Под активностью ионов подразумевают ту их эффективную (условную) концентрацию, соответственно которой они количественно проявляют себя в растворе

I = ½ (C₁z₁² + C₂z₂² + … + C_nz_n²),

где С₁, С₂, …, С_n – молярные концентрации ионов в растворе; z₁, z₂, …, z_n – заряды ионов, находящихся в растворе.

В разбавленных растворах, ионная силы которых меньше или равна 0,01 (I ≤ 0,01), коэффициент активности рассчитывается по формуле lg γ = –0,5 z² .

В растворах со средним разбавлением (0,5 > I > 0,01)

В еще более концентрированных растворах коэффициент активности рассчитывают по более сложным формулам.

Эрих Арманд Артур Йозеф Гюккель (1896 – 1980) – один из основоположников квантовой химии, создатель теории сильных электролитов (совместно с П. Дебаем).

В 1922 Гюккель совместно с Максом Борном выполнил исследование вращательно-колебательных спектров многоатомных молекул. В 1923-1925 совместно с Петером Дебаем разработал теорию растворов сильных электролитов (теория Дебая-Гюккеля). Свойства разбавленных растворов сильных электролитов в растворителях с высокой диэлектрической проницаемостью были количественно истолкованы ими на основе предположения о полной диссоциации электролитов при учёте электростатического взаимодействия между заряженными частицами.

Ионная сила плазмы крови человека и большинства других биологических жидкостей близка к 0,15. Ионная сила изотонического раствора NaCl (0,9%) также равна 0,15. Таким образом, при проведении биохимических исследований, выполнении опытов на изолированных органах и тканях необходимо использовать не только изотонические растворы, но и растворы с одинаковой ионной силой.

При значительном увеличении ионной силы раствора в нем уменьшается количество свободной воды, не участвующей в гидратации ионов. Это приводит к дегидратации природных полиэлектролитов (белков, нуклеиновых кислот и др.), в результате чего изменяется их конформация и наблюдается частичное высаливание, т.е. выпадение данных полимеров из растворов в осадок.

Теория сильных электролитов, созданная Дебаем и Гюккелем, имеет достаточно сложный математический аппарат и безоговорочно применима к растворам, концентрация ионов в которых не превышает 0,1 моль/л. В этом случае выводы теории хорошо согласуются с экспериментальными данными.

Для растворов с более высокой концентрацией она уже не характеризует достаточно полно чрезвычайно сложную картину взаимодействия между всеми частицами, находящимися в системе.

В настоящее время установлено, что в более концентрированных растворах между заряженными ионами возможно образование ионных пар или ионных двойников, которые образуются за счет действия кулоновских сил и проявляют свойства электронейтральных частиц.

Например, образование ионных двойников из исходных индивидуальных ионов в растворе KCl можно схематически представить следующим образом:

K⁺ + Cl^– = K⁺Cl^–

Такая ассоциация ионов обнаружена в водных растворах калий-хлорида при концентрации соли ≈ 27-30 моль/л.

В неводных растворителях с низкой диэлектрической проницаемостью данные процессы возможны и при более низких концентрациях растворенных веществ.

Экспериментально установлено, что в концентрированных растворах электролитов наряду с незаряженными ионными парами могут образовываться и частицы более высокого порядка: ионные тройники, нейтральные ассоциаты, состоящие из двух и более ионных пар и т.д.

Вывод теоретических уравнений для расчета коэффициентов активности в таких системах возможен при установлении более точных представлений о строении электролитов, о природе и учете всех сил, которые действуют в растворе между находящимися в нем частицами растворителя и растворенного вещества.