공통이온효과

Common-ion effect

공통이온 효과는 침전물과 공통적으로 이온을 가진 수용성 화합물의 용액에 첨가함으로써 이온 침전물의 용해도가 감소하는 것을 말한다.[1] 이 행동은 이온 연관성/분열성의 평형반응에 대한 르 샤틸러의 원리의 결과물이다. 그 효과는 일반적으로 소금과 다른 약한 전해질의 용해도에 영향을 미치는 것으로 보인다. 소금의 이온 중 1개를 추가하면 일반적으로 소금의 강수량이 증가하는데, 용해도 평형에 도달할 때까지 소금의 양쪽 이온의 농도가 감소한다. 그 효과는 원래 소금과 다른 첨가 화학 물질 모두 하나의 이온을 서로 공통적으로 가지고 있다는 사실에 근거한다.

공통이온 효과의 예

염산이 존재하는 황화수소의 분해

황화수소(HS2)는 전해질이 약하다. 그것은 수용액에서 약하게 이온화된다. 수용성 매체에서 비이온화 분자와 이온 사이에는 다음과 같은 평형이 존재한다.

HS2+ ⇌ H + HS−

집단행동의 법칙을 적용함으로써 우리는

위의 HS2 용액에 염산을 첨가하면 완전히 이온화된다.

HCl+ → H + Cl−

이것은 H를+ 공통 이온으로 만들고 공통 이온 효과를 발생시킨다. H+ 이온의 농도 증가로 인해 HS의2 분리의 평형은 왼쪽으로 이동하며 K의a 값을 일정하게 유지한다. 따라서 HS의2 이온화가 감소한다. 비이온 HS의2 농도가 높아진다. 그 결과 황화 이온의 농도가 낮아진다.

질산바륨이 존재하는 요오드산바륨의 용해성

요오드산 바륨, Ba(IO3)2는 용해성 제품 Ksp = [Ba2+][IO3−]2 = 1.57 x 10−9. 순수한 물에서의 용해도는 7.32 x 10−4 M이다. 그러나 질산바륨 바륨 Ba(NO3) 0.0200M의 용액에서 공통 이온바륨의 증가는 요오드산 이온 농도의 감소를 초래한다.2 따라서 용해도는 약 5배 작은 1.40 x 10−4 M으로 감소한다.[1]

용해도 효과

주요기사 : 용해성 평형

분필이나 석회암 대수층으로부터 식수를 끌어내는 지역에서 매우 널리 사용되는 실제적인 예는 물의 경도를 줄이기 위해 생수에 탄산나트륨을 첨가하는 것이다. 수처리 과정에서는 수용성이 높은 탄산나트륨 소금이 첨가되어 탄산칼슘을 가감없이 침전시킨다. 생성되는 탄산칼슘의 매우 순수하고 미세하게 분열된 침전물은 치약 제조에 사용되는 귀중한 부산물이다.

비누 제조에 사용되는 염출 공정은 공통 이온 효과로부터 이익을 얻는다. 비누는 지방산의 나트륨 염이다. 염화 나트륨을 첨가하면 비눗물의 용해도가 감소한다. 이 비누는 공통이온 효과와 이온 강도의 증가로 인해 침전된다.

바다, 고사리, 나트륨 이온(Na+)이 상당히 많이 함유된 다른 물은 공통이온 효과로 인해 비누의 정상적인 동작을 방해한다. 과잉 Na가+ 있으면 비누염의 용해도가 낮아져 비누의 효능이 떨어진다.

버퍼링 효과

주요기사 : 완충용액

완충 용액은 산과 그것의 결합 베이스 또는 베이스와 그것의 결합 산을 포함한다.[2] 결합이온을 첨가하면 완충용액의 pH가 변경된다. 예를 들어, 아세트산 나트륨과 아세트산이 모두 동일한 용액에 용해될 경우, 아세트산 이온을 생성하기 위해 분리 및 이온화된다. 아세테이트 나트륨은 강한 전해질이기 때문에 용액에서 완전히 분리된다. 아세트산은 약한 산이기 때문에 이온화가 약간만 된다. 르 샤틸리에의 원리에 따르면 아세테이트 나트륨에서 아세테이트 이온을 첨가하면 아세트산의 이온화를 억제하고 평형을 왼쪽으로 이동시킨다. 따라서 아세트산의 분해가 감소하고 용액의 pH가 증가할 것이다. 산이나 염기의 이온화는 그것의 결합 염기 또는 산의 존재에 의해 제한된다.

NaCHCO32 → Na+(aq) + CHCO32−(aq)
CH3CO2H(aq) ⇌ H+(aq) + CH3CO2−(aq)

이렇게 하면 하이드로늄 농도가 낮아지고, 따라서 공동이온용액은 아세트산만 함유한 용액보다 산도가 낮아진다.

예외

많은 전이 금속 화합물은 이온의 형성으로 인해 이 규칙을 위반하는데, 이는 이온 용액에서 나오는 염분의 단순 강수에 관여하지 않는 시나리오다. 예를 들어, 염화 구리(I) 염화물은 물에 용해되지 않지만 염산이 첨가되었을 때와 같이 염화 이온이 첨가되었을 때 용해된다. 이는 수용성 CuCl2− 복합 이온이 형성되기 때문이다.

비범이온효과

때로는 침전된 소금 자체의 일부인 이온 이외의 이온을 첨가하면 소금의 용해도를 높일 수 있다. 이 "절인"을 "비공통 이온 효과"("소금 효과" 또는 "우주 이온 효과"라고도 한다. 총 이온 농도가 증가함에 따라 용액 내 이온간 끌어당김이 중요한 요인이 될 수 있기 때문에 발생한다.[3] 이 대체 평형은 이온을 강수 반응에 덜 이용하게 만든다. 이것을 홀수 이온 효과라고도 한다.

참조

  1. ^ a b Skoog, Douglas A.; West, Donald M.; Holler, F. James; Crouch, Stanley R. (2014). Fundamentals of Analytical Chemistry (9th ed.). Brooks/Cole. p. 209. ISBN 978-0-495-55828-6.
  2. ^ Mendham, J.; Denney, R. C.; Barnes, J. D.; Thomas, M. J. K. (2000), Vogel's Quantitative Chemical Analysis (6th ed.), New York: Prentice Hall, p. 28, ISBN 0-582-22628-7
  3. ^ Claude E. Boyd (14 July 2015). Water Quality: An Introduction. Springer. pp. 56–. ISBN 978-3-319-17446-4.