- عملية الذوبان
- جوانب الطاقة
- التفاعلات بين الجزيئات
- الاختلافات مع الماء
- أمثلة
- كلوريد الكالسيوم
- اليوريا
- نترات الأمونيوم
- المراجع
و اذابة هو الترابط الفيزيائية والكيميائية بين جزيئات المذاب والمذيب في المحلول. إنه يختلف عن مفهوم الذوبان في حقيقة أنه لا يوجد توازن ديناميكي حراري بين المادة الصلبة وجسيماتها الذائبة.
هذا الاتحاد هو المسؤول عن "اختفاء" المواد الصلبة الذائبة أمام المتفرجين ؛ عندما تصبح الجسيمات في الواقع صغيرة جدًا وينتهي بها الأمر "ملفوفة" في صفائح من جزيئات المذيبات ، مما يجعل من المستحيل مراقبتها.
المصدر: غابرييل بوليفار
رسم تخطيطي عام للغاية لحل جسيم M في الصورة العلوية.يمكن أن يكون M إما أيون (M +) أو جزيء ؛ و S هو جزيء المذيب ، والذي يمكن أن يكون أي مركب في حالة سائلة (على الرغم من أنه يمكن أن يكون غازيًا أيضًا).
لاحظ أن M محاط بستة جزيئات من S ، والتي تشكل ما يعرف باسم مجال الذوبان الأولي. تتفاعل جزيئات S الأخرى على مسافة أكبر بواسطة قوى Van der Waals مع الأولى ، وتشكل مجالًا من الذوبان الثانوي ، وما إلى ذلك حتى لا يكون بعض الترتيب واضحًا.
عملية الذوبان
المصدر: غابرييل بوليفار
كيف تتم عملية الذوبان جزيئيًا؟ الصورة أعلاه تلخص الخطوات اللازمة.
يتم ترتيب جزيئات المذيب ، التي تكون زرقاء اللون ، في البداية ، وكلها تتفاعل مع بعضها البعض (SS) ؛ والجزيئات الذائبة الأرجواني (أيونات أو جزيئات) تفعل الشيء نفسه مع تفاعلات MM القوية أو الضعيفة.
لكي يحدث الذوبان ، يجب أن يتم توسيع كل من المذيب والمذاب (السهم الأسود الثاني) للسماح بتفاعلات المذيب المذاب (MS).
وهذا يعني بالضرورة انخفاضًا في تفاعلات الذائبة والمذيبات ؛ انخفاض يتطلب طاقة ، وبالتالي فإن هذه الخطوة الأولى ماصة للحرارة.
بمجرد أن يتمدد المذاب والمذيب جزيئيًا ، يختلط الاثنان ويتبادلان الأماكن في الفضاء. يمكن مقارنة كل دائرة أرجوانية في الصورة الثانية بتلك الموجودة في الصورة الأولى.
يمكن تفصيل تغيير في درجة ترتيب الجسيمات في الصورة ؛ أمر في البداية ، ومضطرب في النهاية. نتيجة لذلك ، فإن الخطوة الأخيرة هي طاردة للحرارة ، حيث أن تكوين تفاعلات MS الجديدة تعمل على تثبيت جميع الجسيمات في المحلول.
جوانب الطاقة
وراء عملية الذوبان ، هناك العديد من الجوانب النشطة التي يجب مراعاتها. أولاً: تفاعلات SS و MM و MS.
عندما تكون تفاعلات MS ، أي بين المذاب والمذيب ، أعلى بكثير (قوية ومستقرة) مقارنة بتفاعلات المكونات الفردية ، فإننا نتحدث عن عملية إذابة طاردة للحرارة ؛ وبالتالي ، يتم إطلاق الطاقة إلى الوسط ، والتي يمكن التحقق منها عن طريق قياس الزيادة في درجة الحرارة باستخدام مقياس حرارة.
من ناحية أخرى ، إذا كانت تفاعلات MM و SS أقوى من تفاعلات MS ، فلكي "تتوسع" سوف تحتاج إلى طاقة أكثر مما تكتسبه بمجرد اكتمال الحل.
ثم نتحدث عن عملية الذوبان الماص للحرارة. في هذه الحالة ، يتم تسجيل انخفاض في درجة الحرارة ، أو ما هو نفسه ، يتم تبريد المناطق المحيطة.
هناك عاملان أساسيان يحددان ما إذا كان المذاب يذوب في المذيب أم لا. الأول هو تغيير المحتوى الحراري للمحلول (ΔH dis) ، كما أوضحنا للتو ، والثاني هو تغيير الانتروبيا (ΔS) بين المذاب والمذاب. بشكل عام ، يرتبط ΔS بزيادة الاضطراب المذكور أعلاه أيضًا.
التفاعلات بين الجزيئات
ذكر أن الذوبان هو نتيجة الرابطة الفيزيائية والكيميائية بين المذاب والمذيب ؛ ومع ذلك ، ما هي بالضبط هذه التفاعلات أو النقابات؟
إذا كان المذاب عبارة عن أيون ، M + ، تحدث تفاعلات أيون ثنائي القطب (M + -S) ؛ وإذا كان جزيءًا ، فسيكون هناك تفاعلات ثنائية القطب أو قوى تشتت لندن.
