المحاليل الكيميائية: الأنواع والتحضير والأمثلة
المحاليل الكيميائية هي ما يعرف باسم الخلائط المتجانسة في الكيمياء. وهي عبارة عن خليط ثابت من مادتين أو أكثر حيث تتحلل مادة (تسمى المذاب) إلى أخرى (تسمى المذيب). تعتمد المحاليل مرحلة المذيب في الخليط ويمكن أن توجد في المراحل الصلبة والسائلة والغازية.
يوجد في الطبيعة نوعان من الخلائط: الخلائط غير المتجانسة والمخاليط المتجانسة. المخاليط غير المتجانسة هي تلك التي لا يوجد فيها توحيد في تكوينها ، وتختلف نسب مكوناتها من خلال عينات منها.
في المقابل ، المخاليط المتجانسة (المحاليل الكيميائية) عبارة عن مخاليط من المواد الصلبة أو السوائل أو الغازات - بالإضافة إلى الوصلات المحتملة بين المكونات في مراحل مختلفة - والتي تنقسم مكوناتها إلى نسب متساوية من خلال محتواها.
تميل أنظمة الخلط إلى البحث عن التجانس ، مثل إضافة صبغة إلى الماء. يبدأ هذا الخليط في عدم تجانسه ، لكن الوقت سوف يتسبب في انتشار المركب الأول من خلال السائل ، مما يجعل هذا النظام خليطًا متجانسًا.
تتم ملاحظة الحلول ومكوناتها في المواقف اليومية وعلى مستويات تختلف من الصناعية إلى المختبر. إنها أشياء للدراسة بسبب الخصائص التي تقدمها والقوى والجذب السياحي التي تحدث بينها.
نوع
هناك عدة طرق لتصنيف الحلول ، نظرًا لخصائصها المتعددة وحالاتها الفيزيائية المحتملة ؛ لهذا السبب يجب أن تعرف الاختلافات بين أنواع الحلول التي تستند إليها قبل تقسيمها إلى فئات.
تتمثل إحدى طرق فصل أنواع المحلول في مستوى التركيز الذي يحتوي عليه ، وتسمى أيضًا تشبع المحلول.
تتمتع الحلول بجودة تسمى الذوبان ، وهي الحد الأقصى لمقدار الذوبان الذي يمكن حله في كمية معينة من المذيب.
هناك تصنيف للحلول حسب التركيز ، الذي يقسمها إلى حلول تجريبية وإلى حلول قيمة.
الحلول التجريبية
هذا التصنيف ، الذي تُسمى فيه الحلول أيضًا "الحلول النوعية" ، لا يأخذ في الاعتبار الكمية المحددة من المذاب والمذيبات داخل الحل ، ولكن نسبته. لهذا ، يتم فصل المحاليل إلى مخفف ، مركّز ، غير مشبع ، مشبع ومفرط.
- المحاليل المخففة هي تلك التي يكون فيها مقدار المادة المذابة في الخليط عند مستوى أدنى مقارنة بالحجم الكلي للنفس.
- المحاليل غير المشبعة هي تلك التي لا تصل إلى أقصى حد ممكن من المذاب في درجة الحرارة والضغط التي توجد فيها.
- المحاليل المركزة تحتوي على كميات كبيرة من المذاب للحجم الذي تشكل.
- المحاليل المشبعة هي تلك التي لديها أعلى كمية ممكنة من المذاب في درجة حرارة وضغط معينين ؛ في هذه الحلول ، يمثل المذاب والمذيب حالة من التوازن.
- المحاليل المشبعة هي محاليل مشبعة تم تسخينها لزيادة القابلية للذوبان وحل أكثر ذوبان ؛ ثم يتم إنشاء حل "مستقر" مع إذابة زائدة. يحدث هذا الاستقرار فقط إلى أن تنخفض درجة الحرارة أو يتغير الضغط بشكل كبير ، وهو الموقف الذي تتأرجح فيه المادة المذابة الزائدة.
حلول قيمة
الحلول التي تم تقييمها هي تلك التي يتم فيها قياس الكميات العددية من المذيبات والمذيبات ، مع ملاحظة الحلول التي تم تقييمها كنسبة مئوية ، المولي ، المولي ، والعادي ، ولكل منها سلسلة من وحدات القياس.
- القيم المئوية تتحدث عن النسبة المئوية للجرام أو المليليت من المذاب في مائة جرام أو المليليت من المحلول الكلي.
- تركيزات المولي (أو المولية) تعبر عن عدد مولات المذاب لكل لتر من المحلول.
- الموليزية ، التي تستخدم قليلاً في الكيمياء الحديثة ، هي الوحدة التي تعبر عن كمية مولات المذيب في الكتلة الكلية للمذيب بالكيلوغرام.
- الحالة الطبيعية هي المقياس الذي يعبر عن عدد معادلات الذوبان بين الحجم الكلي للمحلول في اللتر ، حيث قد تمثل المكافئات أيونات H + للأحماض أو OH- للقواعد.
وفقا لحالتك التجميع
يمكن تصنيف الحلول أيضًا حسب الحالة التي تم العثور عليها فيها ، وسيعتمد هذا بشكل أساسي على المرحلة التي يوجد بها المذيب (المكون الموجود في أكبر كمية داخل الخليط).
