المحاليل عبارة عن مخاليط متجانسة
المحاليل عبارة عن مخاليط متجانسة ، تصنف غالبا طبقا لحالتها الفيزيائية ، فهنالك المحاليل الغازية و الصلبة و السائلة . ويعتبر الهواء الجوي ( خليط متجانس من غازات لا تتفاعل كيميائيا مع بعضها ) . كما ان مياه البحر ( بما تحويه من املاح ذائبة) تعتبر مثالا للحالة السائلة. كذلك فان العملات المعدنية الفضية ( و هي عبارة عن سبيكة نحاس ذائب في فضة بصورة متجانسة ) تعتبر مثالا للمحلول الصلب .
انواع المحاليل :
يعبر المحلول بانه مخلوط متجانس مكون من مركبتين او اكثر لا يحدث بينهما تفاعل كيميائي ، و المركبة الموجودة بوفرة في المحلول تسمى " مذيب" solvent ، و المركبة الموجودة بقلة في المحلول تسمى مذاب "solute" .
توجد المحاليل في أي من حالات المادة الثلاث : غازية ، سائلة، او صلبة و يمكن القول انه يوجد تسعة محاليل :
1- محلول غاز – غاز (مثل : الهواء الجوي – محلول غازي )
2- محلول سائل _ غاز (مثل بخار الماء – محلول غازي )
3- محلول صلب – غاز ( مثل الدخان – محلول غازي)
4- محلول غاز – سائل ( مثل المياه الغازية – محلول سائل)
5- محلول سائل – سائل ( مثل محلول الكحول – ماء – محلول سائل )
6- محلول صلب – سائل ( مثل محلول السكر – ماء محلول سائل )
7- محلول غاز – صلب ( مثل صخور البخور – محلول صلب )
8- محلول سائل – صلب ( مثل الهلاميات – محلول صلب )
9- محلول صلب – صلب ( مثل السبائك – محلول صلب )
في محاليل ( غاز- غاز) و (سائل- غاز) و (صلب – غاز)، نشير الى الغاز على انه المذيب و المكون الاخر و المذاب و هكذا في باقي المحاليل . على انه من الصعب التمييز في المحاليل السائلة بين المذيب و المذاب ، و لكن عادة يطلق على المادة الاكثر من حيث النسبة " المذيب" و الاقل " المذاب " و لكن يمكن تبادل التعريف فيما بينهما ، حينما يكون ذلك ملائما مثلا في محاليل حمض الكبريتيك في الماء فقد يشار اليه احيانا على انه المذاب و الى الماء بانه المذيب حتى لو كانت جزيئات الماء موجودة بكمية اقل .
تكوين المحاليل :
يتكون المحلول من مادتين – مثلا – عندما تنتشر احداهما بانتظام خلال الاخرى ، فنجد ان الغازات تمتزج مع بعضها باي نسب و ينتج عن ذلك الامتزاج تكون محلول متجانس تماما و يرجع ذلك الا ان جزيئات الغاز متباعدة و حركتها سريعة و قابلية انتشارها كبيرة . و تنطبق جميع قوانين الغازات على محاليل الغازات ، حيث تتبع سرعة انتشار الغازات قانون جراهام كما ان الضغط الكلي للمحلول الغازي يتبع قانون دالتون للضغوط الجزيئية .
و تتكون المحاليل السائلة باذابة غتز في سائل او صلب في سائل او سائل في سائل اخر . و بعض المواد مثل السكر او الملح تذوب بسرعة و سهولة في الماء و بعضها لا يذوب الا بنسبة قليلة كالايثر و غاز ثاني اكسيد الكربون ، و تعرف بانها شحيحة الاذابة او قليلة الاذابة ، و البعض الاخر لا يذوب في الماء كالدهنيات التي يمكن اذابتها في سوائل اخرى مثل الكحول ، و تعتمد قابلية الاذابة على طبيعة المذاب و طبيعة المذيب بصفة اساسية .
