محلول

جعل محلول صلب في سائل من خلال إذابة ملح الطعام في الماء

الماء مذيب ممتاز بسبب حتى جزيئاته قطبية ويمكنها تكوين رابطات هيدروجينية [1].

في الكيمياء، المحلول هومزيج متجانس من مادتين نقيتين أوأكثر وتنقسم إلى محاليل متجانسة ومحاليل غير متجانسة، لا يمكن عزلهما عن بعضهما البعض بأي أسلوب ميكانيكي، كالترشيح مثلاً ويتكون من مذيب ومذاب وغالباقد يكون المذيب أكبر من المذاب مثل محلول السكر في الماء. وعملية التحللّ أوالتفكك تُسمّى أيضًا الذوبان. يمكن فصلهما عن طريق التبخير مثلا بحيث لا يتسبب في أي تفاعل كيميائي بين المادتين ، مثال على ذلك محلول ملح الطعام في الماء.

أنواع المحاليل

هناك ثلاث أنواع رئيسية من المحاليل:

المحلول السائل

ينتج عن ذوبان صلب في سائل آخر، وكما ينتج عن ذوبان شيء صلب أوغازي في سائل. ومن أمثلته: ذوبان الملح في الماء، وذوبان السكر في القهوة.

المحلول الغازي

هوالمحلول الذي ينشأ بإذابة المادة الصلبة أوالسائلة أوالغازية في المادة السائلة، وينتج عن اختلاط الغازات. فالهواء مثلاً هومحلول غازي، يتكون من مزيج من النيتروجين والأكسجين، مع كميات ضئيلة من الأرجون وثاني أكسيد الكربون.

السبائك

تعتبر مصهورات المعادن محاليلا وتسمى سبائك . وعادة تتكون السبيكة من عدة فلزات ولا فلزات ، مثل بعض أنواع مصهورات الفولاذ ، فهويتكون من كروم وفاناديوم وكربون ذائبة في الحديد.

طرق التعبير عن هجريز أي محلول

المولار ويعهد على أنه إذابة 1 مول من المادة في 1 لتر من الماء.

أو:

المولارية (M)= عدد مولات المادة المذابة ÷ حجم المحلول باللتر

أو:

المولالية (M)= وزن المادة المذابة / (الوزن الجزيئي للماده * الحجم المحلول بالتر)

مثـــــــال:

بالنسبة إلى مركب مثل كلوريد الصوديوم : الوزن الذري للكلور (4و35 جرام) والوزن الذري للصوديوم (23 جرام) ، ونظرا لأن هجريب الجزييء NaCl (أي 1 صوديوم متحد مع 1 كلور) ، فيكون 1 مول من كلوريد الصوديوم هو4و58 جرام.

أي إذا أذبنا 4و58 جراما من ملح الطعام في 1 لتر ماء أصبح لدينا محلولا منه ذومولارية 1.

عندما نذيب 2و29 جراما من كلوريد الصوديوم في 1/2 لتر ماء يصبح لدينا محلولا منه ذومولارية 1.
وعندما نذيب 6و14 جراما من كلوريد الصوديوم في 1/4 لتر ماء يصبح لدينا أيضا محلولا مولاريته 1.

تعريفات أخرى للمحاليل:

يستخدم الكيميائيون محاليلا ذات تسميات أخرى ، مثل النورماليتي:

النورملتى N = المولارية / تكافؤ المادة

وتعهد النورملتى Normality للماده بأنها عدد المولات من المادة الذائبة في 1 لتر ماء مقسومه على تكافؤ المادة.

الكسر الجزيئي
النسبة المئوية

تصنف المحاليل السائلة من حيث حالة الجزيئات المذابة كالتالي :

محاليل حقيقية : وهي التي لاتترشح فيها جزيئات المذاب ولاتنفصل عن طريق الترشيح.

محاليل غروية : وهي التي تكون فيها جزيئات المذاب غير مذاب تماما في المذيب ويمكن رؤيتها بشكل واضح في المحلول

محاليل معلقة : وهي التي تتم فيها ترسب جزيئات المذاب مثل : الماء والرمل .

التشبع

وتصنف أيضا على حسب نسبة هجريز جزيئات المذاب في المذيب مذيب كالتالي :

محاليل مشبعة:

تعتمد كمية المادة التي يمكن حتى تذوب في مذيب على ذوبانها في هذا المذيب . وإذا أذبنا أكبر كمية ممكنة من المذاب في مذيب أصبح المحلول محلولا مشبعا . أي إذا أضفنا من المادة المذابة إلى مثل هذا المحلول فإنها تترسب ولا تذوب.

محاليل غير مشبعة:

المحلول الذي يحتوي على كمية من المذاب أقل من الكمية التي توصله إلى حد التشبع.

محاليل فوق مشبعة:

يتسم المحلول المشبع بهذه الخاصية عند درجة حرارة معينة ، ويعتمد تشبعه على درجة الحرارة ، أي إذا حملنا درجة حرارة محلول مشبع درجتين مئويتين فإنه يذيب من المادة المذابة كمية أكبر عند تلك الدرجة العالية . ولوافترضنا حتى لدينا محلولا مشبعا بملح الطعام عند درجة حرارة 82 درجة مئوية ، فإذا قمنا بتخفيض درجة الحرارة فجأة إلى 81 درجة مئوية مثلا أصبح المحلول "فوق مشبع " لفترة وجيزة ، ثم يترسب الملح الزائد .

