تصنيف المحاليل

هل كل ما حولنا مادة نقية؟

توجد المواد من حولنا على شكل مخاليط؛ فالماء الذي نشربه والعقاقير الطبية وغيرها أمثلة على المخاليط.

• تُصنَّف المواد تبعًا لتركيبها إلى مواد نقية ومخاليط.

• يصعب بقاء المواد في الطبيعة بصورة نقية؛ فتختلط مع المواد المحيطة بها وينشأ المخلوط.

• يختلف تركيب المخلوط تبعًا لاختلاف نسب المواد المكوّنة له وكيفية توزيع مكوناته.
• يمكن تمييز مكوناته: مثل مخلوط الماء والتراب أو مخلوط الخل والزيت.
• يصعب تمييز مكوناته: مثل محلول ملح الطعام أو كبريتات النحاس.
• تُقسَّم المخاليط إلى قسمين: المخاليط المتجانسة، والمخاليط غير المتجانسة، أنظر الشكل (2).

• أُصنِّفُ الموادَّ إلى نقيةٍ ومخاليطَ مُتجانسةٍ وغير مُتجانسة.
• أُصنِّفُ المحاليلَ وفق خصائصَ محدَّدة.
• أستنتجُ العوامل المؤثرة في ذائبية المواد الصلبة والسائلة والغازية في الماء.
• أُصنِّفُ مركبات وفق ذائبيتها في الماء.

مخلوط تراه بالعين: ما المخلوط المعلّق؟

• نوعان: المخاليط المعلّقة، والمخاليط الغروية.

أوضح الفرق بين المخاليط المتجانسة وغير المتجانسة.

• قد تنفصل مكوناته إلى طبقتين واضحتين أو أكثر، يمكن رؤيتها بالعين المجردة.
• مثال ذلك مخلوط التراب والماء والزيت، أنظر الشكل (3).

أوضح المقصود بكل من: المخلوط الغروي، المخلوط المعلق، الذائبية.

جسيمات لا ترسب ولا تُرشَّح: ما المخلوط الغروي؟

• يتراوح قطر جسيماته بين $1\ \text{nm}$ و $1000\ \text{nm}$؛ لذلك لا يمكن فصلها بالترشيح، ولا تترسّب كما في المخاليط المعلّقة.

• تُصنَّف المخاليط الغروية تبعًا لحالة الجسيمات المنتشرة ووسط الانتشار إلى صلب، وسائل، وغاز.
• الجدول (1) يبيّن أمثلة على المخاليط الغروية.

• المخاليط الغروية المركّزة تظهر عكرة، أما المخففة منها فتظهر شفافة.
• وكل منها يشتت الضوء عند مرور حزمة ضوئية خلالها، فيما يُعرف بظاهرة تندال، أنظر الشكل (4).

مخلوط لا ترى مكوناته: ما المحلول؟

• قطر جسيمات المذاب في المحلول من $0.1\ \text{nm}$ إلى ما يقارب $1\ \text{nm}$.
• لذلك لا تُرى بالعين المجردة، ولا يمكن فصل مكونات المحلول بالترشيح لصغر حجم جسيماته.
• من أمثلته المحلول الناتج من إذابة السكر في الماء، وكثير من المحاليل المستخدمة في المختبرات الكيميائية.

غير مشبع أم مشبع أم فوق الإشباع؟

• تُصنَّف المحاليل وفق حالة الإشباع إلى غير مشبعة ومشبعة وفوق الإشباع؛ تبعًا لنسبة المذاب في المذيب.

هل يوصل المحلول الكهرباء؟

• تُصنَّف المحاليل أيضًا وفق قابليتها للتوصيل الكهربائي إلى نوعين.

محلول صلب أم سائل أم غاز؟

• يمكن تصنيف المحاليل تبعًا لحالة المذيب الفيزيائية إلى محاليل صلبة أو سائلة أو غازية.
• الجدول (2) يوضح تصنيف المحاليل وأمثلة عليها.

