同離子效應

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介紹

同離子效應 (CIE) 基於勒夏特列原理，該原理控制著鹽以及溶液中包含相關離子的其他弱電解質的化學平衡。這種現象常用於改變弱電解質鹽的溶解度，以及將鹽從液體中分離出來。同離子效應 (CIE) 解釋了當引入另一種含有相同離子的電解質時，一種電解質的電離受到抑制的影響。CIE 是一種現象，其中當向液體中引入另一種與分散電解質具有一個相同離子的電解質時，分散電解質的溶解度降低。

什麼是同離子效應？

這通常集中在勒夏特列原理上，該原理指出，如果任何反應物的比例增加，則平衡會向進行變化的方向移動。當向包含已解離鹽和電解質的溶液中加入另一種鹽和含有相同離子的電解質時，相同離子的濃度會增加，導致已溶解鹽或電解質的平衡向初始鹽或電解質側移動，從而降低其溶解度。假設鹽 𝐴𝐵 和電解質 𝐶𝐵。在這種情況下，𝐶𝐵 比 𝐴𝐵 是較弱的電解質。因為當鹽 𝐴𝐵 被引入僅包含 𝐶𝐵 的溶液中時，由於 CIE，𝐶𝐵 的電離會降低，其溶解度也會降低，並且平衡會向左移動。

對溶解度的影響

相同離子的存在會影響鹽在溶液中的溶解度。在日常生活中，這種對溶解度的影響被利用於多種原因。

這種現象被用來從包含石灰石或白堊的含水層中獲取供水。含水層是地下水層，與多孔岩石和其他物質結合在一起。碳酸鈉鹽 (𝑁𝐴2𝐶𝑂3) 被引入這種組合中以獲取清潔水的途徑。由於額外的沉澱，水的硬度降低了。

在水淨化中新增 𝑁𝐴2𝐶𝑂3 會導致碳酸鈣 (𝐶𝐴𝐶𝑂3) 沉澱，碳酸鈣在水中略微溶解。這種純沉澱物後來被用於生產牙膏，作為 CIE 現象的有益副產品。

這種作用在肥皂的製造中也非常重要。它們是脂肪酸鈉鹽。當在製造過程中向肥皂中新增 𝑁𝑎𝐶𝑙 時，肥皂鹽的溶解度會降低。由於 CIE 以及離子強度的增加，肥皂會沉澱。這個概念也用於鹽的過濾。向已經飽和的鹽溶液中引入相同離子會導致額外的鹽沉澱。這也浸泡在鹽中，提煉了之前存在的鹽。

pH 和同離子效應

當向緩衝溶液中引入共軛離子時，由於 CIE，pH 值會發生變化。

例如，當乙酸鈉 (𝐶𝐻3𝐶𝑂𝑂𝐻𝑁𝑎) 和乙酸 (𝐶𝐻3𝐶𝑂𝑂𝐻) 溶解在溶液中以產生乙酸根離子時，可以看到這種作用。溶液中的 𝐶𝐻3𝐶𝑂𝑂𝐻𝑁𝑎 完全解離，而 𝐶𝐻3𝐶𝑂𝑂𝐻 僅部分電離。這是因為 𝐶𝐻3𝐶𝑂𝑂𝐻 是較弱的酸，而乙酸鈉是較強的電解質。

乙酸鈉產生的額外乙酸根離子會阻止 𝐶𝐻3𝐶𝑂𝑂𝐻 的電離，使平衡向左移動，從而降低溶液的 pH 值。因此，含有乙酸鈉 (𝐶𝐻3𝐶𝑂𝑂𝐻𝑁𝑎) 和乙酸 (𝐶𝐻3𝐶𝑂𝑂𝐻) 的 CIE 最終將具有更高的 pH 值，因為其酸性低於乙酸溶液。

同離子效應的例子

觀察當氯化鉛 (𝐼𝐼) (𝑃𝑏𝐶𝑙2) 溶解在水中，然後向飽和溶液中加入氯化鈉 (𝑁𝑎𝐶𝑙) 時會發生什麼。

因為氯化鉛 (𝐼𝐼) (𝑃𝑏𝐶𝑙2) 在水中非常微溶，所以存在相應的平衡

$$\mathrm{Pb^{2+}(aq)\:+\:2Cl^{-}\:\rightarrow\:PbCl_{2}}$$

所得溶液中氯離子和鉛離子的量是原來的兩倍。當向此溶液中加入氯化鈉時，會形成氯化鉛 (𝐼𝐼) (𝑃𝑏𝐶𝑙2) 和帶有氯陰離子的氯化鈉。氯化鈉 (𝑁𝑎𝐶𝑙) 電離產生鈉離子和氯離子 −

$$\mathrm{Na^{2+}(aq)\:+\:Cl^{-}\:\rightarrow\:NaCl}$$

該反應產生的額外氯陰離子會降低氯化鉛 (𝐼𝐼) (𝑃𝑏𝐶𝑙2) 的溶解度，改變氯化鉛反應的平衡以補償 𝐶𝑙 的新增。結果，部分氯離子被去除並轉化為氯化鉛 (𝐼𝐼) (𝑃𝑏𝐶𝑙2)。

