به مخلوط های همگن محلول می گویند که از دو جزء حلال و حل شونده تشکیل شده است. هر محلولی می تواند از دو یا چند ماده شیمیایی تشکیل شود.
بیشتر واکنش های شیمیایی در محیط محلولی انجام می شود. معرفی محیط های متشکل از حلال و حل شونده در کتاب های علوم پایه مانند پایه چهارم بررسی شده است.
1- فاز چیست؟
قسمتی از یک ماده که تمام بخش های آن چه از نظر خواص فیزیکی و چه از نظر ترکیب شیمیایی یکی باشد یک فاز نامیده می شود. مواد در سه فاز جامد، مایع و گاز می توانند باشند و هنگام تبدیل از یک فاز به فاز دیگر از نظر ماهیت شیمیایی ثابت می مانند.
2- محلول چیست؟
اگر مخلوطی همگن از دو یا چند ماده ی شیمیایی داشته باشیم به آن محلول گفته می شود که از دو جزء حلال و ماده ی حل شونده تشکیل شده و می تواند به فازهای مختلف جامد، مایع و یا گاز وجود داشته باشد.
به عنوان مثال وقتی شکر در آب حل می شود یک محلول تک فاز مایع داریم که رنگ، طعم، حجم و چگالی و دیگر خواص فیزیکی آن در همه ی قسمت های آن یکی است. از محلول گازی می توان هوا را مثال زد که ترکیبی از گازهای مختلف مانند اکسیژن، نیتروژن، هیدروژن، آرگون و … می باشد. آلیاژها نیز نمونه ای از محلولهای جامد می باشند. سکه های نقره ای نمونه ای از آلیاژهاست که در آن مس و نقره محلول تشکیل دادند.
طرز تمیز دادن حلال از حل شونده با مقدار آن ها تعیین می شود. جزء بیشتر حلال و جزئی که مقدار کمتری دارد با عنوان حل شونده می باشد. اگر مقدار هر دو جزء یکی باشد (هر دو 50 درصد)، می توان به هرکدام حلال یا حل شونده گفت.
3- انحلال پذیری:
بیشترین مقدار حل شونده که می تواند در یک مقدار معینی از یک حلال مخصوص در یک دمای خاص، حل شود را انحلال پذیری آن ماده در این حلال می گویند. وقتی یک حل شونده در یک حلال حل می شود ابتدا پیوند بین مولکول های حلال شکسته و اجزای آن از هم جدا می شود.
همچنین پیوند بین مولکول های حل شونده نیز از هم گسسته و سپس بین مولکول های حلال و حل شونده پیوند جدید برقرار شده و حل شونده به اصطلاح در حلال حل می شود. در این فرآیند، شکستن پیوندها احتیاج به انرژی دارد و تشکیل پیوندها با آزاد شدن انرژی و گرما همراه است که به این گرما، گرمای انحلال (∆H) می گویند. اگرمیزان انرژی آزاد شده بیشتر باشد فرآیند گرمازا و اگر میزان انرژی مصرف شده زیاد باشد فرآیند انحلال گرماگیر خواهد بود.
4- انحلال مواد مشابه در یکدیگر:
در فرآیند انحلال جمله معروفی وجود دارد «همجنس همجنس را در خود حل می کند». بر اساس این جمله در صورتی عمل انحلال به خوبی انجام می شود که نیروی بین مولکولی در حلال و حل شونده با هم یکی باشد. به عنوان مثال نمک کلرید سدیم در آب به خوبی حل می شود. چون بین یون ها پیوند یونی است که در مولکول قطبی آب با تشکیل پیوندهای یون دوقطبی به خوبی حل می شود. ید به عنوان یک مولکول غیرقطبی در تتراکلرید کربن به خوبی حل می شود. پس مواد قطبی در حلال قطبی و مواد غیرقطبی در حلال های غیرقطبی حل می شوند.
