تم إلغاء تنشيط البوابة. يُرجَى الاتصال بمسؤول البوابة لديك.

شارح الدرس: الذوبانية الكيمياء

في هذا الشارح، سوف نتعلَّم كيف نُعرِّف ونقيس ذوبانية مادة ما، ونفسِّر اعتمادها على المُذيب، ودرجة الحرارة، والأُس الهيدروجيني.

المحلول عبارة عن خليط متجانس يتكوَّن من مُذاب أو أكثر، وهو المكوِّن الثانوي في المحلول، الذي يُذاب في المُذيب وهو المكوِّن الرئيسي. المحاليل المائية هي المحاليل التي يكون فيها الماء هو المُذيب. وقد تكون المادة المُذابة في المحلول المائي مادة صُلبة أو سائلة أو غازية.

يُعرَّف الماء بأنه مُذيب عامٌّ؛ لأنه يُذيب عددًا كبيرًا من المواد، ولكنْ ليس كلُّ المواد قابلة للذوبان في الماء. توفِّر قواعد الذوبانية المُلخَّصَة في الجدول الآتي إرشادات عامَّة لتحديد أيُّ المواد الأيونية قابل للذوبان في الماء وأيُّها غير قابل للذوبان فيه.

المواد القابلة للذوبان في الماءالمواد غير القابلة للذوبان في الماء
مركَّبات الفلزات القلوية: Li+، Na+، K+، Rb+، Cs+الكربونات: CO32
(باستثناء الفلزات القلوية: NH4+)
الأمونيوم: NH4+الفوسفات: PO43
(باستثناء الفلزات القلوية: NH4+)
النيترات: NO3الكبريتيدات: S2
(باستثناء الفلزات القلوية: NH4+، Ca2+، Ba2+، Sr2+)
البيكربونات: HCO3الهيدروكسيدات: OH
(باستثناء الفلزات القلوية: NH4+، Ca2+، Ba2+، Sr2+)
الكلورات: ClO3
الهاليدات: Cl، Br، I
(باستثناء Ag+، Hg22+، Pb2+)
الكبريتات: SO42
(باستثناء Ag+، Ca2+، Sr2+، Ba2+، Hg22+، Pb2+)
الأسيتات: CHO232

المواد التي يُمكن أن تذوب تُسمَّى مواد قابلة للذوبان، والمواد التي لا يُمكن أن تذوب تُسمَّى مواد غير قابلة للذوبان.

تعريف: المادة القابلة للذوبان

المادة القابلة للذوبان مادة يُمكن إذابتها.

تعريف: المادة غير القابلة للذوبان

المادة غير القابلة للذوبان مادة لا يُمكن إذابتها.

مثال ١: استخدام قواعد الذوبانية في الماء لتحديد أيُّ مركَّب من مركَّبات الكلوريد غير قابل للذوبان

أيُّ مركَّب من مركَّبات الكلوريد الأيونية الآتية غير قابل للذوبان في الماء؟

  1. كلوريد البوتاسيوم
  2. كلوريد الفضة
  3. كلوريد الألومنيوم
  4. كلوريد المغنيسيوم
  5. كلوريد الصوديوم

الحل

المركَّب غير القابل للذوبان في الماء مركَّب لا يُمكن إذابته في الماء. يُمكن استخدام قواعد الذوبانية في الماء المُلخَّصة في الجدول الآتي لتحديد أيُّ المواد الأيونية قابل للذوبان وأيُّها غير قابل للذوبان.

المواد القابلة للذوبان في الماءالمواد غير القابلة للذوبان في الماء
مركَّبات الفلزات القلوية: Li+، Na+، K+، Rb+، Cs+الكربونات: CO32
(باستثناء الفلزات القلوية: NH4+)
الأمونيوم: NH4+الفوسفات: PO43
(باستثناء الفلزات القلوية: NH4+)
النيترات: NO3الكبريتيدات: S2
(باستثناء الفلزات القلوية: NH4+، Ca2+، Ba2+، Sr2+)
البيكربونات: HCO3الهيدروكسيدات: OH
(باستثناء الفلزات القلوية: NH4+، Ca2+، Ba2+، Sr2+)
الكلورات: ClO3
الهاليدات: Cl، Br، I
(باستثناء Ag+، Hg22+، Pb2+)
الكبريتات: SO42
(باستثناء Ag+ ،Ca2+، Sr2+، Ba2+، Hg22+، Pb2+)
الأسيتات: CHO232

