يُستخدم مصطلح المحلول للإشارة إلى خليط مكون من مادتين أو أكثر، ولا يحدث تفاعل كيميائي بين تلك المواد الممزوجة، ويصنف كنوع واحد .
ما هو المحلول
يعتمد محلول التكوين على درجة ذوبان المواد التي تدخل فيه، وتؤثر التغيرات في درجات الحرارة على درجة ذوبان تلك المواد، بالإضافة إلى طبيعتها ودرجة ضغطها، والضغط هو أحد العوامل المؤثرة بشكل كبير في الغازات .
كما تسمى المادة التي توجد بكمية أعلى مذيب ، وتسمى المادة التي توجد بكمية أقل مذاب ، ومع هذا فإنه في حالة تكوين محلول من مادة صلبة في مادة سائلة يطلق على السائل في تلك الحالة مذيب ، ومن الممكن أن نجد عدد من الحالات الإستثنائية والتي توجد فيها المادة الصلبة تتوفر بنسبة أعلى .
كما هناك أنواع من المحاليل :
- غير مشبع: محلول يذوب فيه المزيد من الذوبان ،
- مشبع: محلول لا يذوب فيه بعد الآن.
قابلية الذوبان هي كمية المذاب التي يمكن أن تذوب في كمية محددة من المذيب لإنتاج محلول مشبع.
في درجة حرارة 0 درجة مئوية، يمكن أن نذوب 35.7 جم من NaCl الصلبة بحد أقصى في 100 مل من الماء (محلول مشبع). وأي مادة صلبة أخرى يتم إضافتها إلى المحلول المشبع، فإنها ستترسب ببساطة في الأسفل من الحاوية دون الذوبان.
أنواع المحاليل الكيميائية
يوجد ثلاثة أنواع رئيسية للمحاليل وهي :-
المحاليل الغازية
- غاز محلول في غاز، مثل غاز الكلور وثاني أكسيد الكربون .
- محلول سائل في غاز كبخار الماء .
- هو محلول صلب في الغاز ويظهر كظاهرة التسامي أو التصعيد .
المحاليل السائلة
- محلول غاز في سائل كالمشروبات الغازية .
- محلول سائل في سائل كالمشروبات الروحية .
- محلول صلب في سائل مثل محلول الملح في الماء.
محاليل صلبة
- غاز يتم تحويله إلى صلب لامتصاص المعادن الغازية.
- محلول سائل في صلب كمحلول الزئبق
- محلول صلب في صلب كالسبائك.
أقسام المحاليل
- محاليل معلقة : المحاليل غير المتجانسة هي تلك التي يتم فيها إذابة مادة في مادة أخرى، وتكون مولات المادة المذابة كبيرة جدا ويمكن التعرف عليها بالعين المجردة، ويمكن فصلها باستخدام عملية الترشيح أو عملية التوضيح .
- المحاليل الحقيقية : المحاليل التي تحتوي على جزيئات متجانسة ومولاتها صغيرة بحيث لا يمكن تمييزها بالعين المجردة، وتمكنا من فصلها باستخدام عملية التبخر أو التقطير .
- المحاليل الغروانية : هذه هي المحاليل المتجانسة التي تحتوي على جزيئات صغيرة يمكن رؤيتها بالعين المجردة ولا يمكن فصلها باستخدام الطرق العادية .
تركيز المحلول
يعبر عن النسبة بين كمية المادة المذابة وحجم المحلول .
التركيز = كمية المادة المذابة / حجم المحلول
طرق التعبير عن تركيز المحلول
يمكننا التعبير عن تركيز المحلول بواسطة الوسائل التالية
النسبة المئوية ٪
- النسبة المئوية الوزنية : يُعبر عن عدد الجرامات التي تذوب في حجم 100 مليلتر من المحلول .
- النسبة المئوية الحجمية :هو حجم المادة التي يتم إذابتها في 100 مللي من المحلول .
المولارية
هذه النسبة هي عدد مولات المادة المراد إذابتها في لتر من المحلول .
معدل المولارية = عدد المولات للمادة المذابة / اللتر من المحلول .
• يمكننا حساب عدد المولات من المادة المذابة من خلال الطريقة التالية:
يتم حساب عدد المولات بقسمة وزن المادة المذابة بالجرام على الوزن الجزيئي للمادة المذابة .
العيارية N
تعبر العيارية عن تركيز المذاب وكتلة المذيب، وتُعطى بواسطة مولات المذاب المذابة لكل كيلوغرام من المذيب، أي عدد الجرامات من المذاب في 1000 ملليلتر من المحلول، وتستخدم هذه الصيغة المولية للتعبير عن تركيز المحلول
المولية (م) = عدد المولات للمذيب × كتلة المذيب بالكيلوغرام
المولالية
تُعرَف هذه النسبة بأنّها عدد مولات المادة المذابة في لتر من المادة المذيبة .
