Эффект общего иона

В химии под эффектом общего иона понимают уменьшение растворимости ионного осадка при добавлении к раствору растворимого соединения, имеющего ион . общий с осадком ^[1] Такое поведение является следствием принципа Ле Шателье для равновесной реакции ионной ассоциации / диссоциации . Эффект обычно рассматривается как влияние на растворимость солей и других слабых электролитов . Добавление дополнительного количества одного из ионов соли обычно приводит к усилению осаждения соли, что снижает концентрацию обоих ионов соли до тех пор, пока не будет достигнуто равновесие растворимости . Эффект основан на том факте, что и исходная соль, и другое добавленное химическое вещество имеют один общий ион друг с другом.

Примеры эффекта общего иона

Диссоциация сероводорода в присутствии соляной кислоты

Сероводород (H ₂ S) — слабый электролит . он частично ионизирован В водном растворе , поэтому между неионизированными молекулами и составляющими ионами в водной среде существует следующее равновесие:

Ч ₂ С ⇌ Ч ⁺ + ГС ⁻

Применяя закон действующих масс, имеем

K_{{\ce {a}}}={\frac {[{\text{H}}^{+}][{\text{HS}}^{-}]}{[{\text{H}}_{2}{\text{S}}]}}

Соляная кислота (HCl) является сильным электролитом, который почти полностью ионизируется как

HCl → H ⁺ + Cl ⁻

S добавить HCl _{Если к раствору H 2} , H ⁺ общий ион и создает эффект общего иона. За счет увеличения концентрации H ⁺ ионов из добавленной HCl, равновесие диссоциации H ₂ S смещается влево и сохраняет значение K _{постоянным} . При этом уменьшается диссоциация H ₂ S, увеличивается концентрация неионизированного H ₂ S и, как следствие, снижается концентрация сульфид-ионов.

Растворимость йодата бария в присутствии нитрата бария

Йодат бария Ba(IO ₃ ) ₂ имеет произведение растворимости K _sp = [Ba ²⁺][ИО ₃⁻] ² = 1,57 х 10 ⁻⁹. Его растворимость в чистой воде составляет 7,32 х 10. ⁻⁴ М. Однако в растворе, содержащем 0,0200 М нитрата бария Ba(NO ₃ ) ₂ , увеличение общего иона бария приводит к уменьшению концентрации иодат-ионов. Таким образом, растворимость снижается до 1,40 x 10. ⁻⁴ М, примерно в пять раз меньше. ^[1]

Эффекты растворимости

Практическим примером, широко используемым в районах, где добывается питьевая вода из меловых или известняковых водоносных горизонтов, является добавление карбоната натрия в сырую воду для снижения жесткости воды. В процессе очистки воды добавляют хорошо растворимый карбонат натрия для осаждения труднорастворимого карбоната кальция . Образующийся очень чистый и мелкодисперсный осадок карбоната кальция является ценным побочным продуктом, используемым при производстве зубной пасты .

Процесс высаливания, используемый при производстве мыла, имеет эффект общего иона. Мыло представляет собой натриевые соли жирных кислот . Добавление хлорида натрия снижает растворимость мыльных солей. Мыла осаждаются из-за сочетания эффекта обычных ионов и повышенной ионной силы .

Морские, солоноватые и другие воды, содержащие значительное количество ионов натрия (Na ⁺) мешают нормальному поведению мыла из-за эффекта обычных ионов. При наличии избытка Na ⁺растворимость мыльных солей снижается, что делает мыло менее эффективным.

Эффект буферизации

Буферный раствор содержит кислоту и сопряженное с ней основание или основание и сопряженную с ним кислоту. ^[2] Добавление сопряженного иона приведет к изменению pH буферного раствора. Например, если ацетат натрия и уксусная кислота растворены в одном растворе, они диссоциируют и ионизируются с образованием ионов ацетата . Ацетат натрия является сильным электролитом , поэтому в растворе он полностью диссоциирует. Уксусная кислота является слабой кислотой , поэтому ионизируется лишь незначительно. Согласно принципу Ле Шателье , добавление ацетат-ионов из ацетата натрия будет подавлять ионизацию уксусной кислоты и смещать ее равновесие влево. При этом процент диссоциации уксусной кислоты уменьшится, а pH раствора увеличится. Ионизация кислоты или основания ограничивается наличием сопряженного с ними основания или кислоты.

NaCH ₃ CO ₂ (ы) → Na ⁺(водн.) + СН ₃ СО ₂⁻(вода)

CH ₃ CO ₂ H(водн.) ⇌ H ⁺(водн.) + СН ₃ СО ₂⁻(вода)

Это уменьшит концентрацию гидроксония , и, таким образом, раствор общего иона будет менее кислым, чем раствор, содержащий только уксусную кислоту.

Исключения

Многие соединения переходных металлов нарушают это правило из-за образования сложных ионов, что не является частью равновесий, которые участвуют в простом осаждении солей из ионного раствора. Например, хлорид меди(I) нерастворим в воде, но растворяется при добавлении ионов хлорида, например, при соляной кислоты добавлении . Это связано с образованием растворимого CuCl ₂⁻ сложные ионы.

Эффект необычного иона

Иногда добавление иона, отличного от тех, которые входят в состав самой осажденной соли, может повысить растворимость соли. Это « всаление » называется «эффектом необычных ионов» (также «эффектом соли» или «эффектом разнообразных ионов»). Это происходит потому, что по мере увеличения общей концентрации ионов важным фактором может стать межионное притяжение внутри раствора. ^[3] Это альтернативное равновесие делает ионы менее доступными для реакции осаждения. Это также называется эффектом нечетных ионов.

Ссылки

^ Jump up to: ^а ^б Скуг, Дуглас А.; Уэст, Дональд М.; Холлер, Ф. Джеймс; Крауч, Стэнли Р. (2014). Основы аналитической химии (9-е изд.). Брукс/Коул. п. 209. ИСБН 978-0-495-55828-6 .
^ Мендхэм, Дж.; Денни, RC; Барнс, доктор медицинских наук; Томас, MJK (2000), Количественный химический анализ Фогеля (6-е изд.), Нью-Йорк: Prentice Hall, стр. 28, ISBN 0-582-22628-7
^ Клод Э. Бойд (14 июля 2015 г.). Качество воды: Введение . Спрингер. стр. 56–. ISBN 978-3-319-17446-4 .

[Skoog-1] Jump up to: ^а ^б Скуг, Дуглас А.; Уэст, Дональд М.; Холлер, Ф. Джеймс; Крауч, Стэнли Р. (2014). Основы аналитической химии (9-е изд.). Брукс/Коул. п. 209. ИСБН 978-0-495-55828-6 .

[2] Мендхэм, Дж.; Денни, RC; Барнс, доктор медицинских наук; Томас, MJK (2000), Количественный химический анализ Фогеля (6-е изд.), Нью-Йорк: Prentice Hall, стр. 28, ISBN 0-582-22628-7

[Boyd2015-3] Клод Э. Бойд (14 июля 2015 г.). Качество воды: Введение . Спрингер. стр. 56–. ISBN 978-3-319-17446-4 .

[1]

[2]

[3]