أسهل طريقة للاستفادة من هذا الجدول هي تحديد موقع الأنيون. جميع خيارات الإجابة المُعطاة لنا عبارة عن مركَّبات أيونية للكلوريد Cl، الذي هو أحد الهاليدات. يُمكننا أن نلاحِظ في الجدول أن الهاليدات قابلة للذوبان في الماء، ما لم يكن الكاتيون هو Ag+، ولا Hg22+، ولا Pb2+. إذن بالنظر إلى خيارات الإجابة لدينا، نجد أن الخيار (ب)؛ أيْ كلوريد الفضة مركَّب أيوني يتكوَّن من Ag+، Cl. ومن ثَمَّ، يُمكننا القول إن المركَّب الأيوني للكلوريد غير القابل للذوبان في الماء هو الخيار (ب)؛ أيْ كلوريد الفضة.

عند خلط محلولين مائيين يحتويان على أيونات مُذابة، من المُمكن أن يتكوَّن راسب في المحلول الناتِج. الراسب ناتِج غير قابل للذوبان ينفصل عن المحلول. ويُعرَف التفاعُل الكيميائي الذي يُنتِج راسبًا باسم تفاعُل الترسيب.

تعريف: الراسب

الراسب عبارة عن ناتِج غير قابل للذوبان ينفصل عن المحلول.

دعونا نفكِّر في المعادلة الكيميائية الآتية: KCl()+AgNO()KNO()+AgCl()aqaqaqs33

يُمكننا أن نلاحِظ من رموز الحالة أن لدينا محلولين مائيين هما KCl، AgNO3 متَّحِدَيْن معًا. ونتيجة لهذا الاتِّحاد يتكوَّن محلول KNO3 جديد ومركَّب AgCl الصُّلب. كلوريد الفضة الصُّلب، هو الراسب الناتِج. يُمكننا الاستعانة بقواعد الذوبانية في الماء لتحديد إذا ما كان ناتِج اتِّحاد محلولين مائيين راسبًا غير قابل للذوبان.

مثال ٢: تحديد التفاعُل الذي سيُكوِّن راسبًا

أيُّ التفاعُلات الكيميائية الآتية يُكوِّن راسبًا على الأرجح؟

  1.  Pb(NO)()+MgSO()324aqaq
  2.  Ca(OH)()+2HCl()2aqaq
  3.  NaCO()+HSO()2324aqaq
  4.  HNO()+NH()33aqaq
  5.  CuO()+HSO()saq24

الحل

للإجابة عن هذا السؤال، علينا تحديد نواتج كلِّ تفاعُل. يُمكننا التفكير في التفاعُلات الموجودة في الخيارات (أ) و(ب) و(هـ) على أنها تفاعُلات استبدال ثنائي. في تفاعُل الاستبدال الثنائي، يتأيَّن كاتيون وأنيون كلِّ مادة متفاعِلة في الماء. وإذا كوَّن اتِّحاد الكاتيون والأنيون ناتجًا غير قابل للذوبان، يتكوَّن راسب. المادة غير القابلة للذوبان مادة لا يُمكن أن تذوب. ويُمكننا تحديد إذا ما كانت أيُّ مادة قابلة للذوبان في الماء أم لا بالاستعانة بقواعد الذوبانية في الماء المُلخَّصَة في الجدول الآتي.

