- خصائص المحاليل المائية
- لماذا تذوب بعض المواد الصلبة في الماء؟
- قواعد الذوبان
- أمثلة على الذوبان في المحاليل المائية
- مثال 1: ماذا يحدث عند Ba (NO
- مثال 2: ماذا يحدث عندما Pb (NO
- المراجع
و المحاليل المائية هي الحلول التي تستخدم المياه لتتحلل مادة. على سبيل المثال ، ماء طين أو سكر. عندما يذوب أحد الأنواع الكيميائية في الماء ، يتم الإشارة إلى ذلك بكتابة (aq) بعد الاسم الكيميائي.
المواد المحبة للماء والعديد من المركبات الأيونية تذوب أو تنفصل في الماء. على سبيل المثال ، عندما يذوب ملح الطعام أو كلوريد الصوديوم في الماء ، فإنه يتفكك في أيوناته ليشكل Na + (aq) و Cl- (aq).
الشكل 1: محلول مائي لثاني كرومات البوتاسيوم.
المواد الكارهة للماء (المخيفة للماء) بشكل عام لا تذوب في الماء أو تشكل محاليل مائية. على سبيل المثال ، لا يؤدي خلط الزيت والماء إلى الانحلال أو التفكك.
العديد من المركبات العضوية كارهة للماء. يمكن أن تذوب الإلكتروليتات في الماء ، لكنها لا تنفصل إلى أيونات وتحافظ على سلامتها كجزيئات. تشمل الأمثلة على الإلكتروليتات السكر والجليسرول واليوريا وميثيل سلفونيل ميثان (MSM).
خصائص المحاليل المائية
غالبًا ما توصل المحاليل المائية الكهرباء. تميل المحاليل التي تحتوي على إلكتروليتات قوية إلى أن تكون موصلات كهربائية جيدة (مثل مياه البحر) ، بينما المحاليل التي تحتوي على إلكتروليتات ضعيفة تميل إلى أن تكون موصلات ضعيفة (مثل ماء الصنبور).
والسبب هو أن الإلكتروليتات القوية تنفصل تمامًا إلى أيونات في الماء ، بينما تنفصل الشوارد الضعيفة بشكل غير كامل.
عندما تحدث تفاعلات كيميائية بين الأنواع في محلول مائي ، تكون التفاعلات عادةً عبارة عن تفاعلات إزاحة مزدوجة (تسمى أيضًا التحويل الكيميائي مزدوج التبادل أو الاستبدال المزدوج).
في هذا النوع من التفاعل ، تحل الكاتيون في أحد الكاشفات محل الكاتيون في الكاشف الآخر ، وتشكل رابطة أيونية بشكل نموذجي. طريقة أخرى للتفكير في الأمر هي أن الأيونات التفاعلية "تبديل الشركاء".
يمكن أن تؤدي التفاعلات في المحلول المائي إلى منتجات قابلة للذوبان في الماء أو يمكن أن تنتج راسبًا.
الراسب هو مركب ذو قابلية منخفضة للذوبان وغالبًا ما يسقط من المحلول كمادة صلبة.
تنطبق الشروط الحمضية والقاعدة والأس الهيدروجيني على المحاليل المائية فقط. على سبيل المثال ، يمكنك قياس الرقم الهيدروجيني لعصير الليمون أو الخل (محلولان مائيان) وهما أحماض ضعيفة ، لكن لا يمكنك الحصول على أي معلومات مفيدة من اختبار الزيت النباتي باستخدام ورق الأس الهيدروجيني.
لماذا تذوب بعض المواد الصلبة في الماء؟
السكر الذي نستخدمه لتحلية القهوة أو الشاي هو مادة صلبة جزيئية ، حيث تتماسك الجزيئات الفردية معًا بواسطة قوى ضعيفة نسبيًا بين الجزيئات.
عندما يذوب السكر في الماء ، تنكسر الروابط الضعيفة بين جزيئات السكروز الفردية ، ويتم إطلاق جزيئات C12H22O11 في المحلول.
الشكل 1: إذابة السكر في الماء.
يتطلب الأمر طاقة لكسر الروابط بين جزيئات C12H22O11 في السكروز. كما يتطلب الأمر طاقة لكسر روابط الهيدروجين في الماء والتي يجب تكسيرها لإدخال أحد جزيئات السكروز في المحلول.
