同離子效應

同離子效應 (Common-ion Effect)
國立臺灣大學化學系學士生張育唐/國立臺灣大學化學系陳藹然博士責任編輯

同離子效應(Common-ion Effect)或稱共同離子效應，意指當兩個具有相同離子的電解質，同時溶入水或其他可溶的溶劑當中時，其溶解度會互相影響而降低。同理，若是水溶液當中 已經有含某一種離子的鹽類Ａ，Ｂ為含有相同一種離子的鹽類，若將Ｂ加入溶液時，原來有的鹽類Ａ的溶解度會受到Ｂ影響降低而可能析出。（圖一）

圖一、同離子效應對溶解度的影響。 （圖片來源：共同離子效應 Common Ion Effect 2-1）

會造成共同離子效應的主因，起因於所有的酸鹼鹽其溶解行為遵守反應平衡(equilibrium)；因此當平衡中其中一個物種的濃度改變，平衡便會移動至另一個新的平衡。由於加入了溶液中已有的離子物種，造成此離子濃度增加，解離反應商的增加，故反應平衡往逆反應方向移動。例如一硫酸鈣溶液，其平衡為：

此時我們可以將平衡常數，即溶度積(solubility product)寫為：

設硫酸鈣溶解度s，鈣離子與硫酸根離子的濃度和溶度積的關係為：

然而當我們加入硫酸鈉溶液的時候，我們可以看到，此時硫酸根離子的濃度會隨著硫酸鈉的加入而提高；而由於溶度積為一定值，平衡往左行，鈣離子的濃度降低， 硫酸鈣便會逐漸沉澱。當然，硫酸根離子的濃度也會隨著這沉澱而減少；然而並不會低於其初始濃度。當反應到達新平衡後，溶液中的硫酸根離子的濃度不再等於鈣 離子的濃度，而是比鈣離子的濃度高。

同離子效應長見於緩衝系統中。緩衝溶液由一個弱酸與弱酸鹽，或者是弱鹼與弱鹼鹽的共軛酸鹼對所組成。然而，透過調整這弱酸與弱酸鹽的比例(或者是弱鹼與弱鹼鹽的比例)可以改變緩衝溶液的pH值，將緩衝溶液配成所需的pH值。

例如一個醋酸的解離平衡：

HOAc(l)⇌ H⁺ (aq)+OAc^– (aq)

由於醋酸是弱酸的關係，因此醋酸不會完全解離而是形成一個平衡。因此，在加入醋酸鈉的時候，由於醋酸鈉會完全解離，因此會產生大量的醋酸根離子，使得整個 平衡往左邊進行，氫離子的濃度降低，溶液的pH值上升，溶液鹼性增加。我們可以透過韓德森方程式(Henderson-Hasselbach Equation)來計算加入的共軛酸鹼對溶液pH值的影響。

參考資料
1. Zumdahl, S. S. Chemical Principles, 5th edition; Houghton Mifflin Company: Boston, 2003; pp. 277-279, 322-323.
2. Atkins, P. W.; Jones, L. Chemical Principles: the Quest for Insight, 4st edition; W. H. Freeman and Company: New York, 2008, p. 468.
3. 共同離子效應 Common Ion Effect 2-1 –加百列的部落格   http://blog.udn.com/Gabriel33/5358393