المواد القابلة للذوبان في الماءالمواد غير القابلة للذوبان في الماء
مركَّبات الفلزات القلوية: Li+، Na+، K+، Rb+، Cs+الكربونات: CO32
(باستثناء الفلزات القلوية: NH4+)
الأمونيوم: NH4+الفوسفات: PO43
(باستثناء الفلزات القلوية: NH4+)
النيترات: NO3الكبريتيدات: S2
(باستثناء الفلزات القلوية: NH4+، Ca2+، Ba2+، Sr2+)
البيكربونات: HCO3الهيدروكسيدات: OH
(باستثناء الفلزات القلوية: NH4+، Ca2+، Ba2+، Sr2+)
الكلورات: ClO3
الهاليدات: Cl، Br، I
(باستثناء Ag+، Hg22+، Pb2+ )
الكبريتات SO42
(باستثناء Ag+، Ca2+، Sr2+، Ba2+، Hg22+، Pb2+)
الأسيتات: CHO232

يمكننا البدء بالخيار (أ) وتحديد الكاتيونات والأنيونات في المتفاعِلين. الكاتيونات هي Pb2+، Mg2+، أمَّا الأنيونات فهي NO3، SO42. علينا تحديد إذا ما كان أيُّ اتحاد للكاتيونات والأنيونات معًا سيكوِّن راسبًا غير قابل للذوبان.

وأسهل طريقة لفعل ذلك هي تحديد موقع الأنيونات في الجدول. النيترات (NO3) قابلة للذوبان في الماء دائمًا. والكبريتات (SO42) قابلة للذوبان في الماء إلَّا في حالة وجود Ag+ أو Ca2+ أو Sr2+ أو Ba2+ أو Hg22+ أو Pb2+. في معادلة الخيار (أ)، Pb2+ موجود في المحلول. وأيون الرصاص هذا يمكن أن يتحد مع أيون الكبريتات لتكوين PbSO4، وهو راسب غير قابل للذوبان. وبهذا نكون حدَّدنا التفاعُل الذي يُمكن أن يكوِّن راسبًا غير قابل للذوبان.

التفاعُلات الكيميائية الموزونة الكاملة للخيارات من (ب) إلى (هـ) موضَّحة فيما يأتي. ويُمكننا التحقُّق من أن كلًّا من هذه التفاعُلات لا يُنتِج راسبًا صُلبًا عن طريق مقارنة النواتج بجدول قواعد الذوبانية في الماء. ويُمكننا أيضًا أن نلاحِظ أن جميع النواتج إمَّا مائية وإمَّا سائلة وإمَّا غازية. لاحِظ أن التفاعُل في الخيار (د) يكوِّن أيونات مُذابة نتيجة لتفاعُل الحمض والقاعدة.

ب. Ca(OH)()+2HCl()CaCl()+2HO()222aqaqaql

ج. NaCO()+HSO(NaSO()+HO()+CO()23242422aqaq)aqlg

د. HNO()+NH()NO()+NH()3334+aqaqaqaq

هـ. CuO()+HSO()CuSO()+HO()saqaql2442

من المحتمل أن يكوِّن تفاعُل نيترات الرصاص الثنائي مع كبريتات المغنيسيوم ناتجًا راسبًا، ومن ثَمَّ، فإن الإجابة هي الخيار (أ).

حتى وإن كان المُذاب مادة قابلة للذوبان، يُمكن إذابة كمية معيَّنة منها فقط في مُذيب عند درجة حرارة معيَّنة. وتُسمَّى المحاليل التي تحتوي على أقصى كمية مُذاب يُمكن أن تذوب في المُذيب عند درجة حرارة معيَّنة بالمحاليل المُشبَّعة.

تعريف: المحلول المُشبَّع

المحلول المُشبَّع محلولٌ يحتوي على أقصى كمية مُذاب يُمكن إذابتها في مُذيب عند درجة حرارة معيَّنة.

يُطلَق على تركيب المحلول المُشبَّع المُعبَّر عنه بدلالة نسبة المُذاب إلى المُذيب اسم الذوبانية.

تعريف: الذوبانية

الذوبانية هي أقصى كمية مُذاب يُمكن إذابتها في كمية معيَّنة من المُذيب عند درجة حرارة معيَّنة.

يُشار إلى الذوبانية عادة بأنها كمية المُذاب بالجرامات التي يُمكن أن تذوب في 100 جرام أو 100 mL من الماء عند درجة حرارة معيَّنة. على سبيل المثال، ذوبانية أسيتات الصوديوم تساوي 119 g لكلِّ 100 g من الماء عند 0C، في حين أن 100 g من الماء عند 100C يُمكن أن يحتوي على 170.15 g من أسيتات الصوديوم.