و المحاليل الصلبة ذات اهمية عملية كبيرة نظرا لانها تكون جزءا كبيرا من طائفة المواد المعروفة بالسبائك (alloys) .
و السبيكة عبارة عن اتحاد عنصرين او اكثر لها خواص فلزية فالفضة الاسترلينية عبارة عن سبيكة مكونة من محلول صلب لنحاس في فضة .
طبيعة المحاليل :
يوجد حد معين من كمية المادة التي تذوب في مذيب معين . و ان اذابة مادة في مذيب معين عند درجة حرارة محددة هي اقصى كمية من مذاب ، يمكن ان تذوب في كمية محددة من مذيب لكي ينتج نظام ثابت .
و يوصف المحلول الذي يحتوي على كمية قليلة من المذاب بالمحلول المخفف بينما يعرف المحلول الذي يحتوي على كمية اكبر من المذاب بالمحلول المركز .
و عامة يوصف المحلول المخفف بانه ذلك المحلول الذ يمكنه اذابة المزيد من المذاب عند درجة حرارة معينة .
و يعرف المحلول المشبع على انه ذلك المحلول الذي لا يقبل اذابة المزيد من المذاب عند درجة الحرارة و الضغط المعين .
كما تعرف الاذابة لماة ما في مذيب معين عند ضغط و درجة حرارة معينة ، بانها الكمية القصوى من المذا التي تذوب في كمية محددة من المذيب لتكون محلولا مستقرا و في هذه الحالة يوجد اتزان بين المذاب الصلب و المذاب الذائب في المحلول ، و عند الاتزان يتساوى معدل اذابة او دخول الجسيمات للمذاب في المحلول و مع معدل انفصال او تبلور المذاب من المحلول .
و قد يحتوي المحلول على كمية من المذاب عند درجة حرارة و ضغط معينين ، تفوق ما قد يمكن للمذيب اذابته في الظروف العادية و تسمى هذه المحاليل بالمحاليل فوق المشبعة .
و تعتبر هذه المحاليل غير ثابتة اذ انها لا تبقى على هذه الحال بل تلفظ الكمية الزائدة من المذاب معطية محلول مشبع ( ثابتا ) . و اذا احتوى المحلول على كمية من المذاب اقل من الكمية اللازمة للتشبع عند درجة حرارة و ضغط معينين فانه يعرف بالمحلول غير المشبع ، و هنا يمكن القول ان الاذابة الذائبية تحت ظروف معينة من الضغط و الحرارة و ما هي الا تركيز المحلول عند حالة التشبع .
انثالبي الاذابة Enthalpy of Solubility :
هو عبارة عن التغير في الانثالبي المصاحب لعملية يذوب فيها مذاب في مذيب . و تعتمد قيمة انثالبي الاذابة ( معبرا بوحدة KJ لكل مول من المذاب ) على التركيز النهائي للمحلول .
و يكون انثالبي الاذابة ثابت تقريبا في حالة المحلول المخفف .
و التغيير الملاحظ في الانثالبي عندما يحضر محلول عبارة عن محصلة الطاقة اللازمة لكسر روابط كيميائية او تجاذبات معينة بعيدا عن بعضها البعض فمثلا يمكن اعتبار انثالبي الاذابة الخاص لتحضير محلول معين من KCl في الماء بانه مجموع تغييرين في الانثالبي و يمكن التعبير عنهما في الخطوتين التاليتين :
1- الطاقة اللازمة لكسر التركيب البلوري لبلورة KCl الى ايونات منفصلة بعيدا عن بعضها البعض ، و تكوين ايونات في الحالة الغازية ( و هي عبارةطاقة الشكل البلوري "Lattice energy " مع تغيير الاشارة و التي تعبر عنها المعادلة (1).
2- انثالبي هيدرة KCl و هي الطاقة المنبعثة عندما تتميه الايونات الغازية و التي تعبر عنها المعادلة (2) .
