Efekt wspólnego jonu

Efekt wspólnego jonu odnosi się do zmniejszenia rozpuszczalności osadu jonowego przez dodanie do roztworu rozpuszczalnego związku z jonem wspólnym z osadem. Takie zachowanie jest konsekwencją zasady Le Chateliera dotyczącej równowagowej reakcji asocjacji/dysocjacji jonowej. Efekt ten jest powszechnie postrzegany jako wpływ na rozpuszczalność soli i innych słabych elektrolitów . Dodanie dodatkowej ilości jednego z jonów soli generalnie prowadzi do zwiększonego wytrącania się soli, co zmniejsza stężenie obu jonów soli aż do osiągnięcia równowagi rozpuszczalności . Efekt opiera się na fakcie, że zarówno oryginalna sól, jak i druga dodana substancja chemiczna mają jeden wspólny jon.

Przykłady efektu wspólnego jonu

Dysocjacja siarkowodoru w obecności kwasu solnego

Siarkowodór (H2S ₎ jest słabym elektrolitem . W roztworze wodnym jest częściowo zjonizowany , dlatego w środowisku wodnym istnieje równowaga między niezjonizowanymi cząsteczkami a jonami składowymi:

H ₂ S ⇌ H ⁺ + HS ^-

Stosując prawo działań masowych, mamy

${\ Displaystyle K _ {{\ ce {a}}} = {\ Frac {[{\ tekst {H}} ^ {+} [{\ tekst{HS}}^{-}]}{[{\text{H}}_{2}{\text{S}}]}}}$

Kwas solny (HCl) jest silnym elektrolitem, który prawie całkowicie jonizuje jako

HCl → H ⁺ + Cl ^-

Jeśli HCl zostanie dodany do roztworu H ₂ S, H ⁺ wspólny jon tworzy efekt wspólnego jonu. Ze względu na wzrost stężenia jonów H ⁺ z dodanego HCl równowaga dysocjacji H ₂ S przesuwa się w lewo i utrzymuje wartość K _na stałym poziomie. W ten sposób zmniejsza się dysocjacja H ₂ S, wzrasta stężenie niezjonizowanego H ₂ S, aw rezultacie zmniejsza się stężenie jonów siarczkowych.

Rozpuszczalność jodanu baru w obecności azotanu baru

Jodan baru, Ba(IO ₃ ) ₂ , ma iloczyn rozpuszczalności K _sp = [Ba ²⁺ ][IO ₃ ⁻ ] ² = 1,57 x ^10-9 . Jego rozpuszczalność w czystej wodzie wynosi 7,32 x 10-4 ^M. Jednak w roztworze zawierającym 0,0200 M azotanu baru, Ba(NO ₃ ) ₂ , wzrost stężenia jonu pospolitego baru prowadzi do zmniejszenia stężenia jonu jodanowego. Rozpuszczalność jest zatem zmniejszona do 1,40 x 10-4 ^M , czyli około pięć razy mniej.

Efekty rozpuszczalności

Główny artykuł: równowaga rozpuszczalności

Praktycznym przykładem bardzo szeroko stosowanym na obszarach czerpiących wodę pitną z kredowych lub wapiennych warstw wodonośnych jest dodatek węglanu sodu do wody surowej w celu zmniejszenia twardości wody. W uzdatniania wody dodaje się dobrze rozpuszczalny węglan sodu w celu wytrącenia trudno rozpuszczalnego węglanu wapnia . Powstający bardzo czysty i drobno rozdrobniony osad węglanu wapnia jest cennym produktem ubocznym wykorzystywanym do produkcji pasty do zębów .

Proces wysalania stosowany w produkcji mydeł korzysta z efektu wspólnych jonów. Mydła to sole sodowe kwasów tłuszczowych . Dodatek chlorku sodu zmniejsza rozpuszczalność soli mydła. Mydła wytrącają się w wyniku połączenia efektu wspólnych jonów i zwiększonej siły jonowej .

Wody morskie, słonawe i inne, które zawierają znaczne ilości jonów sodu (Na ⁺ ) zakłócają normalne zachowanie mydła z powodu efektu wspólnych jonów. W obecności nadmiaru Na ⁺ rozpuszczalność soli mydła jest zmniejszona, przez co mydło jest mniej skuteczne.

Efekt buforowania

Główny artykuł: roztwór buforowy

Roztwór buforowy zawiera kwas i sprzężoną z nim zasadę lub zasadę i sprzężony z nią kwas. Dodatek sprzężonego jonu spowoduje zmianę pH roztworu buforowego. Na przykład, jeśli zarówno octan sodu, jak i kwas octowy zostaną rozpuszczone w tym samym roztworze, oba dysocjują i jonizują, tworząc jony octanowe . Octan sodu jest silnym elektrolitem , więc całkowicie dysocjuje w roztworze. Kwas octowy jest słabym kwasem , więc jonizuje tylko nieznacznie. Zgodnie z zasadą Le Chateliera dodanie jonów octanowych z octanu sodu spowoduje stłumienie jonizacji kwasu octowego i przesunięcie jego równowagi w lewo. W ten sposób procent dysocjacji kwasu octowego zmniejszy się, a pH roztworu wzrośnie. Jonizacja kwasu lub zasady jest ograniczona obecnością sprzężonej zasady lub kwasu.

NaCH ₃ CO ₂ (s) → Na ⁺ (aq) + CH ₃ CO ₂ ⁻ (aq)

CH ₃ CO ₂ H (aq) ⇌ H ⁺ (aq) + CH ₃ CO ₂ ⁻ (aq)

Spowoduje to zmniejszenie stężenia hydroniowego , a zatem roztwór wspólnego jonu będzie mniej kwaśny niż roztwór zawierający tylko kwas octowy.

Wyjątki

Wiele związków metali przejściowych narusza tę zasadę z powodu tworzenia złożonych jonów, scenariusza nie będącego częścią równowagi, która bierze udział w prostym wytrącaniu soli z roztworu jonowego. Na przykład chlorek miedzi (I) jest nierozpuszczalny w wodzie, ale rozpuszcza się po dodaniu jonów chlorkowych, na przykład po dodaniu kwasu chlorowodorowego . Jest to spowodowane tworzeniem się rozpuszczalnych jonów złożonych CuCl ₂ ⁻ .

Niezwykły efekt jonów

Czasami dodanie jonu innego niż ten, który jest częścią samej wytrąconej soli, może zwiększyć rozpuszczalność soli. To „ zasolenie ” nazywane jest „efektem jonów nietypowych” (również „efektem soli” lub „efektem jonów zróżnicowanych”). Dzieje się tak, ponieważ wraz ze wzrostem całkowitego stężenia jonów przyciąganie międzyjonowe w roztworze może stać się ważnym czynnikiem. Ta alternatywna równowaga sprawia, że ​​jony są mniej dostępne dla reakcji wytrącania. Nazywa się to również efektem jonów nieparzystych.