Efecto del ión común

En química , el efecto del ion común se refiere a la disminución de la solubilidad de un precipitado iónico al añadir a la solución un compuesto soluble con un ion en común con el precipitado. ^{[ 1 ]} Este comportamiento es consecuencia del principio de Le Chatelier para la reacción de equilibrio de la asociación / disociación iónica . El efecto se observa comúnmente en la solubilidad de sales y otros electrolitos débiles . La adición de 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 hasta que se alcanza el equilibrio de solubilidad . El efecto se basa en el hecho de que tanto la sal original como el otro compuesto añadido tienen un ion en común.

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

HCl → H ⁺ + Cl ⁻

Si se añade HCl a la solución de H₂S, el H⁺ _actúa ^como ion común, generando un efecto de ion común. Debido al aumento de la concentración de iones H⁺ ^por la adición de HCl, el equilibrio de disociación del H₂S _{se desplaza hacia la izquierda, manteniendo constante} el valor de Kᵢ . Por consiguiente, la disociación del H₂S _{disminuye , la concentración de H₂S} no ionizado aumenta y, como resultado, la concentración de iones sulfuro disminuye.

El yodato de bario, Ba(IO₃ ₎ ₂ _, tiene un producto de solubilidad Ksp ₌ [Ba²⁺ ^] [IO₃⁻ _] ^{² =} 1,57 × ^10⁻⁹ . Su solubilidad en agua pura es de 7,32 × 10⁻⁴ ^M.  Sin embargo, en una disolución  de nitrato de bario, Ba(NO₃)₂, 0,0200 M _, el _aumento del ion bario común conlleva una disminución de la concentración del ion yodato. Por consiguiente, la solubilidad se reduce a 1,40 × 10⁻⁴ ^M  , aproximadamente cinco veces menor. ^{[ 1 ]}

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

El proceso de precipitación salina utilizado en la fabricación de jabones se beneficia del efecto del ion común. 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 del ion común y el aumento de la fuerza iónica .

El agua de mar, salobre y otras aguas que contienen cantidades apreciables de iones de sodio (Na ⁺ ) interfieren con 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 disminuye, lo que reduce la eficacia del jabón.

Una solución tampón contiene un ácido y su base conjugada o una base y su ácido conjugado. ^{[ 2 ]} La adición del ion conjugado producirá un cambio en el 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 provenientes 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 ( _{aq ) ⇌} H⁺ (aq) ⁺ _{CH₃CO₂⁻} ( aq ⁾

Esto disminuirá la concentración de iones 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 incumplen esta regla debido a la formación de iones complejos, un escenario que no forma parte de los equilibrios involucrados 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 al añadir iones cloruro, como cuando se añade ácido clorhídrico . Esto se debe a la formación de iones complejos solubles ^de _{CuCl₂⁻ .}

En ocasiones, la adición de un ion distinto a los que forman parte de la sal precipitada puede aumentar su solubilidad. Este fenómeno, conocido como "efecto de salinización " o "efecto de iones no comunes", se produce porque, al aumentar la concentración total de iones, la atracción entre ellos dentro de la disolución puede convertirse en un factor importante. ^{[ 3 ]} Este equilibrio alternativo reduce la disponibilidad de iones para la reacción de precipitación. También se denomina efecto de iones impares.