مثال ٣: حساب ذوبانية الجلوكوز من البيانات التجريبية

حضَّر طالب محلولًا مُشبَّعًا من الجلوكوز في الماء عند 20C. جفَّف الطالب المحلول بعد ذلك لإزالة المُذيب والحصول على المادة الصُّلبة. باستخدام البيانات التجريبية في الجدول الموضَّح، ما ذوبانية الجلوكوز عند 20C؟ أوجد الإجابة في صورة عدد صحيح.

كتلة طبق التبخيركتلة طبق التبخير + المحلول المُشبَّعكتلة طبق التبخير + المادة الصُّلبة (الجلوكوز)
43.56 g56.33 g49.61 g

الحل

ذوبانية أيِّ مادة هي أقصى كمية مُذاب يُمكن أن تذوب في كمية معيَّنة من المُذيب عند درجة حرارة معيَّنة. في هذا السؤال، علينا تحديد كلٍّ من كمية الجلوكوز المُذاب، وكمية الماء المُذيب له عند 20C.

إذن بطرح كتلة طبق التبخير من كتلة طبق التبخير وكتلة الجلوكوز: 49.6143.56,gg يُمكننا تحديد كمية الجلوكوز المُذابة في المحلول التي تساوي 6.05 g.

كتلة المحلول المُشبَّع هي الكتلة الكلية للجلوكوز والماء. ومن ثَمَّ، يُمكننا طرح كتلة طبق التبخير وكتلة الجلوكوز من كتلة طبق التبخير وكتلة المحلول المُشبَّع: 56.3343.566.05.ggg

وهكذا نجد أن كتلة الماء تساوي 6.72 g.

نحن نعلم الآن أن ذوبانية الجلوكوز تساوي 6.05 g لكلِّ 6.72 g من الماء عند 20C. لكن الذوبانية تُحسَب عادة لكلِّ 100 g من الماء. لذا يُمكننا استخدام التناسُب لقياس ذوبانية الجلوكوز في 6.72 g من الماء إلى 100 g من الماء: 6.056.72=𝑥100,ggg

حيث 𝑥 هي أقصى كتلة جلوكوز يُمكن أن تذوب في 100 g من الماء عند 20C. يُمكننا بعد ذلك إعادة ترتيب المعادلة لإيجاد قيمة 𝑥: 0.900297619=𝑥10090.0297619=𝑥.gggg

بإعطاء الإجابة على صورة عدد صحيح، نكون قد أوجدنا ذوبانية الجلوكوز عند 20C، وهي تساوي 90 g لكلِّ 100 g من الماء.

إذا كانت كمية المُذاب التي يُذيبها المُذيب عند درجة حرارة معيَّنة أقلَّ من أقصى كمية يُمكن إذابتها، يكون المحلول غير مُشبَّع. وعليه إذا أُذِيب 80 g فقط من أسيتات الصوديوم في 100 g من الماء عند 0C، فسيكون المحلول غير مُشبَّع.

تعريف: المحلول غير المُشبَّع

المحلول غير المُشبَّع هو المحلول الذي كمية المُذاب فيه أقلُّ من أقصى كمية يُمكن إذابتها في مُذيب عند درجة حرارة معيَّنة.

كما رأينا في حالة أسيتات الصوديوم، تتأثَّر ذوبانية المُذاب بدرجة الحرارة. ويوضِّح التمثيل البياني الآتي ذوبانية العديد من المواد عند درجات حرارة مختلفة. يُسمَّى الخط الذي يمثِّل ذوبانية مادة ما بالنسبة إلى درجة الحرارة بمنحنى الذوبانية.

نلاحِظ من التمثيل البياني أن ذوبانية كلٍّ من NaNO3، KNO3 تزداد كثيرًا بزيادة درجة الحرارة، في حين أن ذوبانية NaCl لا تتأثَّر إلَّا بنسبة قليلة بزيادة درجة الحرارة. بصفة عامَّة، تزداد ذوبانية المواد الصُّلبة في الماء بزيادة درجة الحرارة، لكنْ يُمكننا أن نلاحِظ من منحنى ذوبانية NaSO24 أن هذا ليس الحال دائمًا.