مواد یونی و الکترولیت ها وقتی در آب حل می شوند که یون های تفکیک شده آن ها توسط مولکول های آب، پوشیده می شوند. یون های منفی از سر مثبت مولکول آب (هیدروژن) و یون های مثبت از سمت سر منفی آب (اکسیژن) آبپوشی و هیدراته می شوند.
برخی از انواع مولکول ها دارای هر دو قسمت قطبی و غیرقطبی هستند. اگر بخش قطبی بزرگ باشد انحلال پذیری بالایی در حلال های قطبی خواهد داشت و در صورت بزرگ بودن بخش غیرقطبی در حلال های غیرقطبی حل می شود. الکل ها نمونه ای از این ترکیبات هستند.
موضوع دیگری که در انحلال مواد در یکدیگر حائز اهمیت است این است که بعضی مواد به هر نسبتی در هم حل می شوند. اتانول و آب نمونه ای از این مواد هستند. پیوند مشابه ای که بین این دو ماده وجود دارد، پیوند هیدروژنی است. پیوند هیدروژنی پیوندی است که بین اتم هیدروژن و یکی از اتم های الکترونگاتیو مثل فلوئور (F)، اکسیژن (O) و نیتروژن (N) برقرار می شود.
5- انواع پیوندها بین ذرات:
پیوندی که در نتیجه برقراری بین ذرات گسسته در محلول ها ایجاد می شود می تواند با توجه به نوع مواد شرکت کننده یکی از برهمکنش های زیر باشد. مثلا بین یک استون و اتانول پیوند دوقطبی دوقطبی، بین آب با الکل ها و یا خود آب پیوند هیدروژنی، بین یون ها با آب پیوند یون دوقطبی، بین آب و مولکول های غیر قطبی پیوند دوقطبی دوقطبی القائی و بین حلال و حل شونده های غیرقطبی پیوند دوقطبی القائی دوقطبی القائی برقرار می شود.
6- انواع محلولهای همگن:
محلول هایی که در آن مولکول های حل شونده به طور کامل در بین مولکول های حلال پخش شده و با مخلوط کامل شدن نتوان مرزی بین آن ها قایل شد را محلولهای همگن یا هموژن می گویند. همان طور که در بالا اشاره شد این نوع محلول ها در حالت های مایع، گاز مثل اتمسفر هوا و همچنین به شکل جامد مثل آلیاژها وجود دارند. این محلول ها را بر اساس نوع حلال خود به دو دسته آبی و غیرآبی تقسیم می کنند.
وقتی در یک محلول، حلال آب باشد محلول های آبی خوانده می شود و اگر حلال ماده ای به غیر از آب باشد، محلول را غیرآبی می گویند. حلال های این محلول ها می تواند مثلا الکل ها، مواد غیرقطبی مثل تتراکلرید کربن، n- هگزان و یا حتی اسیدها مثل هیدروکلریک اسید، گازها و حتی جامدات باشند.
7- غلظت چیست؟
تعریف غلظت برای محلول ها به شکل های مختلف بیان می شود. اما در یک تعریف کلی به مقداری از ماده ی حل شونده که در یک دمای خاص می تواند در مقدار مشخصی از یک حلال، حل شده و تشکیل یک محلول را بدهد غلظت آن ماده گفته می شود. غلظت در علم شیمی بر اساس مقدار مواد به شکل های گرمی یا مولی بیان شده و به صورت های متفاوت مولاریته، مولالیته، درصد جرمی، درصد جرمی حجمی، درصد حجمی حجمی، نرمالیته، قسمت در صد و… معرفی می شود. با این تعریف ها محلولها می توانند غلیظ یا رقیق باشند.
8- انواع محلول ها با توجه به مقدار حل شونده یا غلظت:
محلولها را می توان به سه دسته محلولهای سیر نشده، محلولهای اشباع یا محلولهای فوق اشباع تقسیم کرد.
