أثر الأيون المشترك

بحث متقدم

أ ب ت ث ج ح خ د ذ ر ز س ش ص ض ط ظ ع غ ف ق ك ل م ن هـ و ي

أثر الأيون المشترك

اثر ايون مشترك

Common -ion effect - Effet d'ion commun

أثر الإيون المشترك

عصام قلق

العوامل التي تؤثر في جداء الانحلال

أثر الإيون المشترك

أثر الإيون (الشاردة) المشترك common ion effect هو أثر وجود زيادة في المحلول من إحدى شوارد الكهرليت ضعيف الانحلال. ويمكن توقع نتيجة تأثير هذا التغير من مبدأ لوشاتلييه الذي ينص على أنه عند تطبيق مؤثر على جملة في حالة توازن كيميائي فإن التوازن سينزاح بالاتجاه الذي يميل إلى تخفيف ذلك المؤثر أو إلغائه.

إذا وضع كهرليت قوي، ضعيف الذوبان M_mX_x في الماء فإن قسماً منه سينحل وتنشأ حالة توازن:

(محلول) (صلب)

أي:

ومن أجل أبسط حالة -عندما يكون الكهرليت قوياً (أي يتأين بصورة كلية)- يمكن التعبير عن ثابت التوازن كمايلي:

حيث تركيز الشاردة الموجبة في المحلول، تركيز الشاردة السالبة في المحلول، ويقدر التركيز بالمول/لتر، و تركيز المادة ضعيفة الانحلال، ويعد تركيز الصلب في التوازنات غير المتجانسة مساوياً الواحد. والجملة غير المتجانسة هي التي تحوي نوعين أو أكثر أحدهما صلب أو سائل. ومنه:

حيث K_SP يدعى ثابت جداء الانحلال solubility product.

يمكن تطبيق جداء الانحلال على الكهرليتات القوية الضعيفة الانحلال فقط وإذا ازدادت انحلالية الكهرليت فإن انزياحاً عن ثابت جداء الانحلال يصبح أكبر من المتوقع.

يُستخدم جداء الانحلال من أجل التنبؤ بتشكل الراسب وانحلاله في أفضل الشروط ، وتشمل هذه الشروط المتغيرات الآتية: درجة الحرارة وpH وتركيز الكاشف المُرسِّب وتركيز الملح المتشكل وتركيب المُحِل.

يمكن التعبير عن التوازن وK_SP من أجل كلوريد الفضة -على سبيل المثال - كما يلي:

ففي المحلول المشبع تحدث عند نقطة التوازن تفاعلات متعاكسة. ففي أحد الاتجاهات تنتقل الإيونات من سطح البلورة إلى المحلول، وفي الوقت نفسه يترسب كلوريد الفضة على سطوح البلورة.

وغالباً ماتوجد علاقة بسيطة بين جداء الانحلال والانحلالية تمكن من حساب انحلالية الملح من جداء الانحلال أو جداء الانحلال من الانحلالية.

الانحلالية (مول/لتر )

وقد وجد أن انحلالية تساوي مول/لتر. ومنه يمكن حساب جداء انحلال كبريتات الباريوم.

ومن مفهوم جداء الانحلال يمكن الاستنتاج أنه إذا كان تركيز كل من l-أصغر من مول/ل فلن يتكوّن راسب، وبمجرد الوصول إلى هذا التركيز فإنAgCl المتكونة أو المضافة ستظهر على شكل راسب، أما إذا تجاوز تركيز الإيونات ( ولم تتغير درجة الحرارة) فعندها يكون المحلول فوق مشبع.

لايمكن دائماً الجزم بأن مجموعة أملاح أكثر انحلالية من غيرها بمجرد النظر إلى قيمة جداء الانحلال، فجداء انحلال كرومات الفضة يساوي ؛ أي إنه أصغر من جداء انحلال كلوريد الفضة، وقد يُظن أن الملح أقل انحلالاً من كلوريد الفضة.

بناء على التفاعل:

أي إن كرومات الفضة أكثر ذوباناً من كلوريد الفضة بالرغم من أن جداء انحلال كرومات الفضة أصغر من جداء انحلال كلوريد الفضة. ويمكن التنبؤ كمياً بترتيب الانحلالية بناء على مقارنة ثوابت جداء الانحلال وذلك في حالة الإلكتروليتات التي لها نوع التكافؤ نفسه.

العوامل التي تؤثر في جداء الانحلال

هناك ثلاثة عوامل رئيسة تؤثر في قيمة . وهي: درجة الحرارة وطبيعة المحل وبُعْد الدقائق( حجم الحبيبة).