فصل المحاليل

يمكن فصل المذاب عن المذيب حيث لا يحدث في المحلول تفاعل كيميائي .

عند إذابة ملح في محلول تتفكك روابط الأيونات المكونة بلورات الملح وتتراكم جزيئات ماء حول الأيونات فيما يسمى "هيدراتية" . وتكون أيونات بعض الفلزات مع جزيئات الماء كاتيونات مركبة (مثل سداسي هيدرات الحديد (III)). ولكي تعتبر تلك المخلوطات محاليلا فلا بد من كون تلك الروابط عكوسية تماما .

كذلك عند إذابة هيدريدات الأحماض والقواعد بتحدث تفاعلات كيميائية . يذوب كلوريد الهيدروجين في الماء ويتفكك في الحال إلى أيونات الكلور وأيونات الهيدروجين ، وتتفاعل أيونات الهيدروجين مع الماء مكونة أيونات أوكسونيوم.

ويبقى ثاني أكسيد الكربون تقريبا في الحالة الغازية في محلول منه في الماء . ولكنقد يكون جزء منه مع الماء حمض الكربونيك وهذه تتحلل في الماء وتكوّن كربونات الهيدروجين وكربونات وأوكسونيوم . تلك التفاعلات هي تفاعلات عكوسية ، أي يمكن فصل مواد المحلول بدون إضافة مواد تفاعل أخرى .

فصل مواد صلبة من سائل

محطة لتحلية مياه البحر.

تعمل عملية تبخير محلول على تشبع المادة الصلبة في المحلول وتبلورها طالما كان ذوبان المادة في السائل محدودا . وعند اكتمال التبخير تتبقى المادة الصلبة في قاع وعاء التبخير .

بعض محاليل مادة صلبة مثل بيكربونات الكالسيوم تتحلل أثناء تبخير محلول مركز منها ولا تتبقى على حالها بعد اكتمال التبخير ولكن تتحول إلى كربونات الكالسيوم وتترسب بينما يتبخر ثاني أكسيد الكربون مع الماء .

كيفية تستغل كثيرا في التطبيق العملي وهي أزموزية عكسية . وفيها يضغط المحلول عبر غشاء نصف نفاذ ، فيحجز الغشاء الأيونات والجزيئات الكبيرة ويمر السائل (الماء) خلالها . تطبق تلك التقنية في تجهيز الماء وبصفة خاصة في تحلية المياه.

فصل مخلوط سوائل

أبراج التقطير المجزأ في الصناعة.

تتبع كيفية التقطير أوكيفية تقطير مجزأ لفصل مخلوطات سوائل . ونستغل في تلك الحالتين اختلاف نقطة الغليان للسوائل المكونة للمحلول . ونظرا لأن السائل ذونقطة غليان عاليةقد يكون له أيضا ضغطا بخاريا قليلا فينتقل جزء منه مع بخار السائل ذونقطة غليان منخفضة ويتكثف معه في القارورة المستقبلة . لذلك نحصل بتقطير الكحول على نقاوة تبلغ 96% فقط . وإذا أردنا الحصول على الكحول بنقاوة أعلى فلا بد من إجراء عملية التقطير مرة ثانية على الكحول المكتسب من عملية التقطير الأولى .

يستغل التقطير بشكل واسع تقنيا في تكرير البترول حيث نعزل من النفط : كيروسين والديزل ونافثا والقطران وغيرها من منتجات البترول ، نظرا لاختلاف نقطة غليان جميع منها عن بعضها البعض.

الزجاج

يعتبر الزجاج أيضا محلولا حيث يتكون من مخلوط سوائل باردة . ويتميز الزجاج بأن الذرات فيه غير منتظمة في شبكة بلورية ، فهي موزعة عشوائيا في الزجاج الصلب ولكنها تفقد حركتها المميزة له عندماقد يكون الزجاج في الحالة السائلة.

حالات خاصة

لا يعتبر "ذوبان" فلز في حمض ذوبانا وإنما هوتفاعل كيميائي .

ولكن توجد حالات خاصة تتم فيها تفاعل كيميائي عكوسي وذوبان في نفس الوقت ، مثل :

ذوبان الصوديوم في سائل الأمونيا .
ذوبان ثاني أكسيد الكربون في الماء ، حيث يحدث توازن بتكوين حمض الكربونيك وجزيئاته المفككة (أيونات بيكربونات وايونات كربونات ) والتي تختفي عند مغادرة ثاني أكسيد الكربون المحلول (مثل طرده من المحلول بواسطة غاز آخر) .

انظر أيضاً

محلول كهربي
تقطير بالتجزئة
هجريز
مول
مخطط أطوار
محلول جامد

مراجع

^ الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية. "Concentration". Compendium of Chemical Terminology Internet edition.
^ الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية. "volume fraction". Compendium of Chemical Terminology Internet edition.
^ الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية. "fraction". Compendium of Chemical Terminology Internet edition.