta. Disjoining pressure kuvaa nesteen ja pintojen välisiä sähköisiä sekä van der Waals -vuorovaikutuksia, jotka vaikuttavat kerrosten ja kalvojen mittasuhteisiin.

Ionipaineet ovat keskeisiä nanopore-sovelluksissa, suodatusprosesseissa, energiajärjestelmissä (esimerkiksi elektrolyytit ja litium-ioni akut) sekä monissa geokemiallisissa prosesseissa.

Katso myös: osmottinen paine, elektrostaattinen paine, Donnan-tasapaino, Poisson–Boltzmannin teoria, Debye-pituus, DLVO-teoria.