كيف تذوب المادة؟ الشبيه يذيب شبيهه

• يتكون المحلول عندما تنتشر جسيمات المذاب (جزيئات أو أيونات) بشكل منتظم بين جسيمات المذيب.
• المذيبات القطبية تذيب المركبات الأيونية والجزيئات القطبية، أما غير القطبية فتذيب المركبات غير القطبية.
• الخلاصة: (الشبيه يذيب شبيهه).

• الشكل (5) يبيّن عملية الإذابة لمركب كلوريد الصوديوم في الماء.

ما الذائبية؟ وما الذي يحدد ذوبان الملح؟

• يُذيب الماء كثيرًا من المواد الصلبة، ويعتمد ذوبانها على عاملين أساسيين: طبيعة المادة، ودرجة الحرارة.
• طبيعة المادة تعتمد على نوع الترابط بين جسيماتها، وهذا يؤثر في ذائبيتها في الماء.

• تختلف ذائبية المواد الصلبة الأيونية في الماء باختلاف درجة حرارة المحلول.

هل تذوب الأملاح أكثر كلما سخّنّا الماء؟

• الشكل (6) يوضح أثر درجة الحرارة على ذائبية بعض الأملاح في $100\ \text{g}$ من الماء.

• ألاحظ من الشكل أن ذائبية غالبية الأملاح في الماء تزداد بزيادة درجة حرارة المحلول، وتتفاوت هذه الزيادة من ملح لآخر:
• زيادة كبيرة: مثل نترات البوتاسيوم $\text{KNO}_3$.
• زيادة طفيفة: مثل كلوريد الصوديوم $\text{NaCl}$.
• تقل بزيادة الحرارة: ذائبية ملح كبريتات السيريوم $\text{Ce}_2(\text{SO}_4)_3$.

وكيف أحسب الكتلة إذا تغيّرت كتلة الماء؟

• الذائبية تخص $100\ \text{g}$ من المذيب عند درجة حرارة معينة.

أحدد الملح الأكثر ذائبية والملح الأقل ذائبية على درجة حرارة $10°\text{C}$.

بالرجوع إلى الشكل (6)، ما مقدار ذائبية ملح كلوريد الصوديوم $\text{NaCl}$ في الماء عند درجة $50°\text{C}$؟

بالرجوع إلى الشكل (6)، أحسب كتلة $\text{Pb}(\text{NO}_3)_2$ اللازمة لتحضير محلول مشبع منه في $250\ \text{g}$ من الماء عند درجة حرارة $20°\text{C}$.

كيف أقرأ الذائبية من المنحنى؟

1. تحديد المعلوم: أحدد القيمة المعلومة على محورها.
2. الوصول إلى المنحنى: أتحرك رأسيًا أو أفقيًا إلى منحنى الملح.
3. قراءة المجهول: أقرأ التدريج المقابل على المحور الآخر.

وكيف أقارن ملحين معًا؟

ما الحرارة اللازمة لذائبية معينة؟

• من الذائبية إلى الحرارة: أحدد النقطة على محور الذائبية، ثم أتجه أفقيًا حتى نقطة التقاطع مع المنحنى.

كيف أعرف إن كان الملح يذوب؟

• تختلف المركبات الأيونية (الأملاح) في درجة ذوبانها في الماء: منها ما يذوب تمامًا، وبعضها شحيح الذوبان أو لا يذوب.
• الجدول (3) يوضح قواعد ذائبية بعض المركبات الأيونية في الماء.

