تأثير الأيون المشترك

📅 آخر تحديث: ٢٥ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٥ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 1 صور
الموسوعة الحرة

في الكيمياء ، يُشير تأثير الأيون المشترك إلى انخفاض ذوبانية الراسب الأيوني عند إضافة مركب قابل للذوبان إلى المحلول ، حيث يشترك هذا المركب في أيون واحد مع الراسب. [ 1 ] هذا السلوك هو نتيجة لمبدأ لو شاتيليه الخاص بتفاعل التوازن بين الترابط والتفكك الأيوني . ويُلاحظ هذا التأثير عادةً على ذوبانية الأملاح والإلكتروليتات الضعيفة الأخرى . فإضافة كمية إضافية من أحد أيونات الملح تؤدي عمومًا إلى زيادة ترسب الملح، مما يُقلل تركيز كلا أيوني الملح حتى الوصول إلى حالة توازن الذوبانية . ويستند هذا التأثير إلى حقيقة أن كلاً من الملح الأصلي والمادة الكيميائية المضافة يشتركان في أيون واحد.

أمثلة على تأثير الأيون المشترك

تفكك كبريتيد الهيدروجين في وجود حمض الهيدروكلوريك

كبريتيد الهيدروجين (H₂S ) هو إلكتروليت ضعيف . يتأين جزئيًا عند وجوده في محلول مائي ، ولذلك يوجد توازن بين الجزيئات غير المتأينة والأيونات المكونة له في الوسط المائي كما يلي:

H₂S ⇌ H⁺ + HS⁻​​ ​

بتطبيق قانون الفعل الجماعي ، لدينا

كأ=[ح+][HS-][ح2S]{\displaystyle K_{{\ce {a}}}={\frac {[{\text{H}}^{+}][{\text{HS}}^{-}]}{[{\text{H}}_{2}{\text{S}}]}}}

حمض الهيدروكلوريك (HCl) هو إلكتروليت قوي، يتأين بشكل شبه كامل عندما

HCl → H + + Cl −

عند إضافة حمض الهيدروكلوريك (HCl) إلى محلول كبريتيد الهيدروجين (H₂S ) ، يصبح أيون الهيدروجين (H⁺ ) أيونًا مشتركًا، مما يُحدث تأثير الأيون المشترك. وبسبب زيادة تركيز أيونات الهيدروجين نتيجة إضافة حمض الهيدروكلوريك، ينزاح توازن تفكك كبريتيد الهيدروجين نحو اليسار، مع ثبات قيمة ثابت التوازن (K) . وبالتالي، يقل تفكك كبريتيد الهيدروجين ، ويزداد تركيز كبريتيد الهيدروجين غير المتأين ، ونتيجة لذلك، ينخفض ​​تركيز أيونات الكبريتيد.

ذوبانية يودات الباريوم في وجود نترات الباريوم

يتميز يودات الباريوم، Ba(IO₃ ) ₂ ، بحاصل ذوبان Ksp = [Ba²⁺ ] [IO₃⁻ ] ₂ = 1.57 × 10⁻⁹ . تبلغ ذوبانيته في الماء النقي 7.32 × 10⁻⁴ مول / لتر . مع ذلك، في محلول تركيزه 0.0200 مول/لتر من نترات الباريوم، Ba(NO₃ ) ₂ ، تؤدي زيادة تركيز أيون الباريوم المشترك إلى انخفاض تركيز أيون اليودات. وبالتالي، تنخفض الذوبانية إلى 1.40 × 10⁻⁴ مول / لتر، أي أقل بخمس مرات تقريبًا. [ 1 ]   

تأثيرات الذوبان

من الأمثلة العملية الشائعة الاستخدام في المناطق التي تستمد مياه الشرب من طبقات المياه الجوفية الجيرية أو الطباشيرية ، إضافة كربونات الصوديوم إلى المياه الخام لتقليل عسرها . في عملية معالجة المياه ، يُضاف ملح كربونات الصوديوم عالي الذوبان لترسيب كربونات الكالسيوم قليلة الذوبان . يُعدّ راسب كربونات الكالسيوم النقي والدقيق الناتج منتجًا ثانويًا قيّمًا يُستخدم في صناعة معجون الأسنان .

