تعريف الذوبان في الكيمياء
يمكن تسريع الذوبان عن طريق
عملية الذوبان الكيميائية هي إحدى العمليات الحيوية التي تتم حينما تحيط جسيمات المذيب الصغيرة الحجم بالجسم المذيب، وهي عملية تحتاج إلى جسم قلابل للذوبان وجسم آخر يطلق عليه علمياً المذيب، ويتكون ناتج تلك العملية من محلول، ولتسريع عملية الذوبان يتم القيام بالآتي:
- تحريك المحلول: عملية التحريك تسرع انتشار جزيئات المادة المذابة على الأسطح المتلاصقة معها، مما يساعد على زيادة سرعة عملية الذوبان. وإذا كانت درجة حرارة المذيب مرتفعة، فإنه يستطيع استيعاب كمية أكبر من المادة المذابة، كما هو موضح في المقال، فالشاي الساخن يحتوي على كمية أكبر من السكر من الشاي المثلج الذي يحتوي على كمية أقل من السكر.
- درجة الحرارة: يمكن للمذيب ذو درجة حرارة عالية استيعاب كمية كبيرة من المذاب مقارنة بالمذيب ذو درجة حرارة منخفضة، ومن أمثلة ذلك سرعة انحلال السكر في الشاي الساخن مقارنة بالشاي المثلج، وهناك أيضا أنواع أخرى من المواد التي تفقد سرعة انحلالها عند ارتفاع درجة حرارتها، مثل المشروبات الغازية التي تفقد طعمها الغازي عندما تكون في درجة حرارة الغرفة مقارنة بالحالة الباردة، وهذا يجيب على ما إذا كانت درجة الحرارة تؤثر في معدل انحلال المادة في المذيب، حيث يختلف تأثيرها باختلاف درجات الحرارة.
- مساحة سطح المادة المذابة: تزداد مساحة سطح المذاب نتيجة عملية تكسير جسيمات المادة المذابة إلى قطع صغيرة وجسيمات أصغر حجمًا، مما يؤدي إلى زيادة عدد التصادمات التي تحدث بين جسيمات المذاب وجسيمات المذيب.
تعريف الذوبان في الكيمياء
يتم فهم الذوبان على أنه عملية إضافة مادة إلى مذيب في أي حالة من حالات المادة الثلاثة، سواء كانت الحالة الأولى غازية أو سائلة أو صلبة، وذلك لتكوين محلول، وهذا ما يسمى بالاختلاط، وعادة ما يكون المذيب مادة صلبة، سواء كانت نقية أو خليطا، وكذلك، يمكن أن يكون المذيب سائلا أو غازيا.
توجد عدة درجات للذوبان، منها الذوبان اللامحدود وأحد أمثلته ذوبان الإيثانول في الماء، والذوبان الضعيف كذوبان كلوريد الفضة في الماء، وعادةً ما يُشار إلى المركبات التي تتميز بالذوبان الضعيف بأنها غير قابلة للذوبان.
كما تم وضع تعريف آخر له يذهب لكون الذوبان هو قابلية أحد المواد سواء كانت في الحالة الصلبة أو الغازية في مادة أخرى تقبل للاختلاط بشكل تام مثل الإيثانول والماء، وأحياناً ما يكون الذوبان جزئي وليس كامل مثل إذابة الزيت بالماء حيث لا يحدث إذابة للزيت في الماء غلى بدرجة قليلة.
حالات الذوبان
هناك العديد من العوامل التي تؤثر على الذوبان وتتسبب في حالات مختلفة من الذوبان، وتشمل هذه الحالات
- يتوجب على المادة المذابة في الحالة السائلة أو الحالة الغازية أن تتفق جزيئات المذيب والمذاب مع بعضها البعض لتتم عملية الذوبان.
- إذا كانت المادة المذابة في حالة صلبة، فإنه يتم تفكيك بنية المكونات البلورية للمادة، بحيث تنتقل جزيئاتها أو ذراتها المنفصلة إلى المادة المذيبة.
- بشكل عام، هناك بعض الطرق التي يمكن من خلالها استعادة المواد إلى حالتها الأولى قبل الذوبان، والمعروفة باسم الامتصاص أو الاستخراج، وهذا يعتمد على طبيعة الذوبان ودرجته، وتعبر عنها بمعامل توزيع الذي يطلق عليه نسبة قابلية الذوبان للمادة في المذيبات.
