સમાન આયન અસર (common ion effect) : દ્રાવણમાં રહેલા આયનો પૈકીનો એક આયન સમાન હોય તેવો ક્ષાર ઉમેરવાથી નિર્બળ વિદ્યુતવિભાજ્ય(weak electrolyte)ના વિયોજન(dissociation)માં કે અલ્પદ્રાવ્ય (sparingly soluble) પદાર્થની દ્રાવ્યતામાં ઘટાડો કરતી અસર. કોઈ એક આયનિક પ્રક્રિયામાં એક વિશિષ્ટ આયનની સાંદ્રતા તેમાં પોતાના વિયોજન દ્વારા આ જ આયન ઉત્પન્ન કરતું સંયોજન ઉમેરવાથી વધારી શકાય છે. આવે વખતે વિશિષ્ટ આયન એ મૂળ પદાર્થમાંથી તેમજ ઉમેરવામાં આવેલ પ્રક્રિયક – એમ બંનેમાંથી ઉદ્ભવતો હોવાથી આવા આયનને સમાન આયન (common ion) કહે છે. જો મૂળ સંયોજન કે પદાર્થ નિર્બળ વિદ્યુતવિભાજ્ય હોય તો તેને માટે સક્રિય જથ્થાનો નિયમ (law of mass action) વાપરી શકાય છે.
જેમ કે, એસેટિક ઍસિડ (CH3COOH) જેવો નિર્બળ ઍસિડ અથવા એમોનિયમ હાઇડ્રૉક્સાઇડ (NH4OH) જેવો નિર્બળ બેઝ પાણીમાં ઓગાળવામાં આવેલ હોય તો તેના આંશિક વિયોજનને કારણે નીચે પ્રમાણે સંતુલન ઉત્પન્ન થશે :
દ્રાવણમાં જે તે નિર્બળ વિદ્યુતવિભાજ્યના અવિયોજિત અણુઓ તથા વિયોજન પામેલા અણુઓમાંથી મળતા આયનો વચ્ચે સંતુલન સ્થાપિત થાય છે. આ સંતુલન ગત્યાત્મક (dynamic) હોય છે. એટલે કે અગ્રગામી (forward) અને પ્રતિગામી (backward) પ્રક્રિયાઓ સરખા વેગથી સતત થતી રહેતી હોય છે. આવાં સંતુલનો તેમનો વિશિષ્ટ (specific) સંતુલન અચળાંક (Keq) ધરાવતાં હોય છે :
પ્રથમ સંતુલન અચળાંકને ઍસિડના વિયોજન-અચળાંક (dissociation constant) (Ka) તરીકે જ્યારે બીજાને બેઝના વિયોજન-અચળાંક (Kb) તરીકે ઓળખવામાં આવે છે.
જો આવા દ્રાવણમાં એક આયન સમાન હોય અને સંપૂર્ણ વિયોજન પામતું હોય તેવું અન્ય સંયોજન તેમાં ઉમેરવામાં આવે [જેમ કે, એસેટિક ઍસિડના દ્રાવણમાં સોડિયમ એસિટેટ (CH3COONa), અને એમોનિયમ હાઇડ્રૉક્સાઇડમાં એમોનિયમ ક્લોરાઇડ (NH4Cl)], તો દ્રાવણમાં સમાન આયનની સાંદ્રતા વધી જશે. પરિણામે સંતુલનની નવી પરિસ્થિતિ ઊભી થશે અને લ શેટેલિયર(Le Chatalier)ના નિયમ મુજબ પ્રક્રિયા એ તરફ ખસશે કે જેથી K અચળ રહે.
આમ, ઉમેરેલા એસિટેટ આયનોની હાજરીથી એસેટિક ઍસિડનું જ્યારે એમોનિયમ આયનોની હાજરીથી એમોનિયમ હાઇડ્રૉક્સાઇડનું વિયોજન ઘટશે; દા.ત., 1 લિટર 0.1 M એસેટિક ઍસિડના દ્રાવણમાં 0.1 મોલ નિર્જળ સોડિયમ એસિટેટ ઉમેરવામાં આવે તો 25# સે.એ ઍસિડનો વિયોજન-અચળાંક 1.75 ત્ 105 મોલ1 હોવાથી તેની વિયોજનમાત્રા (degree of dissociation) (a)માં નીચે દર્શાવ્યા પ્રમાણે ફેરફાર થશે :
ફક્ત એસેટિક ઍસિડ ધરાવતા દ્રાવણ માટે
નિર્બળ વિદ્યુતવિભાજ્ય માટે એક(1)ની સરખામણીમાં aનું મૂલ્ય ઘણું ઓછું હોવાથી (1 a) દ્મ 1 લઈ શકાય, આમ
એટલે કે 0.1 M એસેટિક ઍસિડના દ્રાવણમાં વિયોજનને કારણે [H+] = 0.00132, [CH3COO] = 0.00132 અને [CH3COOH] = 0.1 0.00132 = 0.0987 મોલ લિ1 થશે.
