ما هي الحلول المائية؟

المحاليل المائية هي تلك المحاليل التي تستخدم الماء لتحطيم المادة. على سبيل المثال ، الطين أو ماء السكر.

عندما يذوب نوع كيميائي في الماء ، يُشار إلى ذلك بالكتابة (aq) بعد الاسم الكيميائي (Reid، SF).

المواد المحبة للماء (التي تحب الماء) والعديد من المركبات الأيونية تذوب أو تنفصل في الماء.

على سبيل المثال ، عندما يذوب ملح الطعام أو كلوريد الصوديوم في الماء ، فإنه ينتقل إلى أيوناته لتشكيل Na + (aq) و Cl- (aq).

المواد الكارهة للماء (التي تخاف من الماء) عمومًا لا تذوب في الماء أو تشكل محاليل مائية. على سبيل المثال ، لا ينتج عن خلط الزيت والماء انحلال أو تفكك.

العديد من المركبات العضوية هي مسعور. يمكن أن تذوب غير الإلكتروليت في الماء ، ولكن لا تنفصل في الأيونات وتحافظ على سلامتها كجزيئات.

تشمل أمثلة غير الإلكتروليت السكر ، الجلسرين ، اليوريا وميثيل سلفونيل ميثان (MSM) (Anne Marie Helmenstine ، 2017).

خصائص المحاليل المائية

المحاليل المائية عادة ما تقوم بالكهرباء. تميل المحاليل التي تحتوي على إلكتروليتات قوية إلى أن تكون موصلات كهربائية جيدة (على سبيل المثال ، مياه البحر) ، في حين تميل المحاليل التي تحتوي على إلكتروليتات ضعيفة إلى أن تكون موصلات فقيرة (مثل ماء الصنبور).

والسبب هو أن الإلكتروليتات القوية تنفصل تمامًا في الأيونات في الماء ، في حين أن الإلكتروليتات الضعيفة تنفصل تمامًا.

عندما تحدث تفاعلات كيميائية بين الأنواع في محلول مائي ، عادة ما تكون التفاعلات تفاعلات مزدوجة الإزاحة (وتسمى أيضًا التحويل الميتاسي أو الاستبدال المزدوج).

في هذا النوع من التفاعل ، يأخذ الكاتيون في أحد الكواشف مكان الكاتيون في الكاشف الآخر ، ويشكل عادة رابطة أيونية. طريقة أخرى للتفكير هي أن الأيونات التفاعلية "تغير الشركاء".

يمكن أن تؤدي التفاعلات في المحلول المائي إلى نواتج قابلة للذوبان في الماء أو يمكن أن تؤدي إلى ترسب.

الراسب هو مركب ذو قابلية ذوبان منخفضة وغالبًا ما يقع خارج المحلول كمادة صلبة (حلول مائية ، SF).

تنطبق المصطلحات الحمضية والقاعدة ودرجة الحموضة فقط على المحاليل المائية. على سبيل المثال ، يمكنك قياس درجة الحموضة في عصير الليمون أو الخل (محلولان مائيان) وهما أحماض ضعيفة ، لكن لا يمكنك الحصول على أي معلومات مهمة من اختبار الزيت النباتي باستخدام ورقة الأس الهيدروجيني (Anne Marie Helmenstine ، تعريف مائي ، 2017).

لماذا تذوب بعض المواد الصلبة في الماء؟

السكر الذي نستخدمه لتحلية القهوة أو الشاي هو مادة صلبة جزيئية ، حيث يتم تجميع الجزيئات الفردية معًا بواسطة قوى جزيئية ضعيفة نسبيًا.

عندما يذوب السكر في الماء ، تنهار الروابط الضعيفة بين جزيئات السكروز الفردية ، ويتم إطلاق جزيئات C12H22O11 في المحلول.

هناك حاجة إلى الطاقة لكسر الروابط بين جزيئات C12H22O11 في السكروز. يتطلب الأمر أيضًا طاقة لكسر روابط الهيدروجين في الماء التي يجب قطعها لإدخال أحد جزيئات السكروز في محلول.

يذوب السكر في الماء لأن الطاقة يتم إطلاقها عندما تشكل جزيئات السكروز القطبية قليلاً روابط جزيئية مع جزيئات الماء القطبية.