8-1- محلولهای سیر نشده:
وقتی یک ماده حل شونده در یک حلال حل می شود با یکدیگر ترکیب شده و محلولی را تشکیل می دهد که باز هم می توان به آن حل شونده اضافه کرد. مثل حل کردن نمک در آب که تا نرسیدن به نقطه اشباع، یک محلول غیر اشباع و سیرنشده محسوب می شود.
8-2- محلولهای اشباع یا سیر شده:
وقتی در یک دمای مشخص میزان حل شونده ای که به حلال اضافه می شود به حدی باشد که حلال دیگر نتواند حل شونده را در خود حل کند به اصطلاح محلول سیر شده یا اشباع به دست می آید. در این محلول مقدار ماده حل شونده ثابت مانده و بین سرعت حل شدن و جامد شدن آن یک تعادلی برقرار می شود و غلظت ثابت می ماند.
8-3- محلولهای فوق اشباع یا ابرسیرشده:
حال اگر به محلولهای سیر شده، باز هم ماده حل شونده اضافه کنیم چون ظرفیت حلال برای حل کردن مقدار اضافی ماده حل شونده تمام شده، این مقدار اضافی به صورت رسوب در این محلول ها در آمده و محلولهای ابرسیرشده یا فوق اشباع را می سازند.
یکی از عوامل مهمی که بر میزان حلالیت و تهیه محلولهای اشباع و فوق اشباع اثر می گذارد دما می باشد. با افزایش دما میزان حلالیت افزایش می یابد و اگر در دمای بالا محلولهای اشباع به دست آیند با کاهش دما و سرد شدن، همین محلولها به فوق اشباع تبدیل می شوند.
9- خواص محلول ها:
یک سری خواص در محلولها که به ماهیت شیمیایی اجزای آن بستگی ندارد بلکه تحت تأثیر تعداد اجزای محلول و جزء خواص فیزیکی می باشد، به خواص کولیگاتیو معروف هستند. این خواص شامل نقاط ذوب و جوش، فشار بخار و فشار اسمزی می باشند.
نقاط ذوب و جوش:
نقطه جوش یک محلول با فشار بخار آن متناسب است. چون فشار بخار حلال بیشتر از فشار بخار محلول آن است پس نقطه جوش محلول باید بیشتر از نقطه جوش حلال آن باشد. در مورد دمای ذوب، این کمیت در محلول ها چون با اضافه کردن یک ماده حل شونده پتانسیل شیمیایی آن کاهش می یابد و مولکول ها کمتر به فاز مایع یا گاز می روند، افزایش یافته و به دنبال آن نقطه انجماد کاهش می یابد.
فشار بخار:
وقتی به یک حلال ماده ی حل شونده اضافه می شود فشار بخار آن نسبت به زمانی که یک حلال خالص است، کاهش می یابد. فشار تعادلی در محلول های ایده آل از قانون رائول پیروی می کند.
که در آن P فشار بخار (حلال و حل شونده) و X برابر کسر مولی (حلال و حل شونده) است.
فشار اسمزی:
وقتی یک لایه ی نیمه تراوا بین یک حلال خالص و محلول قرار گیرد، مولکول های حلال خالص با عبور از این غشا و رفتن به سمت محلول، پدیده اسمز را به وجود می آورد. با رسیدن اختلاف فشار به فشار اسمزی میزان عبور حلال به دو طرف غشا یکی شده و به تعادلی ثابت می رسد. فشار اسمزی تحت تأثیر دو کمیت دما و غلظت محلول می باشد. مانند گازهای ایده آل برای محلولهای ایده آل نیز قانون زیر را داریم:
R در این رابطه ثابت جهانی گازهاست و برابر با 8,314 ژول بر درجه کلوین مول می باشد.
|
|
|
|
| نماد اعتماد الکترونیک | نشان ملی ثبت | گواهی شامد ارشاد |
© کلیه حقوق مادی و معنوی این وب سایت متعلق به داده پردازان هومان پویان می باشد.
