اثر یون مشترک

در تعادلات انحلال پذیری، اثر یون مشترک تعریف می شود. بدین ترتیب که اگر تعادل میان یک محلول یونی با محلول یونی دیگر برقرار باشد و بین آن ها یک یون مشترک وجود داشته باشد، مقداری که این ماده یونی حل می شود، کاهش می یابد، این اثر را اثر یون مشترک می گویند. چون اثر یون مشترک، تفکیک یک الکترولیت را در صورت افزودن الکترولیتی دیگر کم می کند، در صورتی که الکترولیت جدید دارای یون مشترکی از محلول باشد. اثر یون مشترک را در تعادلات محلول ها با توجه به اصل لوشاتلیه توصیف می کنند.

مفهوم اثر یون مشترک

وقتی یک ترکیب یونی را در یک تعادل یونی وارد می کنیم، در صورتی که ترکیب افزوده شده دارای یونی مشترک از یون های موجود در محلول باشد، غلظت آن زیاد شده و طبق اصل لوشاتلیه تعادل را در جهت این غلظت اضافه شده، جابجا می کند. مثالی از درک مفهوم اثر یون مشترک، تعادلی است که بین اسید استیک و یون های تشکیل دهنده آن یعنی یون های هیدروژن و استات برقرار است.

وقتی در دمای ثابت، مقداری استات سدیم به این محلول اضافه می شود، غلظت یون مشترک استات زیاد می شود و این تحمیل بر تعادل است. بنابراین با این تحمیل، تعادل به سمت کاهش غلظت یون استات پیش می رود و آن با ترکیب شدن با یون هیدروژن انجام می شود. با این حساب، درجه یونش اسید کم می شود.

نمونه ای دیگر از اثر یون مشترک، در محلول سولفات باریمی است که در تعادل با یون های باریم و سولفات هستند. وقتی به این محلول، یون سولفات اضافه می شود، چون این یون مشترک با یون سولفات تولید شده از این ترکیب است، باعث می شود تعادل به سمت چپ جابجا شود. به عبارتی در جهت مصرف یون سولفات اضافه شده و تعدیل این تحمیل وارد شده خواهد بود. پس یون باریم غلظتش کم شده و بر میزان رسوب سولفات باریم افزوده می شود.

مثالی از کاربرد اثر یون مشترک

وقتی اسیدی دارای چند پروتون اسیدی باشد، می تواند به تعداد این هیدروژن ها تفکیک شود. یکی از این اسیدهای چند پروتونی، H₂S است که دارای دو مرحله تفکیک است. هر کدام از این مراحل نیز دارای ثابت های تفکیک مخصوص به خود است.

H₂S ↔ H⁺ + HS^-      K = 1 ͯ 10^-7

HS^- ↔ H⁺ + S^2-  K = 1.3 ͯ 10^-13

در این تعادل ها مقدار ثابت تفکیک مرحله دوم نسبت به مرحله اول کمتر و در نتیجه میزان یون های تولید شده در مرحله اول بیشتر خواهد بود. علت این امر در میزان یون هیدروژنی است که در مرحله اول تولید می شود و نقش یون مشترک را دارد. پس در مرحله بعد این یون کمتر تولید می شود.

کاربرد اثر یون مشترک

برای رسیدن به آب های آشامیدنی سفره های آب زیرزمینی که دارای سنگ آهک و گچ هستند، از اثر یون مشترک استفاده می شود. برای این که از میزان سختی آن کاسته شود، کربنات سدیم نیز اضافه می شود. با اضافه کردن این نمک، ترکیبات کلسیمی که در آب ها وجود دارد با نمک کربنات سدیم واکنش داده و به شکل ذرات ریز کربنات کلسیم رسوب می کنند.

صابون ها نیز از موادی هستند که در ساخت آن ها اثر یون مشترک موثر است. چون صابون ها به نمک سدیم کربوکسیلیک اسیدها هستند که زنجیرهای کربنی بلندی دارند. وقتی کلرید سدیم به محلول اضافه می شود، صابون ته نشین می شود. به همین دلیل است که تاثیر صابون ها در آب های شوری چون آب دریاها، کم است.

اثر یون مشترک و تاثیر بر PH

وقتی به یک محلول بافر، میزان کمی اسید یا باز اضافه می شود تاثیر در میزان PH آن نخواهد داشت. اما با اضافه کردن ترکیبی که دارای یونی مشترک با یون های موجود در محلول بافر باشد، میزان PH را تغییر داده و تعادل را جابجا کند. محلولی تعادلی از اسید استیک که اسیدی ضعیف بوده و به صورت جزئی تفکیک می شود و نمک سدیم استات که تفکیکی کامل دارد، به عنوان محلول بافر است.

اگر به این محلول مقداری یون استات افزوده شود، اثر یون مشترک خواهد گذاشت و تعادل را به سمت مصرف این یون پیش می برد. با این تاثیرات، تعادل به سمت راست و کم کردن یونیزه شدن اسید استیک پیش می رود. PH در این تغییرات بالا می رود چون یون هیدروژن کمتر تولید می شود.