الروابط الضعيفة التي تشكل بين المذاب والمذيب تعوض عن الطاقة اللازمة لتغيير هيكل 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 ، يتم تجميعها معًا بفضل قوة الانجذاب الكبيرة بين الجسيمات ذات الشحنات المعاكسة.

عندما تذوب إحدى هذه المواد الصلبة في الماء ، يتم إطلاق الأيونات التي تشكل المادة الصلبة في محلول ، حيث ترتبط بجزيئات المذيبات القطبية (Berkey ، 2011).

NaCl (s) »Na + (aq) + Cl- (aq)

يمكننا عادة أن نفترض أن الأملاح تنفصل في أيوناتها عندما تذوب في الماء.

تذوب المركبات الأيونية في الماء إذا كانت الطاقة المنبعثة عندما تتفاعل الأيونات مع جزيئات الماء تعوض عن الطاقة اللازمة لكسر الروابط الأيونية في المادة الصلبة والطاقة اللازمة لفصل جزيئات الماء بحيث يمكن إدخال الأيونات في الماء. الحل (الذوبان ، SF).

قواعد الذوبان

اعتمادًا على ذوبان المذاب ، هناك ثلاث نتائج محتملة:

1) إذا كان المحلول أقل ذوبانًا من الحد الأقصى للمقدار القابل للذوبان (قابليته للذوبان) ، فهو حل مخفف ؛

2) إذا كانت كمية المذاب هي بالضبط نفس كمية الذوبان ، فهي مشبعة ؛

3) إذا كان هناك مذيب أكثر مما هو قادر على الذوبان ، يتم فصل المذاب الزائد عن المحلول.

إذا اشتملت عملية الفصل هذه على التبلور ، فإنها تشكل رسبًا. يقلل هطول الأمطار من تركيز المادة المذابة إلى التشبع من أجل زيادة ثبات المحلول.

فيما يلي قواعد الذوبان للمواد الصلبة الأيونية الشائعة. إذا بدا أن هناك قاعدتين متناقضتين ، فإن الأسبقية لها الأولوية (Antoinette Mursa، 2017).

1- الأملاح التي تحتوي على عناصر من المجموعة الأولى (Li + ، Na + ، K + ، Cs + ، Rb +) قابلة للذوبان. هناك استثناءات قليلة لهذه القاعدة. الأملاح التي تحتوي على أيون الأمونيوم (NH ₄ +) قابلة للذوبان أيضا.

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 ) أملاح شائعة من الفضة ؛ تقريبا جميع الآخرين غير قابلة للذوبان.

معظم أملاح الكبريتات قابلة للذوبان. تشتمل الاستثناءات المهمة لهذه القاعدة على CASO ₄ و BaSO _{4 و} PbSO ₄ و Ag ₂ SO4 و SrSO ₄ .

6- معظم أملاح الهيدروكسيد قابلة للذوبان فقط. أملاح هيدروكسيد عناصر المجموعة الأولى قابلة للذوبان. أملاح الهيدروكسيد لعناصر المجموعة الثانية (Ca، Sr و Ba) قابلة للذوبان بشكل طفيف.

أملاح هيدروكسيد المعدن الانتقالية و Al ₃ + غير قابلة للذوبان. وبالتالي ، Fe (OH) ₃ ، Al (OH) ₃ ، Co (OH) ₂ ليست قابلة للذوبان.

7- معظم كبريتيدات الفلزات الانتقالية غير قابلة للذوبان بدرجة كبيرة ، بما في ذلك CdS و FeS و ZnS و Ag ₂ S. كما أن كبريتات الزرنيخ والأنتيمون والبزموت والرصاص غير قابلة للذوبان.

8- الكربونات غالباً ما تكون غير قابلة للذوبان. كربونات المجموعة الثانية (CaCO ₃ ، SrCO ₃ و BaCO ₃ ) غير قابلة للذوبان ، وكذلك FeCO ₃ و PbCO ₃ .

9- الكرومات غالبًا ما يكون غير قابل للذوبان. تتضمن الأمثلة PbCrO ₄ و BaCrO ₄ .

10- الفوسفات مثل Ca ₃ (PO ₄ ) ₂ و Ag ₃ PO ₄ غالباً ما تكون غير قابلة للذوبان.

11- الفلوريدات مثل BaF ₂ و MgF ₂ و PbF ₂ غالبًا ما تكون غير قابلة للذوبان.