و هكذا بجمع المعادلتين تكون العملية الكلية ماصة للحرارة و تكون اشارة انثالبي الاذابة موجبة كما هو في المعادلة (1) و (2) لينتج (3) .
و هناك بعض الحالات يكون انثالبي الاذابة لها سالبا و ذلك لانه انطلقت كمية من الطاقة عتد هيدرة المذاب اكبر من تلك اللازمة لفصل اجزاء الشبكة البلورية بعيدا عن بعضها البعض و مثال ذلك انثالبي الاذابة الخاص بتحضير محلول من AgF في الماء ، و الذي يعبر عنه بالمعادلة (4) و (5) لتكون المحصلة المعادلة (6).
و العوامل التي تؤدي الى قيمة موجبة عالية بالنسبة للخطوة الاولى ( شحنات ايونية عالية ، و ايونات صغيرة ) تؤدي ايضا الى قيمة سالبة كبيرة بالنسبىة للخطوة الثانية . و تبعا لذلك فان القيم بالنسبة للخطوتين (مع اهمال الاشارة ) تكون عادة متقاربة عدديا و تكون قيمة انثالبي الاذابة نفسه اقل بكثير من أي من القيمتين .
و اذا استخدم مذيب اخر غير الماء مثل الكحول فانه يمكن اجراء النوع نفسه من التحليل و تعرف القيم للخطوة الثانية بانثالبي الاستذواب (Enthalpy of Solvation) .
و هناك عدة اعتبارات لاذابة مواد غير ايونية حيث ملاحظ ان قيم طاقات الشكل البلوري لا تكون كبيرة للبلورات الجزيئية مثل تلك الخاصة بالبلورات الايونية ، فالقوى التي تمسك البلورات الجزيئية معا ، كمان طاقات الاستذواب بالنسبة لتلك المواد غير الايونية تكون ايضا منخفضة .
و المواد الجزيئية التي تذوب في مذيبات غير قطبية دون حدوث تاين لها و دون تعاملات متبادلة و يكون انثالبي الذوبان ماصا للحرارة و له تقريبا المقدار نفسه الخاص بانثالبي انصهار المذاب .
انواع المحاليل :
يعبر المحلول بانه مخلوط متجانس مكون من مركبتين او اكثر لا يحدث بينهما تفاعل كيميائي ، و المركبة الموجودة بوفرة في المحلول تسمى " مذيب" solvent ، و المركبة الموجودة بقلة في المحلول تسمى مذاب "solute" .
توجد المحاليل في أي من حالات المادة الثلاث : غازية ، سائلة، او صلبة و يمكن القول انه يوجد تسعة محاليل :
1- محلول غاز – غاز (مثل : الهواء الجوي – محلول غازي )
2- محلول سائل _ غاز (مثل بخار الماء – محلول غازي )
3- محلول صلب – غاز ( مثل الدخان – محلول غازي)
4- محلول غاز – سائل ( مثل المياه الغازية – محلول سائل)
5- محلول سائل – سائل ( مثل محلول الكحول – ماء – محلول سائل )
6- محلول صلب – سائل ( مثل محلول السكر – ماء محلول سائل )
7- محلول غاز – صلب ( مثل صخور البخور – محلول صلب )
8- محلول سائل – صلب ( مثل الهلاميات – محلول صلب )
9- محلول صلب – صلب ( مثل السبائك – محلول صلب )
في محاليل ( غاز- غاز) و (سائل- غاز) و (صلب – غاز)، نشير الى الغاز على انه المذيب و المكون الاخر و المذاب و هكذا في باقي المحاليل . على انه من الصعب التمييز في المحاليل السائلة بين المذيب و المذاب ، و لكن عادة يطلق على المادة الاكثر من حيث النسبة " المذيب" و الاقل " المذاب " و لكن يمكن تبادل التعريف فيما بينهما ، حينما يكون ذلك ملائما مثلا في محاليل حمض الكبريتيك في الماء فقد يشار اليه احيانا على انه المذاب و الى الماء بانه المذيب حتى لو كانت جزيئات الماء موجودة بكمية اقل .
