التفاعلات الكيميائية في المحاليل

بالتأكيد ، إليك بعض الملاحظات الدراسية التفصيلية استنادًا إلى النص المتوفر:

التفاعلات الكيميائية في المحاليل

• يتم إجراء معظم التفاعلات في مختبر الكيمياء العام في المحاليل.
• يساعد خلط المواد المتفاعلة في المحلول على تحقيق اتصال وثيق بين الذرات أو الأيونات أو الجزيئات اللازمة للتفاعل.

ما هو المحلول؟

• المحلول عبارة عن خليط متجانس يتكون من مادتين أو أكثر بنسب يمكن أن تختلف.
• يتكون المحلول من مذيب ومذاب واحد أو أكثر.
  • المذيب هو المكون الموجود بكمية أكبر أو الذي يحدد حالة المادة التي يوجد بها المحلول.
  • يقال إن المذاب يذوب في المذيب.
  • المحلول المركز له كمية كبيرة نسبيًا من المذاب المذاب (المذابات) ، والمحلول المخفف له كمية صغيرة فقط.

أنواع المحاليل

• يمكن التمييز بين ستة أنواع من المحاليل ، حسب الحالات الأصلية (صلبة أو سائلة أو غازية) لمكونات المحلول:
  • غاز في غاز: الهواء.
  • غاز في سائل: مياه الصودا (ثاني أكسيد الكربون في الماء).
  • غاز في مادة صلبة: غاز الهيدروجين في البلاديوم.
  • سائل في سائل: إيثانول في الماء.
  • مادة صلبة في سائل: ملح كلوريد الصوديوم في الماء.
  • مادة صلبة في مادة صلبة: النحاس الأصفر (نحاس/ زنك)، لحام (قصدير/رصاص).

قدرة المحلول على إذابة المذاب.

• يتميز المحلول أيضًا بقدرته على إذابة المذاب.
  • يحتوي المحلول المشبع على أقصى كمية من المذاب التي ستذوب في مذيب معين عند درجة حرارة معينة.
  • يحتوي المحلول غير المشبع على مذاب أقل مما لديه القدرة على الذوبان.
  • يحتوي المحلول فائق التشبع على مذاب أكثر مما هو موجود في المحلول المشبع.
  • المحاليل فائقة الإشباع ليست مستقرة للغاية.
  • التبلور هو العملية التي يخرج فيها المذاب المذاب من المحلول ويشكل بلورات.

تركيز المحلول

• تركيز المحلول هو كمية المذاب الموجودة في كمية معينة من المذيب أو كمية معينة من المحلول.
• يمكن التعبير عن تركيز المحلول بعدة طرق مختلفة.
• يستخدم الكيميائيون عدة وحدات تركيز مختلفة ، لكل منها مزايا وقيود.
• تشمل الوحدات الأكثر شيوعًا للتركيز ما يلي: النسبة المئوية للكتلة ، والكسر المولي ، والمولارية ، والمولالية.

النسبة المئوية للكتلة والحجم

• النسبة المئوية للكتلة (تسمى أيضًا النسبة المئوية للوزن أو النسبة المئوية للوزن) هي نسبة كتلة المذاب إلى كتلة المحلول ، مضروبة في 100 بالمائة.
• النسبة المئوية للكتلة هي رقم بلا وحدة لأنه نسبة لكميتين متشابهتين.
• يتم تحضير بعض المحاليل على أساس النسبة المئوية للحجم.
• يمكن التعبير عن كتلة المذاب وحجم المحلول.
• المحلول المائي الذي يحتوي على 0.9 جرام من NaCl في 100.0. يُقال أن مل من المحلول هو 0.9٪ محلول كلوريد الصوديوم NaCl (كتلة/حجم).
• تستخدم النسبة المئوية للكتلة / الحجم على نطاق واسع في المجالات الطبية والصيدلانية.

أجزاء في المليون وأجزاء في البليون وأجزاء في التريليون

• يتم استخدام الأجزاء في المليون وأجزاء في البليون وأجزاء في التريليون لوصف تركيز المحلول عندما تكون النسبة المئوية للكتلة أو الحجم لمكون ما منخفضة جدًا.
  • جزء واحد لكل مليون (ppm) يتوافق مع 1 ملغ من المذاب  لكل لتر من المحلول.
  • جزء واحد لكل مليار (ppb) يساوي 1 ميكروجرام من المذاب لكل لتر من المحلول .
  • جزء واحد لكل تريليون (ppt) يساوي 1 جرام نانو لكل لتر من المحلول.

الكسر المولي والنسبة المئوية للمول

• لربط الخصائص الفيزيائية بتركيز نحتاج إلى وحدة يتم فيها التعبير عن جميع مكونات المحلول على أساس المول.
• يمكن القيام بذلك مع الكسر المولي.
  • الكسر المولي للمكون i، هو نسبة جميع الجزيئات في المحلول.
  • النسبة المئوية للمول هي الكسر المولي مضروبًا في 100٪.

المولارية

• يمكن تحديد تركيبة المحلول بإعطاء تركيزه المولي (أو المولارية) ، والذي يتم تعريفه على أنه عدد مولات المذاب في 1 لتر من المحلول.

المولالية

• اللولالية هي عدد مولات المذاب المذابة في 1 كجم (1000 جم) من المذيب

مقارنة وحدات التركيز

• يعتمد اختيار وحدة التركيز على الغرض من التجربة.
  • لا يتم استخدام الكسر المولي للتعبير عن تركيزات المحاليل لمعايرات وتحليلات الجاذبية ، ولكنه مناسب لحساب الضغوط الجزئية للغازات والتعامل مع ضغوط بخار المحاليل.
• يزيد حجم المحلول قليلًا (حوالي 0.1٪).
• يقل عدد مولات المذاب لكل لتر المولارية قليلًا (حوالي 0.1٪).
• يمكن أن يؤثر هذا الاعتماد على درجة الحرارة على دقة التجربة بشكل كبير.
• لذلك ، يفضل أحيانًا استخدام المولالية بدلاً من المولارية.