تستفيد عملية التمليح المستخدمة في صناعة الصابون من تأثير الأيون المشترك. الصابون عبارة عن أملاح صوديوم للأحماض الدهنية . يؤدي إضافة كلوريد الصوديوم إلى تقليل ذوبان أملاح الصابون. يترسب الصابون نتيجةً لتضافر تأثير الأيون المشترك وزيادة القوة الأيونية .

تؤثر مياه البحر والمياه قليلة الملوحة وغيرها من المياه التي تحتوي على كميات ملحوظة من أيونات الصوديوم (Na + ) على السلوك الطبيعي للصابون بسبب تأثير الأيون المشترك. في وجود فائض من أيونات الصوديوم ، تقل ذوبانية أملاح الصابون، مما يجعله أقل فعالية.

تأثير التخزين المؤقت

يحتوي المحلول المنظم على حمض وقاعدته المرافقة، أو قاعدة وحمضها المرافق. [ 2 ] تؤدي إضافة الأيون المرافق إلى تغيير في الرقم الهيدروجيني للمحلول المنظم. على سبيل المثال، إذا أُذيب كل من أسيتات الصوديوم وحمض الأسيتيك في نفس المحلول، فإنهما يتفككان ويتأينان لإنتاج أيونات الأسيتات . أسيتات الصوديوم إلكتروليت قوي ، لذا يتفكك كليًا في المحلول. أما حمض الأسيتيك فهو حمض ضعيف ، لذا يتأين بشكل طفيف فقط. وفقًا لمبدأ لوشاتيليه ، فإن إضافة أيونات الأسيتات من أسيتات الصوديوم تثبط تأين حمض الأسيتيك وتُزيح توازنه نحو اليسار. وبالتالي، تنخفض نسبة تفكك حمض الأسيتيك، ويرتفع الرقم الهيدروجيني للمحلول. يُحدّ من تأين الحمض أو القاعدة وجود قاعدته أو حمضه المرافق.

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)

سيؤدي هذا إلى تقليل تركيز الهيدرونيوم ، وبالتالي سيكون محلول الأيون المشترك أقل حمضية من محلول يحتوي على حمض الأسيتيك فقط.

الاستثناءات

تُخالف العديد من مركبات الفلزات الانتقالية هذه القاعدة بسبب تكوّن أيونات معقدة، وهو سيناريو لا يدخل ضمن التوازنات التي تحدث في الترسيب البسيط للأملاح من المحلول الأيوني. على سبيل المثال، كلوريد النحاس الأحادي غير قابل للذوبان في الماء، ولكنه يذوب عند إضافة أيونات الكلوريد، كما هو الحال عند إضافة حمض الهيدروكلوريك . ويعود ذلك إلى تكوّن أيونات معقدة قابلة للذوبان من نوع CuCl₂⁻ .

تأثير الأيونات غير الشائعة

أحيانًا، قد تؤدي إضافة أيون آخر غير الأيونات المكونة للملح المترسب نفسه إلى زيادة ذوبانيته. تُعرف هذه الظاهرة باسم "تأثير الأيون غير المشترك" (أو "تأثير الملح" أو "تأثير الأيون المتنوع"). يحدث هذا التأثير لأنه مع ازدياد تركيز الأيونات الكلي، يصبح التجاذب بين الأيونات داخل المحلول عاملًا مهمًا. [ 3 ] هذا التوازن البديل يجعل الأيونات أقل توافرًا لتفاعل الترسيب. يُعرف هذا أيضًا باسم "تأثير الأيون الفردي".

مراجع

  1. 1 2 سكوج، دوغلاس أ.؛ ويست، دونالد م.؛ هولر، ف. جيمس؛ كراوتش، ستانلي ر. (2014). أساسيات الكيمياء التحليلية (الطبعة التاسعة  ). بروكس/كول. ص  209. ISBN 978-0-495-55828-6.
  2. ↑ ميندهام، ج.؛ ديني، ر. س.؛ بارنز، ج. د.؛ توماس، م. ج. ك. (2000)، التحليل الكيميائي الكمي لفوغل (الطبعة السادسة )، نيويورك: برنتيس هول، ص 28، ISBN   0-582-22628-7
  3. ↑ كلود إي. بويد (14 يوليو 2015). جودة المياه: مقدمة . سبرينغر. ص 56 وما يليها. ISBN  978-3-319-17446-4.