خصائص المحاليل

تتغير الخصائص الفيزيائية للمذيب النقي عند إضافة مذاب إليه لتكوين محلول. تسمى هذه التغيرات بالخصائص الجامعة لأنها ترتبط فقط بعدد جسيمات المذاب في كمية محددة من المذيب.

الانخفاض في الضغط البخاري: هو النقص في الضغط البخاري للمحلول مقارنة بالضغط البخاري للمذيب النقي عند درجة حرارة معينة.

• عند إذابة مادة غير متطايرة، تحتل جزيئات المذاب جزءاً من مساحة سطح السائل.
• يقل عدد جزيئات المذيب القادرة على الإفلات والتبخر من السطح.
• تنشأ قوى تجاذب بين جسيمات المذيب والمذاب تعيق تبخر المذيب.
• النتيجة: الضغط البخاري للمحلول دائماً أقل من الضغط البخاري للمذيب النقي.

يعتمد مقدار الانخفاض في الضغط البخاري على تركيز المحلول؛ فكلما زاد عدد جسيمات المذاب، زاد الانخفاض في الضغط البخاري.

يغلي السائل عندما يتساوى ضغطه البخاري مع الضغط الجوي الواقع عليه. وبما أن المذاب يخفض الضغط البخاري، فإننا نحتاج لتسخين المحلول لدرجة حرارة أعلى من درجة غليان المذيب النقي ليصل ضغطه البخاري إلى الضغط الجوي.

عند التعامل مع الأملاح (المواد المتأينة)، يجب ضرب التركيز المواللي في عدد الأيونات الناتجة عن تفكك الصيغة الواحدة لحساب التأثير الحقيقي على درجة الغليان.

يحسب الارتفاع في درجة الغليان باستخدام القانون: $\Delta T_b = K_b \times m$ حيث:

• $\Delta T_b$: الارتفاع في درجة الغليان ($T_{solution} - T_{solvent}$).
• $K_b$: ثابت الارتفاع في درجة غليان المذيب ($^\circ C.kg/mol$).
• $m$: التركيز المواللي للمحلول (مول/كغم).

جدول (5): قيم ثابت الارتفاع في درجة الغليان لبعض المذيبات:

يخطئ البعض بجمع قيمة الارتفاع مباشرة دون التأكد من وحدة كتلة المذيب؛ يجب أن تكون بالكيلوغرام (kg) دائماً في قانون المواللية.

عند تجمد السائل، تتقارب جزيئاته وتنتظم في نمط بلوري صلب. وجود جسيمات المذاب بين جزيئات المذيب يعيق هذا التقارب، مما يتطلب خفض درجة الحرارة بشكل أكبر لتحقيق التجمد.

تخيل جسيمات المذاب كعوائق في طريق جزيئات المذيب تمنعها من الاصطفاف لتكوين البلورة، تماماً كما تعيق الحجارة الكبيرة حبات الرمل من التكدس بانتظام.

القانون الرياضي للانخفاض في درجة التجمد: $\Delta T_f = K_f \times m$ حيث:

• $\Delta T_f$: الانخفاض في درجة التجمد ($T_{solvent} - T_{solution}$).
• $K_f$: ثابت الانخفاض في درجة تجمد المذيب.
• $m$: التركيز المواللي للمحلول.

جدول (6): قيم ثابت الانخفاض في درجة التجمد لبعض المذيبات:

الهدف: استقصاء أثر إضافة الملح في درجة تجمد المحلول.

دراسة عملية لأثر الملح على درجة تجمد الجليد.

المواد والأدوات: كأسان زجاجيتان، جليد مجروش، ماء مقطر، ملح طعام NaCl، ميزان حساس، مقياس حرارة.

الخطوات:

1. ضع 250g من الجليد و 50mL من الماء المقطر في كل كأس.
2. قس درجة حرارة الخليط في الكأسين (تكون قريبة من $0^\circ C$).
3. أضف 50g من الملح إلى إحدى الكأسين وحرك المحتويات جيداً.
4. سجل درجة الحرارة في الكأسين عند ثباتها.

الاستنتاج: تنخفض درجة حرارة الكأس التي أضيف إليها الملح بشكل ملحوظ عن الصفر المئوي، مما يثبت أن المذاب يسبب انخفاضاً في درجة تجمد المذيب.

تعد الأسموزية خاصية جامعة لأنها تعتمد على عدد جسيمات المذاب في المحلول. في هذه العملية، يسمح الغشاء شبه المنفذ بمرور جزيئات المذيب الصغيرة ويمنع جزيئات المذاب الكبيرة.

الضغط الأسموزي: هو الضغط الإضافي اللازم لمنع نفاذ جزيئات المذيب عبر الغشاء شبه المنفذ من المحلول الأقل تركيزاً إلى المحلول الأكثر تركيزاً.

• ينتقل المذيب دائماً من الوسط ذو التركيز الأقل بالمذاب (الأعلى بالماء) إلى الوسط ذو التركيز الأعلى بالمذاب.
• يستمر الانتقال حتى يتساوى الضغط الناشئ عن فرق الارتفاع مع الضغط الأسموزي.
• تلعب الأسموزية دوراً حيوياً في امتصاص النباتات للماء والغذاء من التربة.

تدريب مهم: بعد هذا القسم، راجع أمثلة 5–7.