محلولها
به مخلوطهای همگن، محلول (Solution) میگویند. محلول دارای ترکیب یکنواخت است و اجزای جداگانه آن قابل تشخیص نیست.
این تعریف، متفاوت از مخلوط ناهمگن است که در آن اجزای جداگانه را میتوان به صورت بصری تشخیص داد.
محلولها عموما به مخلوطهای مایع اشاره دارند؛ اما میتوانند شامل مخلوطی از گازها یا جامدات نیز باشند. تشکیل محلول به دو جزء حلال و حل شونده نیاز دارد.
حلال مادهای است که معمولا جز بیشتری از محلول را تشکیل میدهد و حل شونده را در خود حل میکند.
مشاهده و انجام آزمایش در سایت آزتو
حل شونده مادهای (موادی) است که در حلال حل میشود. برای محلولهای مایع، مقدار حلال بیشتر از ماده محلول یا حل شونده است. اندازه گیری غلظت حل شونده موجود در یک محلول شیمیایی، با توجه به مقدار حلال انجام میشود. در شکل زیر اجزای محلول نشان داده شده است.
محلول حل شونده حلال
یک ماده حل شده به اشکال مختلفی در میآید یعنی میتواند گاز، مایع یا جامد باشد. هنگامی که نمک را در آب حل میکنیم جامد در مایع است. هنگامی که گلاب را در آب حل میکنیم مایع در مایع و نوشابه گازدار مثال خوبی برای انحلال گاز در مایع است. حلال که حل شونده را حل میکند مولکولهای آن را به طور مساوی توزیع کرده و یک مخلوط همگن ایجاد میکند. در شکل زیر مثالهایی از محلولها با حالتهای مختلف
انواع محلولها بر اساس مقدار حل شونده
محلولها را میتوان بر اساس مقدار حل شونده موجود در محلول به سه نوع طبقه بندی کرد.
- محلول اشباع: یک محلول زمانی اشباع میشود که دیگر نتوانیم مقدار حل شونده بیشتری را در آن حل کنیم.
- محلول اشباع نشده: اگر محلول هنوز بتواند حل شونده بیشتری را در حلال حل کند، اشباع نشده است.
- محلول فوق اشباع: به محلولهایی که حل شونده در آنها به مقدار زیاد وجود دارد و دیگر امکان حل کردن حل شونده در آنها وجود ندارد و با اضافه کردن حل شونده جدید به صورت جامد ته نشین میشوند، محلولهای فوق اشباع گفته میشود.
این ذرات حل شونده اضافی بعدا به شکل کریستال و با کمک فرآیند تبلور جدا میشوند.
در شکل زیر انواع محلول نشان داده شده است.
غلظت محلول
تعریف غلظت برای محلولها به شکلهای مختلف بیان میشود. اما در یک تعریف کلی به مقداری از مادهی حل شونده که در یک دمای خاص میتواند در مقدار مشخصی از یک حلال، حل شده و تشکیل یک محلول را بدهد غلظت آن ماده گفته میشود. محلولها میتوانند غلیظ یا رقیق باشند.
مشاهده و انجام آزمایش در سایت آزتو
عوامل موثر روی میزان حل شدن حل شونده در حلال
یکی از عوامل موثر بر میزان انحلال پذیری دماست که در هر یک از حالتهای جامد، مایع وگاز رفتار متفاوتی دارد.
جامدات
دما تأثیر مستقیمی بر حلالیت دارد. در برخی از مواد با افزایش دما، ذرات جامد سریعتر حرکت میکنند، که این امر باعث افزایش تعامل آنها با ذرات بیشتری از حلال میشود. این منجر به افزایش سرعت تولید محلول میشود. دما همچنین میتواند مقدار املاح قابل حل در یک حلال را افزایش دهد. به طور کلی با افزایش دما، ذرات املاح بیشتری حل میشوند.
دلیل این امر این است که با افزایش دما، نیروهای بین مولکولی میتوانند با سهولت بیشتری شکسته شوند و باعث میشوند ذرات حلال بیشتری به ذرات حلال جذب شوند.