تكوين المحاليل :
يتكون المحلول من مادتين – مثلا – عندما تنتشر احداهما بانتظام خلال الاخرى ، فنجد ان الغازات تمتزج مع بعضها باي نسب و ينتج عن ذلك الامتزاج تكون محلول متجانس تماما و يرجع ذلك الا ان جزيئات الغاز متباعدة و حركتها سريعة و قابلية انتشارها كبيرة . و تنطبق جميع قوانين الغازات على محاليل الغازات ، حيث تتبع سرعة انتشار الغازات قانون جراهام كما ان الضغط الكلي للمحلول الغازي يتبع قانون دالتون للضغوط الجزيئية .
و تتكون المحاليل السائلة باذابة غتز في سائل او صلب في سائل او سائل في سائل اخر . و بعض المواد مثل السكر او الملح تذوب بسرعة و سهولة في الماء و بعضها لا يذوب الا بنسبة قليلة كالايثر و غاز ثاني اكسيد الكربون ، و تعرف بانها شحيحة الاذابة او قليلة الاذابة ، و البعض الاخر لا يذوب في الماء كالدهنيات التي يمكن اذابتها في سوائل اخرى مثل الكحول ، و تعتمد قابلية الاذابة على طبيعة المذاب و طبيعة المذيب بصفة اساسية .
و المحاليل الصلبة ذات اهمية عملية كبيرة نظرا لانها تكون جزءا كبيرا من طائفة المواد المعروفة بالسبائك (alloys) .
و السبيكة عبارة عن اتحاد عنصرين او اكثر لها خواص فلزية فالفضة الاسترلينية عبارة عن سبيكة مكونة من محلول صلب لنحاس في فضة .
طبيعة المحاليل :
يوجد حد معين من كمية المادة التي تذوب في مذيب معين . و ان اذابة مادة في مذيب معين عند درجة حرارة محددة هي اقصى كمية من مذاب ، يمكن ان تذوب في كمية محددة من مذيب لكي ينتج نظام ثابت .
و يوصف المحلول الذي يحتوي على كمية قليلة من المذاب بالمحلول المخفف بينما يعرف المحلول الذي يحتوي على كمية اكبر من المذاب بالمحلول المركز .
و عامة يوصف المحلول المخفف بانه ذلك المحلول الذ يمكنه اذابة المزيد من المذاب عند درجة حرارة معينة .
و يعرف المحلول المشبع على انه ذلك المحلول الذي لا يقبل اذابة المزيد من المذاب عند درجة الحرارة و الضغط المعين .
كما تعرف الاذابة لماة ما في مذيب معين عند ضغط و درجة حرارة معينة ، بانها الكمية القصوى من المذا التي تذوب في كمية محددة من المذيب لتكون محلولا مستقرا و في هذه الحالة يوجد اتزان بين المذاب الصلب و المذاب الذائب في المحلول ، و عند الاتزان يتساوى معدل اذابة او دخول الجسيمات للمذاب في المحلول و مع معدل انفصال او تبلور المذاب من المحلول .
و قد يحتوي المحلول على كمية من المذاب عند درجة حرارة و ضغط معينين ، تفوق ما قد يمكن للمذيب اذابته في الظروف العادية و تسمى هذه المحاليل بالمحاليل فوق المشبعة .
و تعتبر هذه المحاليل غير ثابتة اذ انها لا تبقى على هذه الحال بل تلفظ الكمية الزائدة من المذاب معطية محلول مشبع ( ثابتا ) . و اذا احتوى المحلول على كمية من المذاب اقل من الكمية اللازمة للتشبع عند درجة حرارة و ضغط معينين فانه يعرف بالمحلول غير المشبع ، و هنا يمكن القول ان الاذابة الذائبية تحت ظروف معينة من الضغط و الحرارة و ما هي الا تركيز المحلول عند حالة التشبع .