المولالية = عدد المولات للمادة المذابة / اللتر الواحد من المادة المذيبة .
الكسر المولي X
هو نسبة عدد مولات المادة المذابة في المحلول إلى عدد المولات الكلية للمحلول .
يجب الانتباه إلى أن المذيبات مثل الماء لا يمكنها الاحتفاظ بنسب عالية من المادة التي يتم إذابتها، مثل السكر، وعند زيادة نسب المادة المراد إذابتها، يتم ترسيبها في المحلول، وتسمى هذه الحالة المحلول المشبع أو المحلول المركز .
بناء على عدم تحقيق فائدة من المذيب في حالة التشبع، يمكننا تحديد نسبة التشبع الخاصة لكل مادة في المحلول استنادا إلى درجة ذوبان تلك المادة في المحلول. يتعين علينا أن نميز بين المحلول المشبع والمحلول المخفف الذي يحتوي على نسبة منخفضة من المذيب. في بعض الأحيان، يعمل الكيميائيون على تخفيض تركيز بعض المحاليل الخطرة التي لا يمكننا التعامل معها في حالتها المركزة، مثل العمل على حمض الهيدروكلوريك حيث نقلل تركيزه لنتمكن من التعامل معه وتقليل درجة الخطورة .
أسباب معرفة تركيز المحلول
من أهم مزايا البحث في تركيز المحلول هو إمكانية تقليل تركيز بعض المحاليل في المختبرات الكيميائية، وذلك عن طريق إضافة كمية كبيرة من المادة المذيبة إلى المحلول المراد تخفيفه. يتم تقليل تركيز المحلول بنسبة المادة المذيبة المضافة والتركيز المطلوب للمحلول، ويعود ذلك إلى زيادة حجم المحلول، ولكن هذه الزيادة لا تؤثر على عدد المولات المذابة. يمكن التعبير عن تخفيف تركيز المحلول باستخدام العلاقة التالية:
- عدد المولات يبقى ثابتًا بعد التخفيف كما هو قبله
- يتم حساب تركيز المحلول بعد التخفيف من خلال ضرب تركيز المحلول الابتدائي في حجمه ومقارنته بضرب تركيز المحلول بعد التخفيف في حجمه النهائي، على سبيل المثال، يمكن إضافة بعض الماء إلى العصير لتخفيفه من السكر الزائد وتقليل تركيزه .
المخاليط المتجانسة والغير متجانسة
تحتوي هذه المحاليل على مواد ذات تركيبة واحدة، ويمكن أن تكون المواد سائلة أو صلبة أو غازية. ويمكننا من خلال هذه المحاليل تحديد نسبة تركيز المواد الموجودة فيها .
المخاليط الغير متجانسة هي المحاليل التي تتكون من مواد ذات تركيبة غير موحدة، مثل جسم الإنسان الذي يعتبر غير متجانس حيث يشتمل على 57٪ من الماء
كيفية فصل المحاليل
يمكن فصل المادة المذابة عن المادة المذيبة لتجنب حدوث تفاعل كيميائي .
في حالة إذابة مادة ما ولنفترض الملح في محلول ، يحدث تفكك الروابط الأيونات والتي ينتج عنها بلورات الملح ، ويطلق على تراكم جزيئات الماء المحيطة بالأيونات `هيدراتية` ، ويطلق على تجانس أيونات عدد من الفلزات مع جزيئات الماء `كاتيونات مركبة` ، وحتى يتم تسمية تلك المواد الممزوجة محلولا يجب أن تكون تلك الروابط روابط عكسية .
عند إذابة هيدريدات الأحماض والقواعد، يحدث تفاعل كيميائي، حيث يذوب كلوريد الهيدروجين في الماء ويتفكك على الفور لتشكيل أيونات الكلور بجانب أيونات الهيدروجين، وتحدث تفاعلات بين أيونات الهيدروجين والماء وتنتج أيونات الأوكسونيوم .
و يظل ثاني أكسيد الكربون إلى حدٍ ما في حالته الغازية في محلول منه في الماء ، وينتج عن اختلاط جزء منه مع الماء حمض الكربونيك ويتم إحلاله في الماء وينتج عن ذلك كربونات الهيدروجين و كربونات بالإضافة إلى أوكسونيوم ، تسمى تلك التفاعلات (تفاعلات عكوسية) ، بمعنى أنه نستطيع أن نقوم بفصل مواد المحلول بدون أن نقوم بوضع أي مواد تفاعلية أخرى .