اثر یون مشترک چیست؟ – مثال ها و تاثیر آن بر PH

اثر یون مشترک به اثر یونی گفته می شود که بین یک محلولی که در تماس با محلولی دیگر قرار می گیرد، مشترک باشد. در این هنگام میزان حلالیت یونی که مشترک است، کم می شود. این اثر در تعادل های یونی دیده می شود که طبق اصل لوشاتلیه توضیح داده می شود. به عبارتی دیگر وقتی به یک محلول، الکترولیتی اضافه می شود که دارای یونی مشترک با یون های محلول باشد، به عنوان اثر یون مشترک تعریف می شود. این مقاله نشریه جهان شیمی فیزیک به توضیحاین اثر بر طبق اصل لوشاتلیه می پردازد.

اثر یون مشترک چیست؟

با افزودن ترکیب یونی به محلولی که دارای یونی مشترک در این ترکیب با یون های آن محلول است، و این محلول یک تعادل یونی باشد، طبق اصل لوشاتلیه جابجایی در تعادل اتفاق می افتد. افزودن یون مشترک نوعی تحمیل بر تعادل حساب می شود که بر طبق اصل لوشاتلیه، تعادل به سمت تعدیل این تعادل پیشرفت می کند (انحلال پذیری کمتر آن یون). پس یون مشترک در یک محلول روی غلظت یون ها در تعادلات انحلال پذیری موثر است.

برای درک مفهوم اثر یون مشترک تعادل زیر را در نظر بگیرید :

AB (s) → A⁺ (aq) + B^– (aq)

اگر به محلول همچنین تعادلی یون A⁺ اضافه شود، طبق اصل لوشاتلیه تعادل به سمت چپ جابجا شده و انحلال پذیری ماده جامد AB کاهش می یابد. اضافه کردن یون B⁺ نیز همچنین تاثیری بر این تعادل گذاشته و سبب جابجایی آن به سمت چپ می شود.

مثالی از اثر یون مشترک بر جابجایی تعادل

همان طور که گفته شد با اضافه کردن ترکیبی یونی که دارای یون مشترکی از یون های واکنش تعادلی است، جابجایی در تعادل بر طبق اصل لوشاتلیه در جهت تعدیل تحمیل وارد شده خواهد بود. برای این مبحث مثال تعادل یون اسید استیک را در نظر می گیریم.

CH_۳COOH ↔ CH_۳COO^– + H⁺

وقتی در یک دمای ثابت به ترکیب این محلول مقداری سدیم استات (CH_۳ COONa) اضافه کنیم، به دلیل وجود یون استات مشترک در محلول با ترکیب اضافه شده، بر میزان این یون در محلول افزوده می شود. بنابراین یون استات اضافی با یون هیدروژن (H⁺) ترکیب شده و تولید اسید استیک بیشتر می کند. پس در واقع جابجایی تعادل به سمت چپ واکنش و یونش کمتر اسید است.

مثالی از کاربرد دیگر اثر یون مشترک

اسیدهای چند پروتونی دارای مراحل تفکیک اسیدی به تعداد پروتون های خود هستند. به عنوان مثال H_۲S شامل دو مرحله تفکیک اسید به شکل زیر است.

H_۲S ↔ H⁺ + HS^–      K = 1 ͯ ۱۰^-۷ 

HS^– ↔ H⁺ + S^۲-     K = 1.3 ͯ ۱۰^-۱۳ 

با توجه به مراحل یونش بالا و مقدار ثابت های تفکیکی که در دو مرحله نشان داده شده است، ثابت تفکیک مرحله دوم کمتر از مرحله اول است. این به دلیل وجود اثر یون مشترک H⁺ است که با تولید شدن در مرحله اول، اعمال می شود.

یون مشترک

در تعریف یون مشترک می توان از یک مثال استفاده کرد. وقتی یک محلول با دو ترکیب NaCl و KCl داشته باشیم، یون کلر (Cl^–) به عنوان یون مشترک در این محلول خواهد بود. همچنین با اضافه کردن ترکیب AgCl به محلول حاوی یون سدیم کلرید، باز هم یون مشترک در آن ها یون کلرید خواهد بود.

تاثیر اضافه شدن یون مشترک در حلالیت و کاربرد آن

با استفاده از اثر یون مشترک می توان با استفاده از سدیم کربنات، سختی آب را کم کرد. به این ترتیب آبی را که مناسب برای آشامیدن است می توان به دست آورد. چون وقتی آب را می خواهند تصفیه کنند، با افزودن سدیم کربنات و اثر یون مشترک، کلسیم کربنات به شکل رسوبات ریزی رسوب می کند. رسوبی که به عنوان فرآورده دوم از این واکنش به دست آمده، در تهیه خمیر دندان استفاده می شود.

در ساخت صابون ها از اثر یون مشترک، با افزودن سدیم کلرید به محلول، استفاده می شود. چون صابون ها نمک هایی از کربوکسیلیک اسیدها هستند که حاوی سدیم بوده و زنجیرهایی بلند دارند. تاثیر صابون ها در آب هایی که حاوی نمک هستند مانند آب دریا، با کم شدن حلالیت، کاهش می یابد.

PH و اثر یون مشترک

محلول بافر به محلولی گفته می شود که با اضافه کردن مقدار کمی اسید یا باز در آن، PH محلول تغییر نمی کند. اما وقتی محلولی که به بافر اضافه می شود، یون مزدوج محلول بافر باشد، در این صورت PH محلول تغییر پیدا می کند. به عنوان مثال وقتی در یک محلول اسید استیک و سدیم استات حل شود، یون مشترک استات سبب تغییر PH در محلول خواهد شد.

در این محلول تفکیک اسید استیک به عنوان اسید ضعیف، به صورت جزئی و تفکیک سدیم استات به عنوان یک الکترولیت قوی، به شکل کامل خواهد بود. وقتی یون استات به این محلول اضافه می شود، به عنوان یون مشترک باعث جابجایی تعادل به سمت راست و کاهش یونیزه شدن اسید استیک می شود. این امر باعث کاهش تولید یون هیدروژن و افزایش PH می شود.