- المحاليل الغازية نادرة بطبيعتها ، تصنف في الأدب على أنها خليط من الغازات وليست محاليل ؛ تحدث في ظروف محددة وبقليل من التفاعل بين جزيئاتها ، كما في حالة الهواء.
- السوائل لها طيف واسع في عالم الحلول وتمثل غالبية هذه الخلائط المتجانسة. يمكن للسوائل إذابة الغازات والمواد الصلبة والسوائل الأخرى بسهولة ، وتوجد في جميع أنواع المواقف اليومية بطريقة طبيعية وصناعية.
هناك أيضًا مخاليط سائلة غالبًا ما يتم خلطها مع المحاليل ، مثل المستحلبات والغرويات والتعليق ، والتي تكون غير متجانسة أكثر منها متجانسة.
- تتم ملاحظة الغازات السائلة بشكل أساسي في مواقف مثل الأكسجين في الماء وثاني أكسيد الكربون في المشروبات الغازية.
- يمكن تقديم المحاليل السائلة السائلة كمكونات قطبية تذوب بحرية في الماء (مثل الإيثانول وحمض الأسيتيك والأسيتون) ، أو عندما يذوب سائل غير قطبي إلى آخر بخصائص مماثلة.
- أخيرًا ، تحتوي المواد الصلبة على مجموعة واسعة من القابلية للذوبان في السوائل ، مثل الأملاح في الماء والشمع في الهيدروكربونات ، وغيرها. تتشكل المحاليل الصلبة من مذيب في المرحلة الصلبة ، ويمكن ملاحظتها كوسيلة لإذابة الغازات والسوائل والمواد الصلبة الأخرى.
يمكن تخزين الغازات داخل المواد الصلبة ، مثل الهيدروجين في هيدريد المغنسيوم ؛ يمكن العثور على السوائل في المواد الصلبة كماء في السكر (مادة صلبة مبللة) أو كزئبق في الذهب (ملغم) ؛ ويتم تمثيل المحاليل الصلبة الصلبة كسبائك ومواد صلبة مركبة ، مثل البوليمرات ذات الإضافات.
إعداد
أول شيء يجب معرفته عندما يتم إعداد الحل هو نوع الحل الذي سيتم صياغته ؛ بمعنى أنه يجب معرفة ما إذا كان التخفيف سيتم أو إعداد محلول من خليط من مادتين أو أكثر.
الشيء الآخر الذي يجب معرفته هو ما هي القيم المعروفة للتركيز والحجم أو الكتلة ، اعتمادًا على حالة تجميع المادة المذابة.
لإعداد الحلول القياسية
قبل البدء في أي تحضير ، يجب التأكد من معايرة أدوات القياس (الموازين ، الأسطوانات ، الماصات ، السحابات ، وغيرها).
بعد ذلك ، ابدأ في قياس كمية المادة المذابة في الكتلة أو الحجم ، مع الحرص الشديد على عدم تسرب أو إهدار أي كمية ، لأن هذا سيؤثر على التركيز النهائي للمحلول. يجب إدخال هذا في القارورة لاستخدامه ، والاستعداد الآن للمرحلة التالية.
بعد ذلك ، يضاف المذيب المطلوب استخدامه إلى هذا المذاب ، مع التأكد من أن محتوى القارورة يصل إلى قدرة القياس الخاصة به.
هذه القارورة توج وتهيج ، مع التأكد من قلبها لضمان الخلط الفعال والانحلال. بهذه الطريقة يتم الحصول على الحل ، والذي يمكن استخدامه في التجارب المستقبلية.
لإعداد التخفيف من التركيز المعروف
لتخفيف المحلول وخفض تركيزه ، تتم إضافة المزيد من المذيبات في عملية تسمى التخفيف.
من خلال المعادلة M 1 V 1 = M 2 V 2 ، حيث يرمز M للتركيز المولي والحجم الكلي (قبل وبعد التخفيف) ، يمكن حساب التركيز الجديد بعد تخفيف التركيز ، أو الحجم المطلوب لتحقيق التركيز المطلوب.
عند تحضير التخفيفات ، يتم دائمًا نقل المحلول الأم إلى قارورة جديدة أكبر ويضاف إليها مذيب ، مع التأكد من الوصول إلى خط المعايرة لضمان الحجم المطلوب.
إذا كانت العملية طاردة للحرارة ، وبالتالي تعرض مخاطر السلامة ، فمن الأفضل عكس العملية وإضافة المحلول المركّز إلى المذيب لتجنب الرش.
أمثلة
كما ذكر أعلاه ، تأتي الحلول في حالات مختلفة من التجميع ، اعتمادًا على الحالة التي توجد فيها المذاب والمذيب. فيما يلي أمثلة على هذه الخلائط:
- الهكسان في شمع البارافين هو مثال على محلول سائل صلب.
- الهيدروجين في البلاديوم هو حل الغاز الصلبة.
- الإيثانول في الماء هو محلول سائل سائل.
- الملح الشائع في الماء هو محلول سائل صلب.
- الصلب ، المكون من ذرات الكربون في مصفوفة بلورية من ذرات الحديد ، هو مثال على محلول صلب صلب.
- ماء الكربون هو محلول غاز سائل.
