ما هو تأثير الأيون المشترك ؟.. ومسائل عنه

تأثير الأيون المشترك على ذوبانية الاملاح

الأيون المشترك هو ثابت توازن غير متجانس، وينشأ هذا الأمر خلال مرحلتين مختلفتين. في حال وجود كميات كبيرة من الأملاح داخل النظام، فإن جميع الأملاح ستتأين داخل المحلول، وخاصة إذا كانت الأملاح تحتوي على الكاتيونات أو الأنيونات الشائعة، مثل محلول الصوديوم الكلوريد والبوتاسيوم الكلوريد. يؤدي ذلك إلى توازن الشحنات والكتلة، ويؤدي بالتالي إلى نفس النتيجة.

هذا يعني أن المنتج الذي يمكن أن يذوب يحتوي على تركيز متوازن من الكاتيون والأنيون المترابطين عكسيا. بالإضافة إلى ذلك، زيادة تركيز الأنيون يؤدي إلى انخفاض الحد الأقصى لتركيز الكاتيون اللازم لحدوث الترسيب، والعكس صحيح أيضا. بالتالي، قابلية الذوبان للمركب الأيوني تعتمد على تركيز الأملاح التي تحتوي على نفس نوع الأيونات. يجب مراعاة أن تغيير أو إضافة كاتيون أو أنيون يمكن أن يؤثر على التوازن لحدوث الذوبان. قابلية الذوبان لأي نوع من الأملاح القابلة للذوبان قد تنخفض بسبب وجود الملح القابل للذوبان في المحلول الذي يحتوي على الأيون المشترك، حيث تكون الأيونات دائما معقدة.

مسائل على تأثير الأيون المشترك

عند محاولة إذابة محلول كلوريد الرصاص في محلول كلوريد الصوديوم بدلا من استخدام الماء، يحدث تغيير في تأثير الذوبان بحيث يكون تركيز أيونات الكلوريد مرتبط بمحلول كلوريد الصوديوم، ويكون عدد أيونات كلوريد الرصاص ضئيل جدا مقارنة بتركيز كلوريد الصوديوم.

عرف الأيون المشترك

الأيون المشترك هو المحلول الذي يحتوي على نسبة عالية من كبريتات الكالسيوم، ويحدث توازن بين الكبريتات الصلبة للكالسيوم وأيونات المحلول. عند إضافة بعض نترات الكالسيوم إلى المحلول المشبع، يزداد تركيز أيون الكالسيوم داخل المحلول. يحدث ذلك لأن منتج تفاعل [Ca 2+] و [SO 4 2−] يزداد ويصبح أكبر. في هذا المثال، يتجه التوازن إلى اليسار لتخفيف الضغط على أيون الكالسيوم المضاف، مما يؤدي إلى ترسيب كبريتات الكالسيوم المضافة للمحلول. وعلى الرغم من ذلك، لا تصبح تركيزات أيون الكالسيوم مساوية لتركيز أيون الكبريتات، وإنما يظل تركيز أيون الكالسيوم أعلى من تركيز أيون الكبريتات

وهذا يوضح أن التأثير الأيوني هو ناتج عن أيون مشترك لكلتا الأملاح التي توجد داخل المحلول حيث أن التأثير الأيوني منخفض في قابلية ذوبان المركب الأيوني وذلك بسبب إضافة الأيون المشترك حيث أن إضافة أيون الكالسيوم إلى المحلول المشبع بكبريتات الكالسيوم تسبب في ترسيب CaSO4 من داخل المحلول وهذا يقلل من قابلية الذوبان الخاصة به مما يؤدي أيضاً إلى إضافة محلول يحتوي على أيون الكبريتات مثل إضافة كبريتات البوتاسيوم الذي يؤدي إلى حدوث نفس التأثير.

وجود الايون المشترك في محلول يزيد ذائبية المادة المذابة

يتطلب وجود الأيون المشترك داخل المحلول لزيادة معدل الذوبان الشروط التالية:

• تتحول المادة الصلبة من المحلول السائل.
• تحول الحلول من الحالة السائلة إلى الحالة الصلبة.
• يتمثل وجود صخور غنية من الرواسب البحرية ورواسب المياه العذبة في تكونها بشكل أساسي من الكالسيت (CaCO₃)، ويحدث ذلك في مجموعة متنوعة من الأشكال البلورية والغير متبلورة.

