Χημεία (Γ Γενικού Λυκείου - Ομάδα Προσ/σμού Θετικών Σπουδών και Σπουδών Υγείας): Ηλεκτρονικό Βιβλίο

(5.4) Επίδραση κοινού ιόντος

Επίδραση κοινού ιόντος έχουμε όταν σε διάλυμα ασθενούς ηλεκτρολύτη προσθέσουμε άλλο ηλεκτρολύτη (συνήθως ισχυρό) που να έχει κοινό ιόν με τον ασθενή ηλεκτρολύτη. Στην περίπτωση αυτή ο βαθμός ιοντισμού μειώνεται, λόγω μετατόπισης της ισορροπίας ιοντισμού του ασθενούς ηλεκτρολύτη προς τα αριστερά, σύμφωνα με την αρχή Le Chatelier.

Δηλαδή η ισορροπία ιοντισμού του ασθενούς οξέος ΗΑ:

ΗΑ+ Η₂Ο ⇌ Η₃Ο⁺ + Α^-

μετατοπίζεται προς τα αριστερά αν, στο διάλυμα του οξέος ΗΑ προσθέσουμε Η₃Ο⁺ (προσθήκη ισχυρού οξέος) ή Α^- (προσθήκη άλατος που περιέχει ιόντα A^-). Για παράδειγμα ο βαθμός ιοντισμού του ασθενούς οξέος HF ελαττώνεται με προσθήκη ισχυρού οξέος π.χ. HCl (με κοινό ιόν Η₃Ο⁺) ή φθοριούχου άλατος π.χ. NaF (κοινό ιόν το F^-), αλλά όχι με προσθήκη NaCl που δεν έχει κοινό ιόν με το ΗF. Η μελέτη των ιοντικών υδατικών διαλυμάτων στις περιπτώσεις αυτές στηρίζεται στην παρακάτω παρατήρηση:

Αν σε ένα διάλυμα υπάρχουν δύο ή περισσότερες ουσίες που δίνουν ένα κοινό ιόν π.χ. το Α^-, τότε η συγκέντρωση ισορροπίας του Α^-, που ικανοποιεί όλες τις ισορροπίες, είναι μία και μόνο. Η συγκέντρωση αυτή του Α^- προκύπτει, αν προσθέσουμε όλες τις συγκεντρώσεις των Α^- στο διάλυμα, από όπου και αν αυτές προέρχονται.

Παράδειγμα 5.11
Ποιος είναι ο βαθμός ιοντισμού του ΗF:
α) Σε διάλυμα HF 1 M;
β) Σε διάλυμα που περιέχει HF 1Μ και NaF 1 Μ;
γ) Να βρεθεί το pH των δύο προηγούμενων διαλυμάτων.
Δίνεται: K_{a HF} = 10^-4
ΛΥΣΗ
α) Για το πρώτο διάλυμα έχουμε:
α₁ = 10^-2 και [Η₃O⁺] = 10^-2 Μ
β) Στο δεύτερο διάλυμα, το NaF ως ιοντική ένωση διίσταται πλήρως:
NaF → Na⁺ + F^-
1 M δίνουν 1 Μ 1 Μ
Στη συνέχεια γράφουμε τον ιοντισμό του HF παρουσία του κοινού ιόντος F^-.

ιοντισμός	HF + Η₂Ο ⇌ H₃Ο⁺ + F^-
αρχικά / Μ ιοντίζονται – παράγονται / Μ	1 x	x	1 x
ισορροπία / Μ	1-x	x	1+x

Θεωρούμε 1 – x ≈ 1 και 1 + x ≈ 1 και από την εικόνα

ή x = 10-4, άρα εικόνα

και [Η₃Ο⁺] = 10^-4 Μ
Παρατηρούμε ότι η συγκέντρωση F^- που αναγράφεται στην κατάσταση ισορροπίας είναι η συνολική συγκέντρωση, που προκύπτει από τη διάσταση ή ιοντισμό όλων των ηλεκτρολυτών. Επίσης παρατηρούμε ότι ο βαθμός ιοντισμού του HF ελαττώθηκε από 10^-2 σε 10^-4, λόγω του κοινού ιόντος F^-.
γ. Το pH του πρώτου διαλύματος είναι 2 και του δευτέρου 4.

Εφαρμογή
Ποια είναι η συγκέντρωση ΟΗ^- διαλύματος ΝΗ₃ 0,1 Μ και ΝΗ₄Cl 0,02 Μ, αν δίνεται K_{b NH₃} = 2 10^-5;

( pH =10 )

Παράδειγμα 5.12
Να δείξετε ότι σε διάλυμα που περιέχει ασθενές οξύ ΗΑ με συγκέντρωση c_οξ Μ και τη συζυγή βάση αυτού Α^- με συγκέντρωση c_βασ Μ η συγκέντρωση των Η₃Ο⁺ δίνεται από τον τύπο:
εικόνα

με την προϋπόθεση ότι έχουμε [Η₃Ο⁺] οξ. και [Η₃Ο⁺] βασ.