برای مثال دو لیوان یکسان را آماده کرده در یکی آب با دمای اتاق و در دیگری آب جوش میریزیم. سپس مقداری نمک پتاسیم نیترات به هر یک اضافه میکنیم.مقدار نمک پتاسیم نیترات حل شده در آب جوش به دلایلی که در بالا ذکر شده است از آب با دمای اتاق بیشتر است.
مایعات
تغییرات دما، هیچ رفتار مشخصی روی انحلال پذیری مایعات ندارد. شاید هیچ گاه ترکیب حلال حل شوندهای که هر دو به صورت مایع هستند، با مشکل مواجه نشود.
مشاهده و انجام آزمایش در سایت آزتو
گازها
برای همه گازها، با افزایش دما، حلالیت کاهش مییابد. با افزایش دما، مولکولهای گاز سریعتر حرکت میکنند و قادر به فرار از مایع هستند. سپس حلالیت گاز کاهش مییابد. وقتی دما افزایش پیدا میکند، حرکت مولکولهای گاز بیشتر شده و بنابراین احتمال این که ذرات گاز حل شده در مایع، به فاز گازی فرار کنند بیشتر میشود و ذرات گاز موجود، کمتر حل میشوند. برای مثال با افزایش دما مقدار کمتری گاز اکسیژن در آب حل میشود. نمودار انحلال پذیری گازها با دما در شکل زیر آمده است.
همزدن
همزدن نیز سرعت و میزان حل شدن ماده حل شونده را افزایش میدهد. زیرا این کار سبب می شود مولکولهای مایع با ذرات کریستالی شکر تماس پیدا کرده و آنها را در خود حل نمایند.
فشار
اثر فشار بر روی انحلال پذیری مواد جامد و مایع بسیار کوچک است؛ بنابراین اثر فشار بر روی گازها بررسی میشود.
وقتی به گازی که بالای سطح حلال است فشار وارد شود، گاز به داخل حلال حرکت کرده و برخی از فضاهای بین ذرات حلال را اشغال میکند.
یک مثال خوب نوشابه گازدار است. فشار وارد میشود تا مولکولهای CO2 به سودا وارد شود. مخالفش هم درست است. وقتی فشار گاز کم میشود، حلالیت آن گاز نیز کاهش مییابد.
هنگامی که یک قوطی نوشابه را باز میکنید، فشار موجود در سودا کاهش مییابد، بنابراین گاز بلافاصله از محلول خارج میشود.
دی اکسید کربن ذخیره شده در نوشابه آزاد میشود و میتوانید گاز موجود در سطح مایع را مشاهده کنید. اگر برای مدتی در یک قوطی نوشابه را باز بگذارید، ممکن است متوجه شوید که به دلیل از دست دادن دی اکسید کربن، نوشیدنی صاف میشود.
افزایش فشار باعث افزایش فشار جزئی (فشار وارد بر هر قسمت از یک ترکیب) میشود و گاز بیش تر متراکم میشود. افزایش فشار جزئی به این معناست که ذرات گازی بیشتری وارد مایع میشوند (گاز بالای مایع در این حالت، کمتر میشود). شکل زیر عامل فشار را نمایش میدهد.
ماهیت املاح
مقدار ماده حل شونده
هنگامی که مقدار کمی حل شونده را در حلال بریزید، حل شوندگی به سرعت انجام میشود و در مقابل وقتی مقدار زیادی از حل شونده را در حلال بریزید، انحلال پذیری با سرعت کمتری انجام میشود. در واقع مقدار حل شونده به شرطی که از میزان محلول اشباع تجاوز نکند، تأثیری در حل شوندگی ماده ندارد و همانند هم زدن در زمان حل شدن آن موثر است؛ اما همان طور که در مفهوم انحلال پذیری اشاره شد، در صورتی که میزان آن از محلول اشباع تجاوز کند، موجب تشکیل رسوب میگردد. در شکل زیر مقدار حل شونده عامل موثر بر انحلال پذیری است.