- تزداد قابلية المواد الصلبة للذوبان في المواد السائلة مع ارتفاع درجة الحرارة، وتنخفض هذه القابلية مع زيادة درجة انبعاث الغازات بالتوازي مع زيادة الضغط ودرجة الحرارة.
عوامل تؤثر بمعدل الذوبان
تختلف عملية الذوبان عن الانصهار في أن المقصود بالأخيرة تحول المادة من الناحية الفيزيائية بمعنى تحولها من الحالة السائلة إلى الصلبة والعكس، بينما الذوبان فهو حالة مختلفة تماماً عن ذلك، حيث لا بد أن يكون هناك توافق وتشابه بين كلاً من المادة المذابة، والمادة المذيبة وفي الحالة تلك ينبغي من التعرف على العوامل المؤثرة في معدل الذوبان:
- يختلف معدل عملية الذوبان حسب درجة حرارة المذيب، وهذا يعتمد على نوع المادة المذابة، فهناك بعض المواد التي تزداد سرعة ذوبانها مع ارتفاع درجة حرارة المذيب، وهناك مواد أخرى ينخفض معدل ذوبانها مع زيادة درجة الحرارة.
- يوجد مثبط مثل عند حدوث تراكم جزيئات أو ذرات مادة على سطح صلب.
- تختلف طبيعة المادة المذيبة والمادة المذابة.
- نقطة التشبع هي تلك النقطة التي يصبح فيها المحلول غير قادر على استيعاب المزيد من المذاب.
- مساحة الواجهة السطحية، أو وجود عملية اختلاط.
الأملاح شحيحة الذوبان في الماء
- تم إجراء العديد من الدراسات حول تأثير الأملاح على قابلية الذوبان الأيونية للسوائل في الماء، ويفسر ذلك قابلية ذوبان (ثلاثي فلورو ميثيل سلفونيل) imide ([C4C1im] [NTf2]) في محلول ملح مائي (بين 0.1 و 1.5 مول/كجم).
- عند استخدام محلول الملح بتركيز أعلى من 0.2 مول كجم 1، يتم تحويل جميع الأملاح إلى تمليح [C4C1im] [NTf2] في محلول مائي، وتتراجع قوتها بالترتيب التالي: Al2 (SO4) 3>ZnSO4> K3C6H5O7> KNaC4H4O6> K3PO4> Mg (CH3CO2) 2> K2HPO4> MgSO4> KH2PO4> KCH3CO2.
- وعلى الرغم من ذلك يترتب على بعض تلك الأملاح تمليح [C4C1im] [NTf2] بوسط مائي عند جزيئات ملح أقل من 0.20 مول كجم – 1، ولمحاولة تطوير نموذج يساعد على وصف تأثيرات الملح ، فإنه يتضمن كلاً من التمليح بظاهرتي التمليح الملحوظة، حيث يتم تطبيق نظرية السوائل المرتبطة بالإحصاء ذات السلسلة المضطربة (ePC-SAFT) باستخدام أدوات خاصة بالأيونات.
- تم تحليل البيانات التجريبية التي تم جمعها وأظهرت أن وصف تأثيرات الملح الخاص بأملاح البوتاسيوم المتبقية متوافق بشكل كبير مع البيانات التجريبية.
- بشكل ملحوظ ، فإن ePC-SAFT قادر حتى على التنبؤ بتأثير التمليح الناجم عن K2HPO4 ، بناءً على المعلمة الثنائية K + / IL- أيونات الفردية التي تم تركيبها لتأثير تمليح حصري تم تعزيزه بواسطة K3PO4، بالإضافة إلى إمكانية تطبيق ePC-SAFT للتنبؤ بتأثير أملاح الصوديوم الأخرى على قابلية الذوبان [C4C1im] [NTf2] في الماء.
- يتم تساؤل كثيرا عن سبب أن الماء مذيب عام، وهو لأن الماء هو أحد أفضل أنواع المذيبات وأسرعها في الأثر على ذوبان المواد. يمكن الإجابة على هذا التساؤل من خلال الاطلاع على القاعدة العامة للذوبان، حيث يمكن للمذيب أن يذيب المواد التي تشبهه، وعلى الرغم من ذلك، هناك بعض المواد التي لا يمكن إذابتها في الماء مثل النفط.