يؤدي الارتفاع في درجة الحرارة -في أغلب الأحيان- إلى زيادة الانحلالية وزيادة جداء الانحلال، ولكن هناك استثناءات، فبعض الأملاح تنخفض انحلاليتها (أو جداء انحلالها) أو تتغير تغيراً طفيفاً مع ارتفاع درجة الحرارة.

أما اتجاه تغير الانحلالية كتابع لدرجة الحرارة فيمكن التنبؤ به بتطبيق مبدأ لوشاتلييه، وبما أن ازدياد درجة الحرارة هو أحد المؤثرات في التوازن؛ فإن التوازن مابين الراسب وإيوناته في المحلول سيختل تبعاً لكمية حرارة انحلال الصلب في المحلول. فإذا كان الانحلال ماصاً للحرارة تزداد الانحلالية وإذا كان ناشراً للحرارة تنقص الانحلالية.

يؤدي استعمال مُحِل ثابت عزله أصغر من ثابت عزل الماء إلى نقص في الانحلالية، فغالباً ما تنقص انحلالية مادة معتدلة الانحلال في الماء بإضافة الكحول أو محل يمتزج بالماء.

عندما تصغر الدقائق فإن الانحلالية تزداد، وإذا أعيدت عملية البلورة لمحلول فإن الدقائق الصغيرة تنحل بالتدريج ويحصل إشباع عند ترسب كمية مكافئة على البلورات الكبيرة، وهكذا فإن نمو البلورات يتم على حساب البلورات الصغيرة.

أثر الإيون المشترك :

إذا أضيف إيون كلوريد على شكل كلوريد البوتاسيوم KCL إلى محلول كلوريد الفضةAgCl المشبع فيطبق هذا الإيون المشترك جهداً على التوازن الموجود في الجملة. ويسبب الإيون المشترك (إيون الكلوريد) اختلال التوازن باتجاه تكوين كلوريد الفضة الصلب وتكون النتيجة النهائية نقصاً في تركيز إيون الفضة في المحلول، وإذا أضيف المزيد من كلوريد البوتاسيوم فإن تركيز إيون الفضة ينقص أكثر. أما مقدار هذا الأثر فيمكن حسابه من جداء الانحلال. فانحلالية كلوريد الفضة بوجود 0.0001 M كلوريد البوتاسيوم تُحسب كما يلي:

الانحلالية

وإذا كان KCl بتركيز 0.1 مول/لتر فالانحلالية S تساوي

يظهر أثر الإيون المشترك واضحاً عند مقارنة الانحلالية في هاتين الحالتين بالانحلالية عندما لايكون الإيون المشترك موجوداً. كما أنه من الضروري ملاحظة أن التقريب في تركيز Cl- أي0.1+S ~ 0.1 مقبول؛ لأن S صغيرة جداً، ولكن هذا التقريب لايجوز استخدامه في الحالة الأولى.

الشكل (1) انحلالية AgCI بوجود إيوان مشترك KCI(......) يمثل الانحلالية المحسوبة و ( - ) يمثل الانحلالية الناتجة من التجربة

ويبين الشكل (1) مقارنة بين انحلالية كلوريد الفضة المحسوبة بالانحلالية المعينة تجريبياً بدلالة تركيز كلوريد البوتاسيوم، وإذا تجاوز تركيز كلوريد البوتاسيوم حداً معيناً يلاحظ أن الانحلالية الحقيقية ستزداد؛ بدلاً من أن تنقص، كما هو متوقع من أثر الإيون المشترك. وعلى سبيل المثال قيمة انحلالية كلوريد الفضة المحسوبة تجريبياً في 0.1 M كلوريد البوتاسيوم تعادل نحو 3000 ضعف القيمة المحسوبة، لذلك يجب ألا يستخدم أثر الإيون المشترك كيفما اتفق في طرائق التحليل الوزني، وفي حال عدم توافر معطيات دقيقة يجب ألا يزيد تركيز الإيون المشترك المستعمل على 0.1M. إن فشل منحنى الانحلالية المحسوبة في متابعة منحنى الانحلالية التجريبية يُثبتُ أن الجملة ليست مجرد جملة بسيطة حيث يتشكل فيها فقط كلوريد الفضة عديم الانحلال؛ فهناك أربع خطوات توازن إضافية يجب أخذها في الحسبان وهي:

وعند زيادة تركيز كلوريد البوتاسيوم تزداد أهمية هذه التوازنات، والنتيجة هي زيادة الانحلالية. ولما كان جداء الانحلال يتطلب تركيزات توازنية لإيون الفضة وإيون الكلوريد، فإن أي تفسير لتوازنات الأنواع species الأخرى سيُعلل وفق ما هو مبين في جملة الفضة والكلوريد.

أما إذا كانت المادة المنحلة ملحاً لحمض ضعيف أوأساس ضعيف فإن الانحلالية تتأثر بـ pH، وفيما يلي مثال لتأثير pH :