يستعرض هذا الدرس تصنيف المادة إلى مواد نقية ومخاليط، مع التركيز على أنواع المحاليل (المتجانسة وغير المتجانسة) والعوامل الفيزيائية والكيميائية التي تحدد ذائبية المواد الصلبة والغازية في السوائل.
آخر تحديث:
توجد المواد في الطبيعة غالباً على شكل مخاليط، حيث يصعب بقاؤها بصورة نقية تماماً نتيجة اختلاطها بالمواد المحيطة بها.
المادة النقية: مادة تتكون من نوع واحد من الجسيمات، ولها تركيب ثابت ومنتظم مثل العناصر والمركبات.
تصنف المخاليط حسب تماثل تركيبها إلى نوعين رئيسيين:
المخلوط المعلق يمكن فصل مكوناته بالترشيح وتترسب جسيماته بالجاذبية إذا ترك دون تحريك، بينما الغروي لا يترسب ولا يفصل بالترشيح.
| مثال | حالة وسط الانتشار | حالة الجسيمات المنتشرة |
|---|---|---|
| الضباب | غاز | سائل |
| الغبار في الهواء | غاز | صلب |
| حجر الخفاف | صلب | غاز |
| الحليب | سائل | سائل |
المحلول هو حالة خاصة من المخاليط المتجانسة، حيث يكون قطر جسيمات المذاب صغيراً جداً (0.1 - 1 nm).
للتمييز بين المحلول الحقيقي والمخلوط الغروي في المختبر، نستخدم 'ظاهرة تندال'؛ فالمحلول يمرر الضوء دون تشتيت، بينما الغروي يشتته بوضوح.
تصنف المحاليل وفق معايير مختلفة:
المحلول المشبع: المحلول الذي يحتوي على أكبر كمية من المذاب يمكن إذابتها في كمية محددة من المذيب عند درجة حرارة معينة.
تعتمد عملية الإذابة (Solvation) على قوى التجاذب بين جسيمات المذاب والمذيب، وتتبع قاعدة 'الشبيه يذيب شبيهه'.
تتأثر ذائبية المواد الصلبة بشكل رئيسي بدرجة الحرارة. في معظم الأملاح، تزداد الذائبية بارتفاع درجة الحرارة، لكن بنسب متفاوتة.
يعتقد البعض أن جميع المواد تزداد ذائبيتها بالحرارة، لكن ملح كبريتات السيريوم تقل ذائبيته بزيادة درجة الحرارة.
قواعد ذائبية المركبات الأيونية في الماء (جدول مرجعي):
هيدروكسيدات المجموعة 1A و تذوب في الماء، بينما معظم الهيدروكسيدات الأخرى غير ذائبة.
تختلف الغازات عن المواد الصلبة في تأثرها بالحرارة؛ حيث تقل ذائبية الغازات في الماء بزيادة درجة الحرارة بسبب زيادة الطاقة الحركية للجسيمات مما يساعدها على الإفلات من المحلول. من تصنيف المادة إلى المحاليل: متجانسة وغير متجانسة، عملية الإذابة، عوامل الذائبي
تخيل جزيئات الغاز كأطفال نشيطين؛ كلما زادت 'حرارة' المكان (الطاقة)، زاد ركضهم وصعب إبقاؤهم داخل 'غرفة' المحلول.
يعد الضغط العامل الحاسم في ذائبية الغازات، ويعبر عنه بقانون هنري: حيث:
عند حل مسائل قانون هنري عند ثبات الحرارة، استخدم الصيغة النسبية: للتنقل بين حالتين من الضغط والذائبية.
الهدف: التمييز بين المحلول والمخلوط المعلق والغروي.
فحص التجانس ونفاذية الضوء والترشيح لأنواع مختلفة من المخاليط.
المواد: ، مسحوق ، حليب، ماء مقطر.
الخطوات: 1.
تحضير ثلاثة كؤوس (محلول برمنغنات، معلق كربونات الكالسيوم، حليب).
2.
تسليط الضوء على الكؤوس وملاحظة التشتت.
3.
ترشيح المحتويات وملاحظة ما يتبقى على ورقة الترشيح.
الاستنتاج:
تدريب مهم: بعد هذا القسم، راجع الأمثلة المحلولة.
مزيج من مادتين نقيتين أو أكثر، تبقى كل منها محتفظة بخصائصها الكيميائية.
مواد تتكون من نوع واحد من الجسيمات، ويكون لها تركيب ثابت ومنتظم، مثل العناصر والمركبات.
مخلوط يتكون من مادتين أو أكثر لا تمتزج مكوناته امتزاجاً تاماً؛ إذ تحتفظ كل منها بخصائصها الكيميائية وتبقى في المخلوط متميزة عن غيرها من المكونات.
مخلوط لا تمتزج مكوناته مع بعضها بعضاً، وتتوزع على نحو غير منتظم في أجزائه، ويمكن فصل مكوناته بعملية الترشيح؛ بسبب كبر حجم جسيماته التي يزيد قطرها على 1000nm.
مخلوط يتكون من جسيمات تنتشر أو تتشتت خلال مادة أخرى تسمى وسط الانتشار، يتراوح قطرها بين 1nm - 1000nm، ولا يمكن فصلها بالترشيح، ولا تترسب.
تشتت الضوء عند مرور حزمة ضوئية خلال المخلوط الغروي أو بعض المخاليط المعلقة.
مخلوط يتكون من مادتين أو أكثر لا يحدث بينهما تفاعل كيميائي، تنتشر فيه جسيمات المذاب على نحو منتظم ومتماثل في جميع أنحاء المذيب.
عملية تحدث عندما تكون قوى التجاذب بين جزيئات المذيب وجسيمات المذاب كافية للتغلب على قوى التجاذب بين جسيمات المذاب، حيث تحاط جسيمات المذاب بجزيئات المذيب.