يذوب السكر في الماء لأنه يتم إطلاق الطاقة عندما تشكل جزيئات السكروز القطبية قليلاً روابط بين الجزيئات مع جزيئات الماء القطبية.
الروابط الضعيفة التي تتكون بين المذاب والمذيب تعوض عن الطاقة المطلوبة لتغيير بنية كل من المذاب النقي والمذيب.
في حالة السكر والماء ، تعمل هذه العملية بشكل جيد بحيث يمكن إذابة ما يصل إلى 1800 جرام من السكروز في لتر واحد من الماء.
تحتوي المواد الصلبة الأيونية (أو الأملاح) على أيونات موجبة وسالبة ، تتماسك معًا بفضل قوة التجاذب الكبيرة بين الجسيمات ذات الشحنات المعاكسة.
عندما يذوب أحد هذه المواد الصلبة في الماء ، يتم إطلاق الأيونات التي تتكون منها المادة الصلبة في محلول ، حيث ترتبط بجزيئات المذيب القطبية.
الشكل 2: انحلال كلوريد الصوديوم في الماء.
NaCl (s) »Na + (aq) + Cl- (aq)
يمكننا أن نفترض بشكل عام أن الأملاح تتفكك في أيوناتها عندما تذوب في الماء.
تذوب المركبات الأيونية في الماء إذا كانت الطاقة المنبعثة عندما تتفاعل الأيونات مع جزيئات الماء تفوق الطاقة المطلوبة لكسر الروابط الأيونية في المادة الصلبة والطاقة اللازمة لفصل جزيئات الماء بحيث يمكن إدخال الأيونات فيها الحل.
قواعد الذوبان
اعتمادًا على قابلية الذوبان ، هناك ثلاث نتائج محتملة:
1) إذا كان المحلول أقل ذوبانًا من الكمية القصوى التي يمكنه إذابتها (قابليته للذوبان) ، فهو محلول مخفف ؛
2) إذا كانت كمية المذاب هي بالضبط نفس كمية قابليتها للذوبان ، فهي مشبعة ؛
3) إذا كان هناك مذاب أكثر مما هو قادر على الذوبان ، فإن المذاب الزائد ينفصل عن المحلول.
إذا تضمنت عملية الفصل هذه التبلور ، فإنها تشكل راسبًا. يقلل الترسيب من تركيز المذاب إلى التشبع من أجل زيادة ثبات المحلول.
فيما يلي قواعد الذوبان للمواد الصلبة الأيونية الشائعة. إذا بدا أن قاعدتين تتعارضان مع بعضهما البعض ، فإن القاعدة السابقة لها الأسبقية.
1- الأملاح التي تحتوي على عناصر المجموعة الأولى (Li + ، Na + ، K + ، Cs + ، Rb +) قابلة للذوبان. هناك استثناءات قليلة لهذه القاعدة. الأملاح التي تحتوي على أيون الأمونيوم (NH 4 +) قابلة للذوبان أيضًا.
2- الأملاح المحتوية على نترات (NO 3 -) قابلة للذوبان بشكل عام.
3- الأملاح التي تحتوي على Cl - أو Br - أو I - قابلة للذوبان بشكل عام. الاستثناءات المهمة لهذه القاعدة هي أملاح هاليد Ag + و Pb2 + و (Hg2) 2+. وبالتالي ، فإن AgCl و PbBr 2 و Hg 2 Cl 2 غير قابلة للذوبان.
4- معظم أملاح الفضة غير قابلة للذوبان. AgNO 3 و Ag (C 2 H 3 O 2) من الأملاح الشائعة للذوبان في الفضة ؛ عمليا كل الآخرين غير قابل للذوبان.
5- معظم أملاح الكبريتات قابلة للذوبان. وتشمل الاستثناءات الرئيسية لهذه القاعدة كاسو 4 ، باسو 4 ، مكتب دعم بناء السلام 4 ، حج 2 SO 4 وSrSO 4.
6- معظم أملاح الهيدروكسيد قابلة للذوبان بشكل طفيف. أملاح الهيدروكسيد لعناصر المجموعة الأولى قابلة للذوبان. أملاح الهيدروكسيد لعناصر المجموعة الثانية (Ca ، Sr و Ba) قابلة للذوبان بشكل طفيف.