بالنظر إلى منحنيات ذوبانية الغازات مثل NH3، SO2، يُمكننا ملاحَظة أن ذوبانية الغازات تميل إلى الانخفاض مع زيادة درجة الحرارة.

مثال ٤: تفسير التمثيل البياني للعلاقة بين الذوبانية ودرجة الحرارة

يوضِّح التمثيل البياني منحنى الذوبانية لأربع مواد مُختلِفة.

  1. ما ذوبانية نيترات الألومنيوم عند 12C؟
  2. عند أيِّ درجة حرارة تكون ذوبانية كلوريد الأمونيوم وذوبانية نيترات البوتاسيوم متساويتين؟
  3. يريد طالبٌ إذابة 40 g بالضبط من كلوريد البوتاسيوم في 100 g من الماء. ما درجة الحرارة التي يجب أن يُسخَّن إليها الماء؟

الحل

الجزء الأول

يطلب منَّا هذا السؤال تحديد ذوبانية نيترات الألومنيوم عند درجة حرارة معيَّنة. ذوبانية مادة ما هي أقصى كمية يُمكن إذابتها من تلك المادة في كمية معيَّنة من الماء عند درجة حرارة معيَّنة. يوضِّح التمثيل البياني لدينا قِيَم ذوبانية أربع مواد في 100 g من الماء عند درجات حرارة مختلفة.

لتحديد ذوبانية نيترات الألومنيوم عند 12C، سنرسم خطًّا من أسفل لأعلى بداية من 12C على المحور 𝑥 وصولًا إلى منحنى نيترات الألومنيوم، ثم نرسم خطًّا أفقيًّا من هذه النقطة وصولًا إلى المحور 𝑦.

هذا يُعطينا القيمة 68 g لكلِّ 100 g من الماء. ومن ثَمَّ، فإن ذوبانية نيترات الألومنيوم عند 12C تساوي 68 g لكلِّ 100 g من الماء.

الجزء الثاني

لإيجاد درجة الحرارة التي تكون عندها قيمتا الذوبانية لكلوريد الأمونيوم ونيترات البوتاسيوم متساويتين، علينا تحديد موضع تقاطُع منحنيَيِ الذوبانية لهما.

ومن ثَمَّ، برسم خطٍّ من نقطة التقاطع إلى المحور 𝑥، نلاحِظ أن المنحنيين يتقاطعان عند درجة حرارة 26C. إذن تكون قيمتا الذوبانية لكلٍّ من كلوريد الأمونيوم ونيترات البوتاسيوم متساويتين عند 26C.

الجزء الثالث

علينا تحديد درجة الحرارة اللازمة لإذابة 40 g بالضبط من كلوريد البوتاسيوم في 100 g من الماء. يُمكننا رسم خطٍّ أفقي يبدأ من 40 g لكلِّ 100 g من الماء على المحور 𝑦، ونتحرَّك وصولًا إلى منحنى كلوريد البوتاسيوم، ثم نرسم خطًّا يمتدُّ من هذه النقطة رأسيًّا لأسفل وصولًا إلى المحور 𝑥.

وهذا يُعطينا القيمة 40C. إذن يجب على الطالب تسخين الماء إلى 40C لإذابة 40 g بالضبط من كلوريد البوتاسيوم في 100 g من الماء.

من المُمكن أن يؤثِّر الأُس الهيدروجيني للمحلول على ذوبانية المواد المُذابة التي لها خواصُّ حمضية أو قاعدية. على سبيل المثال، هيدروكسيد المغنيسيوم (Mg(OH)2) قاعدة غير قابلة للذوبان في الماء، لكن كمية صغيرة جدًّا مقدارها 100 g/1.2 mg من الماء يُمكن أن تُذيبه ليُنتِج أيون Mg2+ وأيون OH: Mg(OH)()Mg()+2OH()22+saqaqHO2

نتيجة لإضافة قاعدة إلى المحلول الناتِج تزداد قيمة الأُس الهيدروجيني، ويزداد عدد أيونات OH الموجودة داخل المحلول. وفقًا لقاعدة لوشاتيليه، يَستجيب أيُّ نظام في حالة اتزان للتغيُّر في الضغط بالتحرُّك في الاتجاه الذي يقلِّل من هذا الضغط. واستجابةً لوجود أيونات OH إضافية، سيتحوَّل موضع الاتزان ناحية اليسار، ويَنتُج مزيدٌ من هيدروكسيد المغنيسيوم الصُّلب، وهو ما يقلِّل من ذوبانية المُذاب: Mg(OH)()Mg()+2OH()22+saqaqHO2