انثالبي الاذابة Enthalpy of Solubility :
هو عبارة عن التغير في الانثالبي المصاحب لعملية يذوب فيها مذاب في مذيب . و تعتمد قيمة انثالبي الاذابة ( معبرا بوحدة KJ لكل مول من المذاب ) على التركيز النهائي للمحلول .
و يكون انثالبي الاذابة ثابت تقريبا في حالة المحلول المخفف .
و التغيير الملاحظ في الانثالبي عندما يحضر محلول عبارة عن محصلة الطاقة اللازمة لكسر روابط كيميائية او تجاذبات معينة بعيدا عن بعضها البعض فمثلا يمكن اعتبار انثالبي الاذابة الخاص لتحضير محلول معين من KCl في الماء بانه مجموع تغييرين في الانثالبي و يمكن التعبير عنهما في الخطوتين التاليتين :
1- الطاقة اللازمة لكسر التركيب البلوري لبلورة KCl الى ايونات منفصلة بعيدا عن بعضها البعض ، و تكوين ايونات في الحالة الغازية ( و هي عبارةطاقة الشكل البلوري "Lattice energy " مع تغيير الاشارة و التي تعبر عنها المعادلة (1).
2- انثالبي هيدرة KCl و هي الطاقة المنبعثة عندما تتميه الايونات الغازية و التي تعبر عنها المعادلة (2) .
و هكذا بجمع المعادلتين تكون العملية الكلية ماصة للحرارة و تكون اشارة انثالبي الاذابة موجبة كما هو في المعادلة (1) و (2) لينتج (3) .
و هناك بعض الحالات يكون انثالبي الاذابة لها سالبا و ذلك لانه انطلقت كمية من الطاقة عتد هيدرة المذاب اكبر من تلك اللازمة لفصل اجزاء الشبكة البلورية بعيدا عن بعضها البعض و مثال ذلك انثالبي الاذابة الخاص بتحضير محلول من AgF في الماء ، و الذي يعبر عنه بالمعادلة (4) و (5) لتكون المحصلة المعادلة (6).
و العوامل التي تؤدي الى قيمة موجبة عالية بالنسبة للخطوة الاولى ( شحنات ايونية عالية ، و ايونات صغيرة ) تؤدي ايضا الى قيمة سالبة كبيرة بالنسبىة للخطوة الثانية . و تبعا لذلك فان القيم بالنسبة للخطوتين (مع اهمال الاشارة ) تكون عادة متقاربة عدديا و تكون قيمة انثالبي الاذابة نفسه اقل بكثير من أي من القيمتين .
و اذا استخدم مذيب اخر غير الماء مثل الكحول فانه يمكن اجراء النوع نفسه من التحليل و تعرف القيم للخطوة الثانية بانثالبي الاستذواب (Enthalpy of Solvation) .
و هناك عدة اعتبارات لاذابة مواد غير ايونية حيث ملاحظ ان قيم طاقات الشكل البلوري لا تكون كبيرة للبلورات الجزيئية مثل تلك الخاصة بالبلورات الايونية ، فالقوى التي تمسك البلورات الجزيئية معا ، كمان طاقات الاستذواب بالنسبة لتلك المواد غير الايونية تكون ايضا منخفضة .
و المواد الجزيئية التي تذوب في مذيبات غير قطبية دون حدوث تاين لها و دون تعاملات متبادلة و يكون انثالبي الذوبان ماصا للحرارة و له تقريبا المقدار نفسه الخاص بانثالبي انصهار المذاب .
أنواع المخاليط
المخلوط هو مزيجٌ من مادّتين نقيتّين أو أكثر، تحتفظ كلّ مادةٍ بخصائصها الكيميائيّة، وقد تمّ تقسيم المخاليط إلى قسمين: مخاليط متجانسة ومخاليط غير متجانسة، وتوجد أمثلةٌ عديدة في حياتنا اليوميّة على أنواع المخاليط، وفي هذا المقال سنتحدث عن أنواع المخاليط بالتفصيل والفرق بينهما، وطرق فصل كلّ منهما.