عند الحديث عن تفاعلات ثنائي القطب ثنائي القطب ، يُقال أن هناك عزمًا دائمًا ثنائي القطب في M و S. وهكذا ، تتفاعل المنطقة δ- الغنية بالإلكترون في M مع المنطقة δ + الإلكترونية الفقيرة في S. نتيجة كل هذه التفاعلات هي تكوين العديد من مجالات الذوبان حول M.
بالإضافة إلى ذلك ، هناك نوع آخر من التفاعل: التنسيق. هنا ، تشكل جزيئات S روابط تنسيق (أو dative) مع M ، وتشكل أشكال هندسية مختلفة.
قاعدة أساسية لحفظ وتوقع التقارب بين المذاب والمذيب هي: مثل يذوب مثل. لذلك ، المواد القطبية تذوب بسهولة شديدة في مذيبات قطبية متساوية ؛ والمواد غير القطبية تذوب في المذيبات غير القطبية.
الاختلافات مع الماء
المصدر: غابرييل بوليفار
كيف يختلف المحلول عن الماء؟ العمليتان المتماثلتان ، باستثناء أن جزيئات S ، في الصورة الأولى ، يتم استبدالها بجزيئات الماء ، HOH.
في الصورة العلوية يمكنك أن ترى كاتيون M + محاطًا بستة جزيئات H 2 O. لاحظ أن ذرات الأكسجين (حمراء اللون) موجهة نحو الشحنة الموجبة ، لأنها الأكثر كهرسلبية وبالتالي كلاهما لديه أعلى كثافة سالبة δ-.
خلف كرة الماء الأولى ، يتم تجميع جزيئات الماء الأخرى حول روابط هيدروجينية (OH 2 -OH 2). هذه هي تفاعلات أيون ثنائي القطب. ومع ذلك ، يمكن لجزيئات الماء أيضًا تكوين روابط تنسيق مع المركز الإيجابي ، خاصةً إذا كان معدنيًا.
وهكذا ، فإن مجمعات المياه الشهيرة ، M (OH 2) n ، تنشأ. نظرًا لأن n = 6 في الصورة ، فإن الجزيئات الستة موجهة حول M في شكل ثماني السطوح التنسيق (المجال الداخلي للترطيب). اعتمادًا على حجم M + وحجم شحنتها وتوافرها الإلكتروني ، يمكن أن تكون هذه الكرة أصغر أو أكبر.
ربما يكون الماء هو المذيب الأكثر روعة على الإطلاق: فهو يذوب كمية لا حصر لها من المواد المذابة ، وهو مذيب قطبي للغاية ، وله ثابت عازل مرتفع بشكل غير طبيعي (78.5 كلفن).
أمثلة
ثلاثة أمثلة للذوبان في الماء مذكورة أدناه.
كلوريد الكالسيوم
عن طريق إذابة كلوريد الكالسيوم في الماء ، تنطلق الحرارة في صورة Ca 2+ كاتيونات و Cl - anions solvate. يحيط بـ Ca 2+ عدد من جزيئات الماء يساوي أو يزيد عن ستة (Ca 2+ -OH 2).
وبالمثل ، Cl - محاطة بذرات الهيدروجين ، منطقة δ + من الماء (Cl - -H 2 O). يمكن استخدام الحرارة المنبعثة لإذابة كتل الجليد.
اليوريا
في حالة اليوريا ، فهو جزيء عضوي له بنية H 2 N - CO - NH 2. عند الذوبان ، تشكل جزيئات H 2 O روابط هيدروجينية مع المجموعتين الأمينية (-NH 2 -OH 2) ومع مجموعة الكربونيل (C = O- H 2 O). هذه التفاعلات مسؤولة عن قابليتها للذوبان في الماء.
وبالمثل ، فإن انحلاله ماص للحرارة ، أي أنه يبرد وعاء الماء حيث يتم إضافته.
نترات الأمونيوم
نترات الأمونيوم ، مثل اليوريا ، هي مادة مذابة تعمل على تبريد المحلول بعد إذابة أيوناته. NH 4 + والإذابة بالإكترونات بطريقة مماثلة لكاليفورنيا 2+ ، على الرغم من أن ربما بسبب هندسته رباعي السطوح لديها عدد أقل من H 2 O جزيئات حوله. و NO 3 - يذوب بنفس طريقة Cl - (OH 2 -O 2 NO- H 2 O) الأنيونات.
المراجع
- جلاستون س. (1970). معاهدة الكيمياء والفيزياء. Aguilar، SA، Madrid، Spain.
- ويتن ، ديفيس ، بيك وستانلي. كيمياء. (الطبعة الثامنة). سينجاج ليرنينج.
- ايرا ن.ليفين. (2014). مبادئ الكيمياء الفيزيائية. الطبعة السادسة. ماك جراو هيل.
- قاموس Chemicool. (2017). تعريف الذوبان. تم الاسترجاع من: chemicool.com
- بلفورد ر. (بدون تاريخ). عمليات الذوبان. الكيمياء LibreTexts. تم الاسترجاع من: chem.libretexts.org
- ويكيبيديا. (2018). الذوبان. تم الاسترجاع من: en.wikipedia.org
- هاردينجر إيه ستيفن. (2017). مسرد مصور للكيمياء العضوية: الذوبان. تم الاسترجاع من: chem.ucla.edu
- تصفح Guppy. (سادس). عملية الذوبان. تم الاسترجاع من: surfguppy.com