حيث يكون لدى المحلول المذاب حالة من التوازن حيث أن إضافة الأيون المشترك والذي يكون مكون من مادة صلبة وذائبة وهذا يقلل من قابلية الذوبان في المحلول وهذا يعني إتجاه التفاعل إلى اليسار نحو المواد المتفاعلة من أجل تخفيف الضغط الناتج من الفائض حيث أن التوازن ينتقل إتجاه المواد المتفاعلة حيث تترسب المواد التي تذاب، وقد يستفيد العلماء من هذه الخاصية من ناحية التنقية الخاصة بالماء وتحديداً في المناطق التي تكون مصدراً كبيراً للمياه مثل الطباشير أو الحجر الجيري، حيث تحتوي المياه على فائض كبير من كربونات الكالسيوم CaCO3 وهذا ما يحدث داخل عملية معالجة المياه حيث يتم إضافة ملح كربونات الصوديوم من أجل ترسيب كربونات الكالسيوم كما يتم استخدام رواسب كربونات الكالسيوم والتي تكون ذات نسبة كبير في النقاء في صناعة معجون الأسنان.

قانون الأيون المشترك

يعتمد قانون الأيون المشترك على وجود الأيون الشائع في نطاق التأثير، حيث يساعد على تأيين المحلول الكهربائي بإضافة إلكتروليت آخر يحتوي على نفس الأيون الموجود في المحلول الأول. وهذا يعني وجود أيونات شائعة بين الإلكتروليتين، وهي النتيجة المتوقعة لقانون التوازن. ويحدث هذا في محاليل مختلفة، حيث تتفاعل هذه المحاليل مع بعضها البعض للوصول إلى توازن كيميائي، وهذا يحدث بزيادة تركيز الأيونات الموجودة في المحلول وإضافة بعض العناصر الأخرى التي تحتوي على نفس الأيونات، مما يؤدي إلى زيادة معدل ارتباط الأيونات.

يمكن معرفة تأثير الأيونات عند إضافة كلوريد الهيدروجين الغازي إلى محلول كلوريد الصوديوم، ويؤدي ذلك إلى ترسيب كلوريد الصوديوم بسبب زيادة كمية أيونات الكلوريد في المحلول، والتي تتشكل بعد تفكك حمض الهيدروكلوريك. ومع ذلك، لا يمكن معرفة هذا التأثير في المركبات المعدنية بسبب تكوين العناصر الكتلية لأيونات معقدة، ولكن يمكن مشاهدته بوضوح في مركب كلوريد النحاس الذي يذوب في الماء، حيث يمكن حل المركب باستخدام الماء وإضافة أيونات الكلوريد لتشكيل مركب آخر قابل للذوبان في الماء وهو CuCl2.

يمكن التأثر في قابلية الذوبان بالملح داخل المحلول عند إضافة أيون مشترك. ويمكن أيضا استخدام التأثير الأيوني للحصول على مياه شرب تتكون من طبقات مياه جوفية والتي تحتوي على الصخور المنفذة أو بعض المواد الأخرى، والتي من الممكن أن تحتوي على الطباشير أو الحجر الجيري. كما يمكن إضافة كربونات الصوديوم إلى الماء لخفض نسبة العسر فيه

وتتم هذه العملية في معالجة المياه باستخدام التأثير الأيوني لترسيب كربونات الصوديوم، والتي عادة ما تكون غير قابلة للذوبان إلا بشكل طفيف في الماء. ولكن يمكن استخدام كربونات الصوديوم ذات الذوبانية العالية. يتم الحصول على رواسب نقية ودقيقة من كربونات الكالسيوم، والتي يمكن استخدامها في صناعة معجون الأسنان. الصابون، بالإضافة إلى ذلك، هو أملاح صوديوم للأحماض الكربوكسيلية التي تحتوي على مجموعة كبيرة من الأحماض الدهنية. ومع ذلك، يمكن ملاحظة التأثير الأيوني من خلال عملية التمليح التي تستخدم في صناعة الصابون.