ما هي الحلول المائية؟

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

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

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 ، لكن لا تنفصل في الأيونات وتحافظ على سلامتها كجزيئات.

من الأمثلة على 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) ، بينما تميل المحاليل التي تحتوي على إلكتروليتات ضعيفة إلى أن تكون موصلة ضعيفة (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 ، تكون التفاعلات عادةً عبارة عن 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 شركاء".

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 ، S.F).

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 ، تتحلل الروابط الضعيفة بين جزيئات السكروز الفردية ، وتطلق 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 واحدة من جزيئات السكروز هذه 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 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 أن نفترض عمومًا 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- أملاح تحتوي على عناصر من المجموعة الأولى (Li⁺, نا⁺, K⁺, خدمات العملاء⁺, الروبيديوم⁺) قابلة للذوبان. هناك استثناءات قليلة لهذه القاعدة. الأملاح التي تحتوي على أيون الأمونيوم (NH₄⁺) هي أيضا قابلة للذوبان.

2- أملاح تحتوي على نترات (NO₃^-) عموما قابلة للذوبان.

3- الأملاح التي تحتوي على Cl - أو Br - أو I - قابلة للذوبان بشكل عام. الاستثناءات المهمة لهذه القاعدة هي أملاح الهاليد⁺, PB2⁺ و (Hg2)²⁺. لذلك ، AgCl ، PbBr₂ و زئبق₂الكلورين₂ أنها غير قابلة للذوبان.

4- معظم أملاح الفضة غير قابلة للذوبان. AGNO₃ و Ag (C₂H₃O₂هي أملاح شائعة من الفضة ؛ تقريبا جميع الآخرين غير قابلة للذوبان.

معظم أملاح الكبريتات قابلة للذوبان. الاستثناءات الهامة لهذه القاعدة تشمل CaSO₄, باسو₄, مكتب دعم بناء السلام₄, حج₂SO4 و SrSO₄.

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 المعادن الانتقالية و Al₃⁺ فهي غير قابلة للذوبان. لذلك ، Fe (OH)₃, آل (أوهايو)₃, Co (OH)₂ أنها ليست قابلة للذوبان.

7- معظم كبريتيدات الفلزات الانتقالية غير قابلة للذوبان بدرجة كبيرة ، بما في ذلك CdS و FeS و ZnS و Ag₂S. الزرنيخ ، الأنتيمون ، البزموت وكبريتيد الرصاص هي أيضا غير قابلة للذوبان.

8- الكربونات غالباً ما تكون غير قابلة للذوبان. كربونات المجموعة الثانية (CaCO₃, SrCO₃ و BaCO₃) غير قابلة للذوبان ، كما هو FeCO₃ و PbCO₃.

9- الكرومات غالبًا ما يكون غير قابل للذوبان. تشمل الأمثلة PbCrO₄ و BaCrO₄.

10- الفوسفات مثل الكالسيوم₃(أ ف ب₄)₂ و Ag₃PO₄ غالبا ما تكون غير قابلة للذوبان.

11- الفلوريدات مثل BaF₂, إم جي إف₂ و PbF₂ غالبا ما تكون غير قابلة للذوبان.

أمثلة للذوبان في المحاليل المائية

الكولا ، المياه المالحة ، المطر ، المحاليل الحمضية ، المحاليل الأساسية والمحاليل الملحية هي أمثلة على المحاليل المائية.

عندما يكون لديك محلول مائي ، يمكن إحداث رسب بواسطة تفاعلات الهطول (تفاعلات في محلول مائي ، S.F).

يشار أحيانًا إلى تفاعلات الهطول على أنها تفاعلات "الإزاحة المزدوجة". لتحديد ما إذا كانت المادة المترسبة سوف تتشكل عند خلط المحاليل المائية لمركبين:

1. تسجيل جميع الأيونات في الحل.
2. الجمع بينهما (الكاتيون والأنيون) للحصول على جميع الرواسب المحتملة.
3. استخدم قواعد الذوبان لتحديد أي مجموعة (إن وجدت) غير قابلة للذوبان وسوف تترسب.

مثال 1: ماذا يحدث عند خلط Ba (NO)₃)_2(آق) و نا₂CO_{3 (أ ك)}?

الأيونات الموجودة في الحل: با²⁺, NO₃^-, نا⁺, CO₃^2-

الرواسب المحتملة: BaCO₃, NaNO3

قواعد الذوبان: BaCO₃ غير قابلة للذوبان (المادة 5) ، NaNO₃ قابل للذوبان (المادة 1).

معادلة كيميائية كاملة:

با (لا₃)₂(أ ك) + نا₂CO₃(أ ك) "باكو₃(ق) + 2NaNO₃ (آق)

صافي المعادلة الأيونية:

با²⁺_(آق) + CO₃^2-_(آق) "باكو_{3 (ق)}

مثال 2: ماذا يحدث عندما يتم خلط Pb (لا₃)₂ (م أ) و NH₄أنا (أ ك)?

الأيونات الموجودة في الحل: Pb²⁺, NO₃^-, NH₄⁺, أنا^-

رواسب محتملة: PbI₂, NH₄NO₃

قواعد الذوبان: PbI₂ غير قابلة للذوبان (المادة 3) ، NH₄NO₃ قابل للذوبان (المادة 1).

معادلة كيميائية كاملة: Pb (NO₃)_{2 (أ ك)} + 2NH₄أنا_(آق) "الناتج المحلي الإجمالي_{2 (ق)} + 2NH₄NO_{3 (أ ك)}

صافي المعادلة الأيونية: Pb²⁺_(آق) + 2I^-_(آق) "الناتج المحلي الإجمالي_{2 (ق).}

مراجع

1. آن ماري هيلمنستين. (2017 ، 10 مايو). تعريف مائي (محلول مائي). تم الاسترجاع من thinkco.com.
2. آن ماري هيلمنستين. (2017 ، 14 مايو). تعريف المحاليل المائية في الكيمياء. تم الاسترجاع من thinkco.com.
3. أنطوانيت مورسا ، ك. و. (2017 ، 14 مايو). قواعد الذوبان تم الاسترجاع من chem.libretexts.org.
4. المحاليل المائية. (وس. ف.). تعافى من saylordotorg.github.io.
5. بيركي ، م. (2011 ، 11 نوفمبر). المحاليل المائية: التعريف والأمثلة. تم الاسترجاع من youtube.com.
6. ردود الفعل في محلول مائي. (وس. ف.). تم الاسترجاع من chemistry.bd.psu.edu.
7. ريد ، دي. محلول مائي: التعريف ، التفاعل والمثال. تم الاسترجاع من study.com.
8. الذوبان. (وس. ف.). تم الاسترجاع من chemed.chem.purdue.edu.