• 1. ذائبة: المركبات المحتوية على أيونات عناصر المجموعة ⁦1A⁩ مثل: ($\text{Li}^+, \text{Na}^+, \text{K}^+$) ومركبات الأمونيوم $\text{NH}_4^+$.
• 2. ذائبة: المركبات المحتوية على النترات $\text{NO}_3^-$، والإيثانوات $\text{CH}_3\text{COO}^-$.
• 3. معظمها ذائبة: المركبات المحتوية على الكلوريد $\text{Cl}^-$، والبروميد $\text{Br}^-$، واليوديد $\text{I}^-$.
• الاستثناء: إذا ارتبطت بأحد الأيونات: $\text{Pb}^{2+}, \text{Ag}^+, \text{Hg}^{2+}$ تكون غير ذائبة.
• 4. معظمها ذائبة: المركبات المحتوية على أيون الكبريتات $\text{SO}_4^{2-}$.
• الاستثناء: إذا ارتبطت بأحد الأيونات: $\text{Pb}^{2+}, \text{Ag}^+, \text{Ca}^{2+}, \text{Ba}^{2+}, \text{Sr}^{2+}$ تكون غير ذائبة.
• 5. معظمها غير ذائبة: المركبات المحتوية على أيون الكربونات $\text{CO}_3^{2-}$.
• الاستثناء: مركبات عناصر المجموعة ⁦1A⁩ ومركبات الأمونيوم تكون ذائبة.
• 6. معظمها غير ذائبة: المركبات المحتوية على أيون الهيدروكسيد $\text{OH}^-$.
• الاستثناء: هيدروكسيدات فلزات المجموعة ⁦1A⁩ و $\text{Ba}(\text{OH})_2$ و $\text{Sr}(\text{OH})_2$ تذوب، أما $\text{Ca}(\text{OH})_2$ فهو أقل ذائبية منها.

أحدد المركبات الذائبة في الماء من الآتية: $\text{AgCl}, \text{BaSO}_4, \text{CH}_3\text{COONa}, \text{AgNO}_3$

لماذا يذوب الإيثانول في الماء ولا يذوب البنزين؟

• تذوب بعض السوائل في الماء، في حين لا تذوب فيه سوائل أخرى.
• الإيثانول $\text{CH}_3\text{CH}_2\text{OH}$ يذوب فيه؛ لأن جزيئاته تمتلك خصائص قطبية فتكوّن روابط هيدروجينية قوية مع جزيئات الماء القطبية.
• يؤدي ذلك إلى امتزاجهما وتكوينهما محلولًا متجانسًا.
• البنزين $\text{C}_6\text{H}_6$ لا يذوب في الماء؛ لأن جزيئاته لا تمتلك خصائص قطبية، فلا يحدث تجاذب بينها وبين جزيئات الماء.
• لذا يكونان طبقتين منفصلتين ولا يمتزجان.

من يذوب أكثر في الماء: غاز خفيف أم ثقيل؟

• تتفاوت الغازات في ذائبيتها في الماء، ويعتمد ذلك على طبيعة الغاز المذاب ودرجة الحرارة وضغط الغاز.
• الجدول (4) يوضح الكتلة المولية لبعض الغازات وذائبيتها.

• الوحدات: الكتلة المولية $\text{Mr}\ (\text{g/mol})$، الذائبية $\text{g Gas}/100\ \text{g H}_2\text{O}$.

• بوجه عام ذائبية الغازات منخفضة في الماء، وتزداد بزيادة الكتلة المولية للغاز.
• والسبب زيادة قوى التجاذب بين جسيمات الغاز وجزيئات الماء.

يبين الجدول الآتي: الكتلة المولية لأربعة غازات عند درجة حرارة وضغط ثابتين.

$\text{N}_2: 28\quad \text{O}_2: 32\quad \text{Cl}_2: 71\quad \text{Ar}: 40$ أحدد الغاز الأعلى ذائبية وأبرر إجابتي.

ماذا يفعل التسخين والضغط بالغاز المذاب؟

• تقل ذائبية الغازات في الماء بزيادة درجة الحرارة، كما يوضح الشكل (7).
• السبب: تزداد الطاقة الحركية لجسيمات الغاز وتتغلب على قوى التجاذب بينها وبين جزيئات الماء.
• فيؤدي ذلك إلى انفلاتها ومغادرتها المحلول.

• تزداد ذائبية الغازات في الماء بزيادة الضغط الجزئي للغاز، انظر الشكل (8).

أرتب الغازات في الشكل وفق ذائبيتها في الماء عند درجة حرارة $20°\text{C}$.

ما العوامل التي تعتمد عليها ذائبية الغاز في الماء؟

الفيتامينات: تذوب في الماء أم في الدهون؟