ΑΠΑΝΤΗΣΗ
Γράφουμε την αντίδραση ιοντισμού του οξέος και συμπληρώνουμε τον πίνακα

ιοντισμός	HA + Η₂Ο ⇌ H₃Ο⁺ + A^-
αρχικά / Μ ιοντίζονται – παράγονται / Μ	c_oξ x	x	c_βασ x
ισορροπία / Μ	c_oξx	x	c_βασ+x

Θεωρούμε cοξ – x ≈ cοξ και cβασ – x ≈ cβασ και καταλήγουμε:
εικόνα

• Θυμηθείτε τις προσεγγίσεις: αν α ≤ 0,1 => 1- α ≈ 1 και c- x ≈ c
επίσης
αν K_a /c ≤ 0,01 => 1 -α ≈ 1 και c- x ≈ c

Εφαρμογή
Να αποδειχθεί ότι σε διάλυμα που περιέχει ασθενή βάση Β συγκέντρωσης c_βασ M και το συζυγές του οξύ BΗ⁺ c_οξ M, η συγκέντρωση των ΟΗ^- δίνεται από τη σχέση:
εικόνα

με την προϋπόθεση ότι ισχύει [ΟΗ-] βασ και [ΟΗ^-] οξ.

Παράδειγμα 5.13
Σε 4 L διαλύματος NaOH 0,2 Μ προσθέτουμε 1 L διαλύματος HCl 0,3 Μ και παίρνουμε 5 L διαλύματος. Ποιο είναι το pH του διαλύματος ;
ΛΥΣΗ
Κατά την ανάμιξη γίνεται η μονόδρομη αντίδραση:

HCl + NaOH → NaCl + H₂O

Υπολογίζουμε τις ποσότητες των διαλυμένων ουσιών. Τα 4 L διαλύματος NaOH 0,2 Μ περιέχουν 0,8 mol NaOH. To 1 L διαλύματος HCl 0,3 Μ περιέχει 0,3 mol HCl. Οπότε, έχουμε:

αντίδραση	NaOH + HCl → NaCl + H₂O
αρχικά / mol αντιδρούν - παράγονται/ mol	0,8 0,3	0,3 0,3	0,3
τελικά / mol	0,5	-	0,3

To NaCl που σχηματίζεται, όπως όλα τα άλατα που προκύπτουν από εξουδετέρωση ισχυρού οξέος με ισχυρή βάση, δεν επηρεάζει τις [Η₃Ο⁺].
Στο τελικό διάλυμα έχουμε: εικόνα

και
Το NaOH διίσταται πλήρως:
NaOH → Na⁺ + OH^-
0,1 M δίνει 0,1 Μ 0,1 Μ
Συνεπώς, [ΟΗ^-] = 0,1Μ ή [Η₃Ο⁺] = 10^-13 Μ και pH = 13.

Εφαρμογή
Σε 1 L διαλύματος ΗΝΟ₃ 0,1Μ (διάλυμα Α) προσθέτουμε 0,5 L διαλύματος NaOH 0,1 Μ (διάλυμα Β) και παίρνουμε 1,5 L διαλύματος. Να υπολογιστούν:
α. Το pH του διαλύματος Α.
β. Το pH του διαλύματος Β.
γ. Η συγκέντρωση των Η₃Ο⁺ στο τελικό διάλυμα.
Δίνεται K_w = 10^-14.

( α. pH = 1 β. pH = 13 γ. [Η₃Ο⁺] = 0,033 Μ )

Μεθοδολογία για την επίλυση ασκήσεων με ανάμιξη διαλυμάτων ή προσθήκη καθαρής ουσίας σε διάλυμα, όταν μεταξύ αυτών λαμβάνει χώρα αντίδραση:
Όταν αναμιγνύονται δύο ή περισσότερα διαλύματα ή καθαρή ουσία με διάλυμα και μεταξύ αυτών λαμβάνει χώρα αντίδραση τότε για να υπολογίσουμε τις συγκεντρώσεις στο τελικό ιοντικό διάλυμα εργαζόμαστε ως εξής:
α. Γράφουμε τις μονόδρομες αντιδράσεις (προσοχή! όχι τις διαστάσεις ή ιοντισμούς ).
Ως μονόδρομες μεταθετικές αντιδράσεις θεωρούμε τις:
Ι. εξουδετερώσεις κατά Arrhenius: π.χ.
HCl + NaOH → NaCl + H₂O
II. αντιδράσεις διπλής αντικατάστασης που έχουν τη μορφή:
άλας ασθενούς οξέος + ισχυρό οξύ, π.χ.
ΝaF + HCl → NaCl + HF
ΙII. αντιδράσεις διπλής αντικατάστασης που έχουν τη μορφή:
άλας ασθενούς βάσης + ισχυρή βάση,
π.χ. ΝΗ₄Cl + NaOH → NaCl + NH₃ + H₂O
β. Υπολογίζουμε τις ποσότητες των διαλυμένων ουσιών στα αρχικά διαλύματα.
γ. Υπολογίζουμε στοιχειομετρικά τις ποσότητες των ουσιών που βρίσκονται στο τελικό διάλυμα.
δ. Βρίσκουμε τη μοριακή κατ’ όγκο συγκέντρωση (Molarity) των συστατικών του τελικού διαλύματος και με βάση τα δεδομένα αυτά επιλύουμε το πρόβλημα.