تعریف محلول
اگر کمی شکر به آب اضافه شود، ذرات شکر به آهستگی ناپدید میشوند و حتی دیگر زیر قویترین میکروسکوپها نیز دیده نمیشوند. گفته میشود که شکر در آب حل شده است و یک محلول حاصل شده است.
یک محلول معمولا به صورت یک مخلوط همگن از دو یا چند ماده که ترکیبات آنها میتواند در محدودههای خاصی تغییر کند، تعریف میشود.
مخلوط همگن، مخلوطی است که ترکیب یکنواختی دارد. یک محلول حاوی یک حلال و حل شونده است. حل شونده، ماده است که در حلال، حل میشود.
ویژگیهای محلول:
- یک محلول، از یک مخلوط همگن تشکیل شده است.
- یک محلول، از یک فاز تشکیل شده است (مانند جامد، مایع، گاز).
- اجزای یک محلول را نمیتوان با استفاده از فیلتراسیون مکانیکی ساده از هم جدا نمود.
محلول سیر شده و سیر نشده
نمک خوراکی به راحتی در آب حل میشود. فرض کنید مقداری نمک به درون لیوانی آب اضافه میکنید و هم میزنید تا نمک درون آب، حل شود. سپس، مقدار بیشتری نمک اضافه میکنید و آن هم حل میشود. در ادامه، مقدار بیشتر و بیشتری نمک اضافه میکنید تا در نهایت، به جایی میرسید که دیگر نمک اضافی در آب حل نمیشود. حتی اگر با شدت بیشتری و مدت طولانیتری عمل هم زدن را ادامه دهید؛ تاثیری نخواهد داشت. چرا؟
مشاهده و انجام آزمایش در سایت آزتو
در سطح مولکولی، آب باعث میشود که یونهای منفرد تشکیل دهندهی نمک از کریستال نمک جدا شوند و وارد محلول شوند. در آنجا، توسط مولکولهای آب احاطه میشوند. همچنین، برخی از یونهای محلول دوباره به کریستال حل نشدهی نمک برخورد می کنند؛ به آن میپیوندد و در آنجا باقی میمانند.
تبلور مجدد، فرآیند بازگشت مواد محلول (حل شونده) به حالت جامد است.
یک محلول سیرشده، محلولی است که حاوی بیشترین مقدار حل شوندهای است که توانایی حل شدن دارد. در، بیشترین مقدار NaCl که در ۱۰۰g آب حل میشود؛ ۳۶g است. اگر هر مقدار اضافی NaCl از ۳۶g افزوده شود، حل نخواهد شد؛ زیرا محلول سیر شده است.
یک محلول سیر نشده، محلولی است که حاوی مقدار کمتری از بیشترین مقدار حل شوندهای است که قابلیت حل شدن دارد.
شکل زیر، تفاوت محلول سیرشده و سیرنشده را نشان میدهد.
چگونه میتوان تشخیص داد یک محلول سیرشده یا سیرنشده است؟
اگر حل شوندهی بیشتری اضافه شود و حل نشود، محلول اولیه سیرشده بوده است. اگر حل شوندهی اضافه شده حل شود، محلول اولیه سیرنشده بوده است.
عوامل موثر بر انحلال پذیری
انحلال پذیری یک ماده، مقدار مادهی حل شوندهای است که برای تشکیل محلول سیرشده در یک مقدار مشخص حلال در دمای معین لازم است. انحلال پذیری اغلب بر حسب گرم حل شونده در ۱۰۰g حلال اندازه گیری میشود. انحلال پذیری به عوامل زیر وابسته است:
- فعل و انفعالات حلال و حل شونده: رابطه میان حل شونده و حلال در تعیین انحلال پذیری اهمیت زیادی دارد. جاذبههای قوی حل شونده- حلال منجر به انحلال پذیری بیشتر میشود در حالیکه، جاذبههای ضعیف حل شونده- حلال منجر به انحلال پذیری کمتر میشود. پس انحلال پذیری نمکها، به نوع آنها بستگی دارد.
- دما: انحلال پذیری سدیم کلرید، ۳۶g در ۱۰۰g آب در دمای است. دما میبایست مشخص باشد؛ زیرا انحلال پذیری با دما تغییر میکند. برای گازها، فشار نیز باید مشخص شود. همچنین، انحلال پذیری برای یک حلال خاص، تعیین میشود. ما معمولا انحلال پذیری مواد را در آب، به عنوان حلال، در نظر میگیریم.
مشاهده و انجام آزمایش در سایت آزتو
انحلال پذیری اغلب مواد جامد با افزایش دما، افزایش مییابد. وابستگی انحلال پذیری به دما را میتوان به کمک منحنی انحلال پذیری بر حسب دما بررسی نمود.
توجه کنید که چگونه وابستگی NaCl به دما خط نسبتا مستقیمی است؛ به این معنا که افزایش دما تاثیر نسبتا کمی بر انحلال پذیری NaCl دارد. در حالیکه، منحنی KNO۳، شیب تندی دارد؛ بنابراین افزایش دما، انحلال پذیری KNO۳ را به مقدار زیادی افزایش میدهد.
انحلال پذیری چندین ماده مانند HCl ،NH۳ و SO۲، با افزایش دما، کاهش مییابد. این مواد، گازهایی در فشار استاندارد هستند. با افزایش انرژی جنبشی حل شوندههای گازی، مولکولهای آنها تمایل بیشتری به فرار از جاذبهی مولکولهای حلال پیدا میکنند و به فاز گازی بر میگردند. بنابراین، انحلال پذیری گاز با افزایش دما کاهش مییابد.
منحنی انحلال پذیری را میتوان برای تعیین سیرشده و یا سیرنشده بودن یک محلول مورد استفاده قرار داد. فرض کنید ۸۰g از KNO۳ به ۱۰۰g آب در دمای اضافه شود. به توجه به منحنی انحلال پذیری، تقریبا ۴۸ گرم KNO۳ در دمای در ۱۰۰g آب حل میشود. این بدان معنی است که محلول سیر میشود؛ زیرا ۴۸g از ۸۰g کمتر است. همچنین میتوانیم تعیین کنیم که ۸۰-۴۸=۳۰ گرم KNO۳ حل نشده در ته ظرف باقی میماند.
حال فرض کنید این محلول سیرشده تا دمای حرارت داده شود؛ با توجه به منحنی، انحلال پذیری KNO۳ در حدود ۱۰۷g است. اکنون محلول، سیرنشده است؛ زیرا تنها حاوی ۸۰g حل شونده است.
حال فرض کنید محلول تا سرد شود؛ انحلال پذیری در، حدود ۱۴g است؛ به این معنا که ۸۰-۱۴=۶۶ گرم KNO۳ مجددا تبلور مییابد.
مثال ۱
اگر ۶۸ گرم محلول سیرشدهی پتاسیم نیترات را از دمای تا سردکنیم، ۱۲ گرم از این نمک ته نشین میشود. انحلال پذیری پتاسیم نیترات در ۱۰۰ گرم آب برابر پند گرم است؟ (انحلال پذیری پتاسیم نیترات در ۱۰۰ گرم آب برابر با ۴۰ گرم است)
پاسخ:
انحلال پذیری پتاسیم نیترات در ۱۰۰ گرم آب را a در نظر میگیریم:
جرم محلول سیر شده در: 
جرم محلول سیر شده در:
اگر محلول سیرشدهای به جرم (۱۰۰+a) گرم را از دمای تا سرد کنیم، جرم محلول برابر با ۱۴۰ گرم میشود. و (a-40) گرم از نمک ته نشین میشود.