أنواع المخاليط
-مخاليط غير متجانسة هو نوعٌ من أنواع المخاليط، لا تتّوزع مكوّنات المادّة لديه بانتظام، حيث يمكن تمييزه بالعين المجرّدة، أي أنّه يمكن الفصل بين مكوّناته بسهولة،
ومثال عليها:
- المكسّرات.
-الصخور.
-سلطة الخضار، والفواكه.
-خليط الرمل وبرادة الحديد.
-خليط حبوب العدس وحبوب الحمّص.
-مخاليط متجانسة تسّمى أيضاً بالمحاليل، وهو مخلوطٌ تتوزّع مكوّنات مادّته بانتظام، حيث لا يمكن تمييزها بالعين المجرّدة،
ومثال عليها:
-ماء البحر.
-مشروب الشاي.
-الحبر والماء.
-العصير.
-المشروبات الغازيّة.
-السبائك.
-الهواء الجويّ.
طرق فصل المخاليط غير المتجانسة
-الالتقاط باليد: حيث يُفصل بين مكونّات المخلوط بالاعتماد على النظر، ثم فصل المكوّنات عن طريق التقاطها باليد، حيث تكون مكوّنات المادّة كبيرة الحجم، ويسهل فصلها كالمكّسرات.
- الغربلة: تتم هذه الطريقة بفصل الحبات الكبيرة عن الصغيرة، حيث يتم وضع المخلوط في الغربال وهزّه، لتسقط المادّة الصغيرة، وتبقى المادّة كبيرة الحجم في الغربال، مثال عليها الأرز والطحين.
-الفصل بالمغناطيس: نستخدم هذه الطريقة إذا كان أحد أنواع المخلوط مادّةً صلبة تنجذب للمغناطيس، مثل فصل برادة الحديد والرمل، وباستخدام المغناطيس تنجذب برادة الحديد نحو المغناطيس، ويبقى الرمل.
- الترشيح: حيث يستعمل قمع الترشيح لفصل إحدى الموادّ الصلبة المخلوطة مع الماء، لكنّها غير ذائبة، مثل فصل الشاي عن الماء. -الترويق: وهي طريقةٌ لفصل مكوّنٌ صلب غير ذائبٍ في الماء عن نوعٍ من السوائل، عن طريق ترك المخلوط لفترةٍ زمنيّة، فنجد المادّة الصلبة راكدةً في القاع، ويبقى السائل في الأعلى، ومثال عليه فصل الطباشير عن الماء.
طرق فصل المخاليط المتجانسة
- التبخير: يتمّ فصل المادّة المذابة في الماء، عن طريق تعريض المحلول إلى درجة حرارةٍ عالية ولمدّةٍ طويلة إلى أن يتبّخر المذيب تماماً، وتبقى المادّة المذابة في دورق التسخين، مثال عليها الماء المالح.
- التقطير: في هذه الطريقة يتمّ وضع المحلول في جهازٍ مخصّص للتقطير، وهو عبارةٌ عن دورقين مغلقين يصل بينهما أنبوبٌ فيه مخرجٌ للهواء، حيث يوضع الدورق المحتوي على المحلول تحت درجة حرارةٍ مرتفعة، ويكون أكثر ارتفاعاً من الدورق الآخر، ويبدأ البخار المتكوّن من الدورق بالمرور عبر الأنبوب، ليتكاثف ويتحوّل إلى ماءٍ نقيّ، يخرج من الدورق الآخر، وهكذا إلى أن يتبخّر الماء بأكمله، وتبقى المادّة المذابة فيه، وبالتّالي يتمّ الفصل بين المذاب والمذيب كلاًّ على حدة، مثال : ماء البحر.
ليست هناك تعليقات:
إرسال تعليق