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16.1:

共通イオン効果

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Química
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Common Ion Effect

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Acetic acid, a weak acid, partially dissociates in solution to produce hydronium and acetate ions, while its salt, sodium acetate, dissociates completely to produce sodium ions and acetate. Both acetic acid and sodium acetate have the acetate ion in common. When sodium acetate is added to an acetic acid solution, it increases the total concentration of acetate ions and disturbs the equilibrium. To counterbalance that change, the equilibrium shifts to the left and causes production of acetic acid until the equilibrium is reestablished. In this case, the presence of the common ion results in the decreased dissociation of a compound. This phenomenon is known as the common ion effect. The  common ion effect can be explained with the help of Le Châtelier’s principle, which states that a change in the concentration of the reactants or products at equilibrium will cause the system to shift in a direction that counterbalances the change. The pH of a 0.050 molar ammonia solution is 10.97. If 0.040 molar ammonium chloride is added into the solution, the new pH can be determined using the base dissociation constant of ammonia and an ICE table. Ammonium chloride ionizes completely to produce 0.040 molar of both ammonium and chloride ions. As chloride ions are pH-neutral, they can be ignored.  Ammonia partially dissociates to produce ammonium and hydroxide ions. The Kb for this reaction is 1.76 × 10−5 and is equal to the concentration of ammonium times the concentration of hydroxide divided by the concentration of the ammonia. The values for the initial, change, and equilibrium concentrations are placed in the ICE table, with changes in the concentration denoted by x. Due to the small value of x, 0.050 minus x is approximately equal to 0.050, and 0.040 plus x is approximately equal to 0.040, which can be verified later by the 5% rule. Substituting these values into the expression for Kb, x equals 2.2 × 10−5 molar. The approximation is valid as the hydroxide concentration is less than 5% of 0.040 molar. The pOH and pH of the solution can be calculated using the standard equations and equal 4.66 and 9.34, respectively. Therefore, the presence of the common ion, ammonium ion, causes decreased dissociation of ammonia and thereby reduces the pH of the solution from 10.97 to 9.34.

16.1:

共通イオン効果

イオン性化合物の溶解度は、純水に比べて、共通のイオン(イオン性化合物の溶解により生成されるイオン)を含む水溶液では小さくなります。これは共通イオン効果と呼ばれる現象の一例で、質量作用の法則の結果をルシャトリエの原理で説明することができます。ヨウ化銀の溶解を考えてみよう。

Eq1

この溶解平衡は、銀(I)またはヨウ化物イオンのいずれかの添加によって左にシフトし、その結果、AgIが沈殿し、溶解したAg+とIの濃度が低下します。これらのイオンがすでに含まれている溶液では、これらのイオンが含まれていない溶液よりもAgIの溶解量が少なくなる可能性があります。

この効果は、溶解度積の表現に代表されるように、質量作用の観点からも説明できます。

Eq1

銀(I)イオンとヨウ化物イオンの物質量の積は、イオンの供給源にかかわらず平衡混合物では一定であるため、一方のイオンの濃度が増加すると、それに反比例してもう一方のイオンが減少することでバランスをとる必要があります。

溶液の共通イオン効果

共通のイオンは、溶液中での化合物の溶解度に影響を与えます。例えば、固体のMg(OH)2 は、次のようにMg2+  とOHイオンに解離します。

Eq1

Mg(OH)2の飽和溶液にMgCl2を加えると、Le Châtelier’の原理に従って、追加のMg2+イオンによって生じる変化を相殺するために反応は左にシフトします。定量的には、添加されたMg2+によって反応商が溶解度積(Q > Ksp)よりも大きくなり、反応商が再びKspに等しくなるまでMg(OH)2が形成されます。新たな平衡では、純水にMg(OH)2を溶かした場合よりも[OH]が少なく、[Mg2+]が多くなります。

Mg(OH)2の飽和溶液にKOHを加えると、追加のOHイオンの増加分を相殺するために反応は左にシフトします。そして、反応商が再びKspと等しくなるまでMg(OH)2が生成します。新たな平衡状態では、純水にMg(OH)2を溶かした場合よりも[OH]が大きく、[Mg2+]が小さくなります。

 上記の文章は以下から引用しました。 Openstax, Chemistry 2e, Section 15.1: Precipitation and Dissolution.