આ દ્રાવણમાં સંપૂર્ણપણે વિયોજન પામતો હોય એવા સોડિયમ એસિટેટના 0.1M ઉમેરવામાં આવે તો તેમાંથી મળતા આયનોની સાંદ્રતા, [Na+] = 0.1 અને [CH3COO] = 0.1 મોલ લિ1 થશે. ક્ષારમાંથી ઉદ્ભવતા એસિટેટ આયનો ઍસિડનું આયનીકરણ ઘટાડવાની વૃત્તિ ધરાવશે અને એ રીતે ઍસિડમાંથી મળતા એસિટેટ આયનો (એટલે કે ઍસિડનું વિયોજન) ઘટાડશે. ક્ષારમાંથી ઉદ્ભવેલા એસિટેટ આયનોની સરખામણીમાં ઍસિડના વિયોજનથી મળતા આયનો ઘણા ઓછા હોવાથી ગણતરીની દૃષ્ટિએ તેમનું પ્રમાણ અવગણી શકાય અને [CH3COO] = 0.1 M લઈ શકાય. જો આ સંજોગોમાં નવી વિયોજનમાત્રા a^ હોય તો
આમ 0.1 M સોડિયમ એસિટેટ ઉમેરવાથી 0.1 M એસેટિક ઍસિડનું આયનીકરણ 1.32 %થી ઘટીને 0.018 %, જ્યારે હાઇડ્રોજન આયનની સાંદ્રતા 0.00132થી ઘટીને 0.000018 મોલ લિ1 થશે.
અલ્પદ્રાવ્ય (જેમની દ્રાવ્યતા 0.01 મોલ લિ1 કરતાં ઓછી હોય તેવા) ક્ષારોની બાબતમાં પણ સક્રિય જથ્થાનો નિયમ વાપરી શકાય; દા.ત., સિલ્વર ક્લોરાઇડ (AgCl) જેવા અલ્પદ્રાવ્ય ક્ષારના અધિક જથ્થાને પાણીમાં ઉમેરી ખૂબ હલાવવામાં આવે તો ક્ષારમાંનો થોડો દ્રાવણમાં જાય છે અને તેનું સંતૃપ્ત દ્રાવણ બનાવે છે તથા (ઓગળવાની) પ્રક્રિયા અટકી જતી લાગે છે. દ્રાવણમાં સિલ્વર ક્લોરાઇડનું સંપૂર્ણ વિયોજન થતું હોવાથી આવે વખતે નીચેનું સંતુલન સ્થપાય છે :
AgCl (ઘન) c Ag+(aq)+ Cl(aq)
અગ્રગામી પ્રક્રિયાનો વેગ (r1) ફક્ત તાપમાન ઉપર આધાર રાખે છે અને આથી કોઈ એક તાપમાને
r1 = k1
જ્યાં k1 એક અચળાંક છે. પ્રતિગામી પ્રક્રિયાનો દર (r2) પ્રત્યેક પ્રક્રિયકની સક્રિયતાના અનુપાતમાં હોવાથી આપેલા તાપમાને
r2 = k2 ત્ aAg+ ત્ aCl
જ્યાં k2 એક અન્ય અચળાંક છે.
સંતુલન સમયે બંને વેગ સરખા હોવાથી,
k1 = k2 ત્ aAg+ ત્ aCl
અથવા (aAg+) (aCl) = k1/k2 = Ks(AgCl)
અહીં દ્રાવણ મંદ હોવાથી સક્રિયતા બરાબર સાંદ્રતા ગણી શકાય. આમ
[Ag+] ત્ [Cl] = અચળાંક = Ks(AgCl)
જ્યાં Ks એ જે તે પદાર્થ માટેનો દ્રાવ્યતા ગુણાકાર (solubility product) તરીકે ઓળખાતો અચળાંક છે; દા.ત., સિલ્વર ક્લોરાઇડ(અણુભાર = 143.3)ની દ્રાવ્યતા 0.0015 ગ્રા./લિ હોવાથી તેની દ્રાવ્યતા 0.0015/143.3 = 1.05 ત્ 105 મોલ પ્રતિ લિટર થશે. દ્રાવણમાં ઓગળેલા ક્ષારનું સંપૂર્ણ વિયોજન થતું હોવાથી, [Ag+] = 1.05 ત્ 105 અને [Cl] = 1.05 ત્ 105 મોલ લિ1.