تأثير درجة الحرارة على الذوبان

• الذوبانية هي أقصى كمية من المذاب التي ستذوب في كمية معينة من المذيب عند درجة حرارة معينة.
• تؤثر درجة الحرارة على قابلية ذوبان معظم المواد.

ذوبان الغازات

• يختلف تأثير درجة الحرارة على ذوبان الغازات بشكل عام عن تأثيره على المواد الصلبة المذابة.
• بالإضافة إلى ذلك ، يؤثر ضغط الغاز بقوة على قابلية ذوبانه.
• عادة ما تنخفض قابلية ذوبان الغازات في الماء مع زيادة درجة الحرارة.

تأثير الضغط على ذوبان الغازات

• ليس للضغط الخارجي أي تأثير على قابلية ذوبان السوائل والمواد الصلبة.
• يؤثر الضغط بشكل كبير على قابلية ذوبان الغازات.
• ترتبط العلاقة الكمية بين قابلية ذوبان الغاز والضغط بقانون هنري ، والذي ينص على أن قابلية ذوبان الغاز في سائل تتناسب طرديًا مع ضغط الغاز فوق المحلول:
  • C = k × Pgas -حيث C هو التركيز المولي (مول / لتر) للغاز المذاب ، P هو الضغط (بوحدة atm) للغاز فوق المحلول في حالة توازن ؛ و k هو ثابت يعتمد فقط على درجة الحرارة.
• في المحلول المشبع ، يكون معدل تبخر جزيئات الغاز من المحلول ومعدل تكثف جزيئات الغاز في المحلول متساويين.

الضغوط البخارية للمحاليل

• وجد الكيميائي الفرنسي F. M.Raoult في ثمانينيات القرن التاسع عشر أن المذاب المذاب يقلل من ضغط بخار المذيب.
• قانون راؤول ينص على أن الضغط الجزئي الذي يمارسه بخار المذيب فوق محلول مثالي ، BA ، هو ناتج الكسر المولي للمذيب في المحلول ، xA ، وضغط بخار المذيب النقي عند درجة حرارة معينة ،
  • PA°.

الضغط الاسموزي

• تعتمد العديد من العمليات الكيميائية والبيولوجية على التناضح ، وهو المرور الانتقائي لجزيئات المذيب من خلال غشاء مسامي من محلول مخفف إلى محلول أكثر تركيزًا.
• يرتفع المستوى على جانب المحلول نتيجة لتدفق المذيب الصافي من اليسار إلى اليمين.
• الضغط التناضحي يساوي الضغط الهيدروستاتيكي الذي يمارسه عمود السائل في الأنبوب الأيمن عند التوازن.
• يتباطأ تطبيق الضغط على محلول السكروز من التدفق الصافي للماء عبر الغشاء إلى المحلول.
• مع وجود ضغط مرتفع بدرجة كافية ، يمكن إيقاف تدفق الماء الصافي تمامًا.
• الضغط اللازم لإيقاف التدفق التناضحي هو الضغط التناضحي للمحلول.
• تعطى قيمة الضغط التناضحي للمحلول بالصيغة التالية:
  • π = MRT
    • حيث M هي مولارية المحلول ، R هو ثابت الغاز(0.0821 L.atm/K.mol) ، و T هي درجة الحرارة المطلقة بالكلفن . ويعبر عن الضغط التناضحي p بالضغط الجوي.
• يتناسب الضغط التناضحي طرديًا مع تركيز المحلول.
• إذا كان اثنان من المحاليل متساويين في التركيز ، وبالتالي ، لهما نفس الضغط التناضحي ، فيقال إنهما متساويين.
• إذا كان لمحلولين ضغوط تناضحية غير متساوية ، فيقال إن المحلول الأكثر تركيزًا مفرط التوتر ويوصف المحلول الأكثر تخفيفًا بأنه ناقص التوتر.

ارتفاع نقطة الغليان

• نقطة غليان المحلول هي درجة الحرارة التي يساوي فيها ضغط البخار الضغط الجوي الخارجي.
• يؤدي وجود مادة مذابة غير متطايرة إلى خفض ضغط بخار محلول ، يجب أن يؤثر أيضًا على نقطة غليان المحلول.
• يشتمل الشكل على مخطط طور الماء والتغيرات التي تحدث في أحد المحاليل المائية.
• نظرًا لأن ضغط بخار المحلول أقل من ضغط بخار المذيب النقي بغض النظر عن درجة الحرارة ، فإن منحنى بخار السائل للمحلول يقع أسفل منحنى المذيب النقي.
• و بالتالي ، يتقاطع منحنى المحلول المنقط (إذن منقط) مع الخط الأفقي الذي يشير إلى P = 1atm عند درجة حرارة أعلى من نقطة الغليان الطبيعية للمذيب النقي.

إنخفاض نقطة التجمد

• قد يظل غير العالم غير مدرك لظاهرة الإرتفاع في درجة الغليان إلى الأبد.
• لكن أي شخص يعيش محيط بارد يعلم أن الثلج على الطرقات المتجمدة والأرصفة تذوب عندما يتم رشها بالأملاح مثل كلوريد الصوديو أو كلوريد الكالسيوم أو الأملاح الأخرى.
• تنجح هذه الطريقة في إذابة الجليد لأنها تخفض نقطة تجمد الماء.