Efecto del ion común

En química , el efecto del ion común se refiere a la disminución de la solubilidad de un precipitado iónico por la adición a la solución de un compuesto soluble con un ion en común con el precipitado. ^[1] Este comportamiento es una consecuencia del principio de Le Chatelier para la reacción de equilibrio de la asociación / disociación iónica . El efecto se ve comúnmente como un efecto sobre la solubilidad de las sales y otros electrolitos débiles . Agregar una cantidad adicional de uno de los iones de la sal generalmente conduce a una mayor precipitación de la sal, lo que reduce la concentración de ambos iones de la sal hasta que se alcanza el equilibrio de solubilidad . El efecto se basa en el hecho de que tanto la sal original como el otro químico agregado tienen un ion en común entre sí.

El sulfuro de hidrógeno (H2S ₎ es un electrolito débil . Se encuentra parcialmente ionizado cuando se encuentra en solución acuosa , por lo que existe un equilibrio entre las moléculas no ionizadas y los iones constituyentes en un medio acuoso, como se indica a continuación:

H2S ⇌ H ⁺ ₊ HS ⁻

Aplicando la ley de acción de masas, tenemos

${\displaystyle K_{{\ce {a}}}={\frac {[{\text{H}}^{+}][{\text{HS}}^{-}]}{[{\text{H}}_{2}{\text{S}}]}}}$

El ácido clorhídrico (HCl) es un electrolito fuerte, que se ioniza casi por completo.

HCl → H ⁺ + Cl ⁻

Si se añade HCl a la solución de H2S, el H ₊ ^es un ion común y crea un efecto de ion común. Debido al aumento de la concentración de iones H ⁺ a partir del HCl añadido, el equilibrio de la disociación de H2S _se desplaza hacia la izquierda y mantiene el valor de K _a constante. Por tanto, la disociación de H2S _{disminuye , la concentración de H2S} no ionizado aumenta y, como resultado, la concentración de iones sulfuro disminuye.

El yodato de bario, Ba(IO ₃ ) ₂ , tiene un producto de solubilidad K _sp = [Ba ²⁺ ][IO ₃ ⁻ ] ² = 1,57 x 10 ⁻⁹ . Su solubilidad en agua pura es 7,32 x 10 ⁻⁴ M. Sin embargo, en una solución que es 0,0200 M en nitrato de bario, Ba(NO ₃ ) ₂ , el aumento del ion común bario conduce a una disminución en la concentración del ion yodato. Por lo tanto, la solubilidad se reduce a 1,40 x 10 ⁻⁴ M, aproximadamente cinco veces menor. ^[1]

Un ejemplo práctico muy utilizado en zonas que extraen agua potable de acuíferos de tiza o caliza es la adición de carbonato de sodio al agua cruda para reducir la dureza del agua. En el proceso de tratamiento del agua , se añade sal de carbonato de sodio altamente soluble para precipitar el carbonato de calcio poco soluble . El precipitado de carbonato de calcio muy puro y finamente dividido que se genera es un subproducto valioso que se utiliza en la fabricación de pasta de dientes .

El proceso de desoxidación utilizado en la fabricación de jabones se beneficia del efecto de los iones comunes. Los jabones son sales sódicas de ácidos grasos . La adición de cloruro de sodio reduce la solubilidad de las sales de jabón. Los jabones precipitan debido a una combinación del efecto de los iones comunes y el aumento de la fuerza iónica .

El mar, las aguas salobres y otras aguas que contienen cantidades apreciables de iones de sodio (Na ⁺ ) interfieren en el comportamiento normal del jabón debido al efecto del ion común. En presencia de un exceso de Na ⁺ , la solubilidad de las sales de jabón se reduce, haciendo que el jabón sea menos efectivo.

Una solución tampón contiene un ácido y su base conjugada o una base y su ácido conjugado. ^[2] La adición del ion conjugado dará como resultado un cambio de pH de la solución tampón. Por ejemplo, si tanto el acetato de sodio como el ácido acético se disuelven en la misma solución, ambos se disocian e ionizan para producir iones acetato . El acetato de sodio es un electrolito fuerte , por lo que se disocia completamente en solución. El ácido acético es un ácido débil , por lo que solo se ioniza ligeramente. Según el principio de Le Chatelier , la adición de iones acetato a partir del acetato de sodio suprimirá la ionización del ácido acético y desplazará su equilibrio hacia la izquierda. Por lo tanto, el porcentaje de disociación del ácido acético disminuirá y el pH de la solución aumentará. La ionización de un ácido o una base está limitada por la presencia de su base o ácido conjugado.

NaCH ₃ CO ₂ (s) → Na ⁺ (ac) + CH ₃ CO ₂ ⁻ (ac)

CH3CO2H ( _ac ) ⇌ H + ⁽ ac) _{+ CH3CO2} ⁻ ( _ac )

Esto disminuirá la concentración de hidronio y, por lo tanto, la solución de iones comunes será menos ácida que una solución que contenga solo ácido acético.

Muchos compuestos de metales de transición violan esta regla debido a la formación de iones complejos, un escenario que no forma parte de los equilibrios que intervienen en la precipitación simple de sales a partir de una solución iónica. Por ejemplo, el cloruro de cobre (I) es insoluble en agua, pero se disuelve cuando se le añaden iones de cloruro, como cuando se añade ácido clorhídrico . Esto se debe a la formación de iones complejos solubles CuCl ₂ ^{− .}

En ocasiones, la adición de un ion distinto de los que forman parte de la sal precipitada puede aumentar la solubilidad de la sal. Esta " salación " se denomina "efecto de ion poco común" (también "efecto de sal" o "efecto de ion diverso"). Se produce porque, a medida que aumenta la concentración total de iones, la atracción entre iones dentro de la solución puede convertirse en un factor importante. ^[3] Este equilibrio alterno hace que los iones estén menos disponibles para la reacción de precipitación. Esto también se denomina efecto de ion impar.