હવે જો દ્રાવણમાં 0.01 M સોડિયમ ક્લોરાઇડ ઉમેરવામાં આવે તો તેમાંથી મળતા ક્લોરાઇડ આયનોની સરખામણીમાં સિલ્વર ક્લોરાઇડમાંથી મળતા ક્લોરાઇડ આયનોના પ્રમાણને અવગણી શકાય. આવે વખતે
એટલે કે 0.01 M NaClમાં સિલ્વર ક્લોરાઇડની દ્રાવ્યતા 1000 ગણી ઘટી જાય છે.
સમાન આયન અસર ઔદ્યોગિક તેમજ વૈશ્લેષિક રસાયણની દૃષ્ટિએ મહત્ત્વની છે; જેમ કે, સોડિયમ ક્લોરાઇડ (NaCl) જેવા ઉગ્ર (પ્રબળ, strong) વિદ્યુતવિભાજ્યના સંતૃપ્ત દ્રાવણમાં હાઇડ્રોજન ક્લોરાઇડ (HCl) વાયુ પસાર કરવામાં આવે તો HClમાંનો Cl સમાન આયન તરીકે વર્તતો હોવાથી NaClના દ્રાવણમાંના સંતુલનને ડાબી તરફ ખસેડશે :
NaCl (s) c Na+(aq) + Cl(aq)
આથી દ્રાવણમાં ઓગળેલો સોડિયમ ક્લોરાઇડ અદ્રાવ્યરૂપે અવક્ષિપ્ત થશે. સમુદ્રજળમાંથી મળતા અશુદ્ધ NaClના શુદ્ધીકરણ માટે આ અસરનો ઉપયોગ થાય છે.
રસાયણશાસ્ત્રમાં અકાર્બનિક ગુણાત્મક (ગુણદર્શક, qualitative) પૃથક્કરણમાં જુદા જુદા આયનોનું અલગીકરણ તથા તેમની નિર્ણાયક (confirmative) કસોટી કરવી જરૂરી બને છે. આ માટે પણ દ્રાવ્યતા ગુણાકાર અને સમાન આયન અસરનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે; જેમ કે, ગુણદર્શક પૃથક્કરણના બીજા (II) અને ત્રીજા (IIIb) સમૂહમાં ધાતુ-આયનોનું તેમના સલ્ફાઇડ તરીકે અવક્ષેપન કરવામાં આવે છે. II સમૂહના ધાતુ-સલ્ફાઇડના દ્રાવ્યતા ગુણાકાર નીચા હોઈ ધાતુ-આયનોના દ્રાવણમાં હાઇડ્રોજન સલ્ફાઇડ (H2S) પસાર કરતાં પહેલાં તેમાં HCl ઉમેરવામાં આવે છે. HClમાંથી ઉદ્ભવતા H+ આયનોને કારણે H2Sના વિયોજન પર અસર થતી હોવાથી H2Sમાંથી વિયોજન દ્વારા ઓછા સલ્ફાઇડ (S2) આયનો ઉત્પન્ન થાય છે, જે નીચા દ્રાવ્યતા ગુણાકાર ધરાવતા બીજા સમૂહના ધાતુ-સલ્ફાઇડોનું અવક્ષેપન કરે છે; જ્યારે IIIb સમૂહના સલ્ફાઇડોનું અવક્ષેપન થતું ન હોવાથી બીજા (II) સમૂહની ધાતુઓને અલગ પાડી શકાય છે. તે જ પ્રમાણે ત્રીજા (ૐ) (IIIA) સમૂહના ધાતુ-આયનોના હાઇડ્રૉક્સાઇડના દ્રાવ્યતા ગુણાકાર ઓછા હોવાથી તેમનું એમોનિયમ હાઇડ્રૉક્સાઇડ વડે અવક્ષેપન કરતાં પહેલાં દ્રાવણમાં એમોનિયમ ક્લોરાઇડ ઉમેરવામાં આવે છે, જે એમોનિયમ હાઇડ્રૉક્સાઇડનું વિયોજન ઘટાડી ફક્ત IIIA સમૂહના ધાતુ-આયનો જ અવક્ષિપ્ત થઈ શકે તેટલા પ્રમાણમાં હાઇડ્રૉક્સાઇડ આયનો ઉત્પન્ન કરે છે. આ રીતે IIIA સમૂહને અલગ પાડી શકાય છે, જ્યારે તે પછીના સમૂહોના આયનોનું અવક્ષેપન થતું નથી.
ઇન્દ્રવદન મનુભાઈ ભટ્ટ