أكبر كتلة من المذاب التي يمكن أن تذوب في 100g من المذيب عند درجة حرارة معينة.
المحلول الذي يستوعب زيادة من المذاب عند درجة الحرارة نفسها.
المحلول الذي لا يستوعب زيادة من المذاب عند درجة الحرارة نفسها.
المحلول الذي يحتوي على كمية من المذاب أكثر مما يمكن إذابته عند درجة حرارة معينة في ظروف معينة.
صنّف المادة تبعا لتركيبها، ثم عرّف المخلوط واذكر لماذا قد تختلف تراكيب المخاليط.
تصنف المادة تبعا لتركيبها إلى مواد نقية ومخاليط. المواد النقية تتكون من نوع واحد من الجسيمات ولها تركيب ثابت ومنتظم، مثل العناصر والمركبات. أما المخلوط فهو مزيج من مادتين نقيتين أو أكثر، تبقى كل مادة فيه محتفظة بخصائصها الكيميائية. يختلف تركيب المخلوط تبعا لاختلاف نسب المواد المكونة له وكيفية توزيعها.
قارن بين المخلوط المتجانس والمخلوط غير المتجانس، ثم أعط مثالا على كل منهما.
المخلوط المتجانس تمتزج مكوناته امتزاجا منتظما ولا يحدث بينها تفاعل كيميائي، ويسمى محلولا، مثل محلول ملح الطعام أو السكر في الماء. أما المخلوط غير المتجانس فلا تمتزج مكوناته امتزاجا تاما وتبقى متمايزة، مثل مخلوط التراب والماء أو الزيت والماء. يشمل غير المتجانس المخاليط المعلقة والمخاليط الغروية.
قارن بين المحلول والمخلوط المعلق والمخلوط الغروي من حيث حجم الجسيمات، الترشيح، الترسب، ومرور الضوء.
المحلول مخلوط متجانس تكون جسيمات المذاب فيه صغيرة جدا، بقطر يقارب ، فلا ترى بالعين ولا تفصل بالترشيح ولا يظهر أثر تندال بوضوح. المخلوط المعلق غير متجانس، جسيماته كبيرة يزيد قطرها على ، يمكن فصلها بالترشيح وتترسب بفعل الجاذبية إذا تركت. المخلوط الغروي جسيماته بين ، لا تفصل بالترشيح ولا تترسب بسهولة، وتشتت الضوء فيما يعرف بظاهرة تندال، كما تتحرك جسيماته حركة براونية.
في تجربة لتصنيف المخاليط حُضّرت ثلاث كؤوس تحتوي على مع ماء، و مع ماء، وحليب. صنّف كل كأس إلى محلول أو معلق أو غروي، واذكر دليلين من التجربة.
في الماء يمثل محلولا متجانسا؛ لأنه يذوب مكونا لونا منتظما ولا تبقى جسيمات على ورق الترشيح. في الماء يمثل مخلوطا معلقا؛ لأن مسحوقه لا يذوب تماما وتبقى مادة على ورق الترشيح وقد تترسب. الحليب يمثل مخلوطا غرويا؛ يبدو منتشرا في الوسط ولا يفصل بالترشيح كالمعلق، ويشتت الضوء عند مروره. الدليلان هما الترشيح وملاحظة مرور الضوء أو تشتته.
فسّر ظاهرة تندال والحركة البراونية في المخاليط الغروية، ولماذا تساعد الحركة البراونية على عدم ترسب الجسيمات بسهولة؟
ظاهرة تندال هي تشتت حزمة الضوء عند مرورها خلال المخلوط الغروي بسبب جسيماته المنتشرة، وهي لا تلاحظ بوضوح في محلول مثل محلول كلوريد الصوديوم. أما الحركة البراونية فهي حركة عشوائية لجسيمات المخلوط الغروي في جميع الاتجاهات نتيجة تصادمها مع جسيمات الوسط؛ وهذه الحركة تمنع ترسب الجسيمات بسهولة لأنها تبقيها منتشرة في الوسط.
بطاقات مهمة
تصنف إلى مواد نقية ومخاليط. المواد النقية تشمل العناصر والمركبات، والمخاليط تقسم إلى متجانسة وغير متجانسة.
مزيج من مادتين نقيتين أو أكثر، تبقى كل مادة فيه محتفظة بخصائصها الكيميائية.
مخلوط متجانس من مادتين أو أكثر لا يحدث بينهما تفاعل كيميائي، تنتشر فيه جسيمات المذاب بانتظام في المذيب.
المذيب هو الوسط الذي تنتشر فيه جسيمات المذاب وغالبا يكون بالكمية الأكبر. المذاب هو المادة التي تنتشر جسيماتها في المذيب لتكوين المحلول.
مخلوط غير متجانس لا تمتزج مكوناته تماما، جسيماته أكبر من ، يمكن فصلها بالترشيح وتترسب إذا تركت دون تحريك.
مخلوط تنتشر فيه جسيمات قطرها بين خلال وسط انتشار، لا تفصل بالترشيح ولا تترسب بسهولة.
جسيمات المحلول تقريبا ، والغروي ، والمعلق أكبر من .
تشتت حزمة الضوء عند مرورها خلال مخلوط غروي أو بعض المخاليط المعلقة، ولا تظهر بوضوح في محلول حقيقي مثل محلول كلوريد الصوديوم.
حركة عشوائية لجسيمات الغروي في جميع الاتجاهات نتيجة تصادمها مع جسيمات الوسط، وتساعد على منع ترسبها بسهولة.
في الماء محلول متجانس، و في الماء مخلوط معلق، والحليب مخلوط غروي.
نصائح للمراجعة
موضوعات أخرى في الوحدة