共通イオン効果をルシャトリエの原理で徹底解明！緩衝液にも？

こんにちは。

今日は、溶解平衡、緩衝液、沈殿反応などにメチャクチャ絡んでくる『共通イオン効果』という現象についてお話しします。

『共通イオン効果』っていう現象を受験でどう使うかをお話しします！

というわけで、ひとまず概要をこの動画で見てください。

このように動画で一度頭に入れて、それを文字で見て行く事で、定着率がハンパ無くあがりますので、

 

共通イオン効果とは？

まずざっくり具体例で紹介します！

まず上の図を見てください！　この図では、塩化銀が溶解平衡状態になっています。

 

水溶液中のイオンが沈殿する反応と、沈殿が、溶液中に溶け出す反応が同時に起っている状態です。

ポイントは、
『反応が止まっているわけではなく、
両方起っていると言う事です。』

 

そして、共通イオン効果とは、『ルシャトリエの原理』をうまく使ったものです。平衡移動の問題が絶対に解けるようになる記事です。

 

そして今回の溶液中には、

AgCl⇄Ag⁺+Cl^–

の反応で表される平衡が起っています。

そして、ここで『ルシャトリエの原理』をうまくつかうのです！　これにたとえば、塩酸を加えるとします。そうすると、溶液中はこうなります。

このようになっています。

 

Cl^–が先ほどよりも明らかに多くなっていますね。そうすると、先ほどの平衡反応にも影響が出ます。AgCl（固）⇄Ag⁺+Cl^–これで、Cl^–がやたら増えてくるわけです。

 

イメージはこんな感じ、
AgCl（固）⇄Ag⁺+Cl^–

右辺がやたらに増えたら、ルシャトリエの原理で平衡が移動しますよね。

 

それが起るからこの平衡は左に移動します。そうすると、AgCl（固）の沈殿が増えるのです！

 

このようにAgCl→Ag⁺+Cl^–の反応がCl-などのイオンを加える事で、AgClの電離が小さくなるこういう現象を共通イオン効果って言います！

こんなところにも起っている共通イオン効果！

実は共通イオン効果はこういう沈殿反応とかだけじゃなく、別のところでも使われているのです。それは、『電離平衡』のところでやりました、緩衝液で使われているのです。

緩衝液の公式を覚えていますか？

こういうのが一般的ですが、
これは希釈が絡むので、面倒、

モル濃度の体積は約分で消すことができますので、最終的な公式はこのモルで表されたものになります。

詳しくはこちらの記事をご覧下さい
『【朗報】緩衝液の入試問題の解法が簡単過ぎワロタw原理も解説！』

ですが、この公式に至る理由を
おぼえていますか、

本来酢酸の電離平衡は、
この表で表されるので、
平衡定数は下のようになります。

酢酸の電離は下のような反応式で
表されます。

CH₃COOH⇄CH₃COO^–+H⁺

本来であれば、
CH₃COOHは弱酸だから、
CH₃COO^–は
CH₃COOHの1/100くらいしか
存在しません。（あんまり電離しないから）

でも、緩衝液はわけが違います。

緩衝液は、
CH₃COOH:CH₃COO^–=1:1
くらいですよね。

ってことは、本来の電離平衡より、
遥かに、CH₃COO^–
が多いわけです。

てことは、
CH₃COOH⇄CH₃COO^–+H⁺
というイメージです。

だから本来のCH₃COOHの電離を
『妨げます』。
酢酸の電離する濃度をxと表すと、
[CH₃COOH]=C_a-αC_a=(1-α)C_a≒C_a

[CH₃COO^–]=C_s+αC_a≒C_s
と近似できるのです。
（なぜなら、xの電離が共通イオン効果で小さくなっているから）

 

こういう風に緩衝液のところでも、
共通イオン効果が働いているんですね。

共通イオン効果で沈殿の量を変える方法

共通イオン効果を使えば、
沈殿の量を増やしたり
減らしたりすることができます。
とはいえ、魔法のように
超難しい事を言うわけじゃないです！

 

ルシャトリエの原理がわかっている人
的には、
『当たり前だろ！』
と言うレベルの話ですので！

 

ここでは、例として、
塩化銀を使います！

共通イオン効果を利用して溶解平衡状態から沈殿を増やす方法

共通イオン効果①AgClの溶解平衡にCl^–を増加させる！

たとえば、NaClやHClを溶液に入れます。
そうするとどうなるでしょうか？

 

溶解平衡のうちCl^–が増えます。
Ag⁺+Cl^–⇄AgCl(固）

だから、それを減らしたいから、
平衡が右に移動しますね！

 

つまり沈殿が増えるわけです！

Ag⁺を増やす方法

何となく気付いている人も
居ると思いますが、
「別にCl^–を増やす必要はない」
のです。

 

 

AgClの溶解平衡にに、銀イオンを増やすために、AgNO₃水溶液を加えるという作戦です。

 

AgNO₃は溶液中で
Ag⁺とNO₃^–に電離しています。

 

すると、Ag⁺が溶液中に
ふえることになりますよね

 

Ag⁺+Cl^–⇄AgCl
と言う風にAg⁺を増やして行きます。
こうなったら、
平衡が右に移動するから、
AgClが増えます。
つまり沈殿を増やす事が出来ます。

共通イオン効果を利用して溶解平衡状態から沈殿を減らす方法

次は、共通イオン効果を利用してAgClを減らそうと言う事です。

 

もはや、予想がついていると思います。
Ag⁺+Cl^–⇄AgCl
の平衡で先ほど、

左辺を増やす事で、沈殿を増やしました。
ということは、
左辺を減らせば、沈殿も減るんじゃねえか？
と予想がつきますよね！

 

正解です笑

 

そしてこの減らし方は、
『無機化学の知識』が必要になります。

 

銀の沈殿は、
十分量のアンモニアに、
『錯イオン』を作って溶ける
と言うことは、必須知識となります。

となります。
この覚え方は参考書で知りました
覚え方、

大量のおしっこで（十分量のアンモニア水）あえいだ（亜鉛）あげく（Ag)どうせ（銅青（せいしょく））逃げて(Ni)死す（紫（”し”って読む）
で覚えてください！

 

これにより、
Ag⁺+Cl^–⇄AgCl(固）
となります。
(Ag⁺がめっちゃ小さなってる）
Ag⁺が小さくなって、
それを補うために、
平衡が左に移動します！

 

つまり、
沈殿が減少しているわけです。

まとめ

共通イオン効果についてわかりましたか？

 

 

また、
この共通イオン効果は、

 

理論化学の計算である
溶解度積に大きく関係します。

 

 

この溶解度積を確実に
解ききるためには、
理論化学の根本部分が
絶対に必要になります。