如果某種化學物質僅微溶，則會出現 CIE。在任何含有相同離子的溶液中，該化學物質的溶解度都會降低。雖然氯化鉛 (𝑃𝑏𝐶𝑙2) 的情況使用了相同的陰離子，但相同概念也適用於相同的陽離子。

同離子效應中涉及的因素

• 電解質的性質

• 溫度

• 體積/稀釋

• 離子的混合

同離子效應的重要性

在 QA 中產生情況以提取特定的陽離子，同時使其他陽離子留在溶液中。這是透過新增適量的具有相同離子的強電解質來實現的。弱電解質的解離被抑制到所需的程度。

CIE 也用於重量分析。重量分析沉澱物在沉澱溶液中非常微溶。使用 CIE，可以降低沉澱物的溶解度。如果溶解度不好，則不能使用此方法進行重量分析估計。這主要是透過引入少量過量的具有相同離子的沉澱劑來實現的。

結論

離子化合物的沉澱取決於溶液中是否存在一個或多個相同離子。混合物的沉澱受勒夏特列原理控制。當任何離子物質的量增加時，反應會逆轉以減少產物側的壓力。我們研究了同離子效應、其溶解度及其重要性。此外，我們還了解了 pH 和同離子效應，以及一些示例，以便在本文中更好地理解。

常見問題

1. 同離子效應 (CIE) 到底是什麼？

它是勒夏特列原理的結果。它是一種現象，即當向同一溶液中引入第二種電解質時，透過抑制一種電解質的溶解度來實現，當新的電解質與先前存在於溶液中的電解質共享一個離子時。

2. 以下哪種化學配對將表現出同離子效應 (CIE)？

• 氫氧化鈉 (𝑁𝑎𝑂𝐻) 與碳酸鈉 (𝑁𝑎𝐶𝑂3)

• 𝑁𝑎2𝑆𝑂4 與 𝑀𝑔(𝑂𝐻)2

• 𝐶𝐻3𝐶𝑂𝑂𝑁𝑎 與 𝐶𝐻3𝐶𝑂𝑂𝐻

由於它們包含相同的離子 𝑁𝑎 和 𝐶𝐻3𝐶𝑂𝑂，因此配對“a”和“c”表現出同離子效應。

3. 同離子效應 (CIE) 與勒夏特列原理相同嗎？

不，勒夏特列原理和 CIE 不是一回事。雖然 CIE 主要基於勒夏特列原理，但它與勒夏特列原理的不同之處在於，CIE 僅適用於平衡組分的濃度，僅包括分子中的離子。而勒夏特列原理可用於平衡中多種物質的量，不僅包括離子，還包括壓力和其他因素的影響，它也可以限於各種物理現象。

4. 解釋 𝐻3𝑂+ 在乙酸電離中的同離子效應 (CIE)？

當強酸產生相同的離子 𝐻3𝑂+ 時，平衡會發生偏移以產生更多的 𝐶𝐻3𝐶𝑂𝑂𝐻。

$$\mathrm{H_{3}O^{+}\:+\:C_{2}H_{3}O_{2}^{-}\:\rightarrow\:CH_{3}COOH\:+\:H_{2}O}$$

5. 𝑁𝐻4𝑂𝐻 和 𝑁𝐻4𝐶𝑙 的同離子效應 (CIE) 為什麼會發生？

𝑁𝐻4𝑂𝐻 是一種弱鹼，不會完全電離。由於氯化銨 𝑁𝐻4𝐶𝑙 中存在相同的離子 𝑁𝐻4+，它會抑制弱鹼氫氧化銨 𝑁𝐻4𝑂𝐻 的電離，降低 𝑂𝐻− 濃度，從而阻止增加的族陽離子沉澱。因此，𝑁𝐻4𝑂𝐻 和 𝑁𝐻4𝐶𝑙 對錶現出 CIE。