أملاح الهيدروكسيد للمعادن الانتقالية و Al 3 + غير قابلة للذوبان. وبالتالي ، فإن Fe (OH) 3 ، Al (OH) 3 ، Co (OH) 2 غير قابلة للذوبان.
7- معظم كبريتيدات المعادن الانتقالية غير قابلة للذوبان بدرجة كبيرة ، بما في ذلك CdS و FeS و ZnS و Ag 2 S. الزرنيخ والأنتيمون والبزموت وكبريتيدات الرصاص غير قابلة للذوبان أيضًا.
8- غالباً ما تكون الكربونات غير قابلة للذوبان. كربونات المجموعة الثانية (CaCO 3 و SrCO 3 و BaCO 3) غير قابلة للذوبان ، مثل FeCO 3 و PbCO 3.
9- الكرومات غالبا ما تكون غير قابلة للذوبان. تتضمن الأمثلة PbCrO 4 و BaCrO 4.
10- الفوسفات مثل Ca 3 (PO 4) 2 و Ag 3 PO 4 غالبا ما تكون غير قابلة للذوبان.
11- الفلوريدات مثل BaF 2 و MgF 2 و PbF 2 غالبا ما تكون غير قابلة للذوبان.
أمثلة على الذوبان في المحاليل المائية
الكولا ، المياه المالحة ، المطر ، المحاليل الحمضية ، المحاليل الأساسية ، والمحاليل الملحية هي أمثلة على المحاليل المائية. عندما يكون لديك محلول مائي ، يمكنك إحداث ترسب عن طريق تفاعلات الترسيب.
تسمى تفاعلات هطول الأمطار أحيانًا تفاعلات "الإزاحة المزدوجة". لتحديد ما إذا كان الراسب سيتشكل عند خلط المحاليل المائية لمركبين:
- سجل كل الأيونات في المحلول.
- اجمعهم (الكاتيون والأنيون) للحصول على كل الرواسب المحتملة.
- استخدم قواعد الذوبان لتحديد أي (إن وجد) تركيبة (مجموعات) غير قابلة للذوبان وسوف تترسب.
مثال 1: ماذا يحدث عند Ba (NO
الأيونات الموجودة في المحلول: Ba 2+ ، NO 3 - ، Na + ، CO 3 2-
الرواسب المحتملة: BaCO 3 ، NaNO3
قواعد الذوبان: BaCO 3 غير قابل للذوبان (القاعدة 5) ، NaNO 3 قابل للذوبان (القاعدة 1).
معادلة كيميائية كاملة:
Ba (NO 3) 2 (aq) + Na 2 CO 3 (aq) »BaCO 3 (s) + 2NaNO 3 (aq)
صافي المعادلة الأيونية:
Ba 2+ (aq) + CO 3 2- (aq) »BaCO 3 (s)
مثال 2: ماذا يحدث عندما Pb (NO
الأيونات الموجودة في المحلول: Pb 2+ ، NO 3 - ، NH 4 + ، I -
الرواسب المحتملة: PbI 2 ، NH 4 NO 3
قواعد الذوبان: PbI 2 غير قابل للذوبان (القاعدة 3) ، NH 4 NO 3 قابل للذوبان (القاعدة 1).
معادلة كيميائية كاملة: Pb (NO 3) 2 (aq) + 2NH 4 I (aq) »PbI 2 (s) + 2NH 4 NO 3 (aq)
المعادلة الأيونية الصافية: Pb 2+ (aq) + 2I - (aq) »PbI 2 (s).
المراجع
- آن ماري هيلمنستين. (2017 ، 10 مايو). التعريف المائي (محلول مائي). تعافى من thinkco.com.
- آن ماري هيلمنستين. (2017 ، 14 مايو). تعريف المحلول المائي في الكيمياء. تعافى من thinkco.com.
- أنطوانيت مرسى ، كي دبليو (2017 ، 14 مايو). قواعد الذوبان. تعافى من chem.libretexts.org.
- محاليل مائية. (سادس). تعافى من saylordotorg.github.io.
- بيركي ، م. (2011 ، 11 نوفمبر). المحاليل المائية: التعريف والأمثلة. تعافى من youtube.com.
- التفاعلات في محلول مائي. (سادس). تعافى من الكيمياء.bd.psu.edu.
- ريد ، د. (سادس). محلول مائي: التعريف والتفاعل والمثال. تعافى من study.com.
- الذوبان. (سادس). تعافى من chemed.chem.purdue.edu.