لكن عندما يُضاف حمض إلى هذا المحلول تقلُّ قيمة الأُس الهيدروجيني وتُضاف أيونات H+ إلى المحلول. وأيونات H+ هذه يُمكنها أن تتفاعَل مع أيونات OH لتُنتِج الماء: H()+OH()HO()+2aqaql

نتيجةً لتفاعُل H+ مع OH تُزال أيونات الهيدروكسيد من المحلول. واستجابةً لذلك، يتحوَّل اتزان هيدروكسيد المغنيسيوم إلى اليمين، ليُنتِج مزيدًا من أيونات OH، وهو ما يزيد من ذوبانية المُذاب: Mg(OH)()Mg()+2OH()22+saqaqHO2

أمَّا بالنسبة إلى الأحماض غير القابلة للذوبان، نلاحِظ أن ما يَحدُث هو العكس. إذن تميل ذوبانية القواعد غير القابلة للذوبان إلى الزيادة في المحاليل الحمضية (عندما يقلُّ الأُس الهيدروجيني)، في حين تميل ذوبانية الأحماض غير القابلة للذوبان إلى الزيادة في المحاليل القاعدية (عندما يزداد الأُس الهيدروجيني).

تذوب المواد القابلة للذوبان في المُذيب من تلقاء نفسها بمرور الوقت، وذلك ما لم تتجاوز الحدَّ الأقصى لكمية المُذاب التي يُمكن إذابتها. لكنَّ هناك عددًا من العوامل التي من المُمكن أن تؤثِّر على معدَّل الذوبان؛ أي المعدَّل الذي يذوب به المُذاب، وهي: حجم الجسيمات المُذابة أو التقليب أو درجة الحرارة.

دعونا نتناول على سبيل المثال السُّكَّر، السُّكَّر له ذوبانية تساوي 200 g لكلِّ 100 g من الماء عند 25C. إذا أردنا وضْع مكعب كتلته 50 g من السُّكَّر، و50 g من حبيبات السُّكَّر، و50 g من السُّكَّر البودرة في أوعية منفصلة يحتوي كلٌّ منها على 100 g من الماء عند 25C، فإننا نتوقَّع أن يذوب السُّكَّر في كلِّ حالة.

مكعبات سُكَّر في وعاء أبيض
سُكَّر في وعاء
وعاء يحتوي على مدقوق السُّكَّر

لكننا سنجد أنه على الرغم من أن كلَّ نوع من السُّكَّر يذوب في وعائه، فإن السُّكَّر البودرة هو الأسرع في الذوبان، في حين أن مكعب السُّكَّر هو الأبطأ. السبب في ذلك هو أن مساحة السطح الكلية للجسيمات الدقيقة التي يُغطِّيها المُذيب من السُّكَّر البودرة أكبر من مساحة السطح الكلية لمكعب السُّكَّر. ومن ثَمَّ، فإن تقليل حجم الجسيمات المُذابة أو زيادة مساحة السطح الذي يُغطِّيه المُذيب يزيد من معدَّل الذوبان.

افترض أننا وضعنا 50 g من حبيبات السُّكَّر في وعاءين يحتوي كلٌّ منهما على 100 g من الماء عند 25C، ثم قمنا بتقليب أحد الوعاءين.

في هذه الحالة، سنجد أن السُّكَّر الذي قمنا بتقليبه يذوب أسرع من السُّكَّر الذي لم نقم بتقليبه. وذلك لأن التقليب يزيد من عدد التداخُلات بين المُذاب والمُذيب. ومن ثَمَّ، فإن تقليب المادة المُذابة في مُذيب يزيد من معدَّل الذوبان.

افترض أيضًا أننا وضعنا 50 g من حبيبات السُّكَّر في وعاءين يحتوي كلٌّ منهما على 100 g من الماء عند 25C، ثم قمنا بتسخين أحد الوعاءين.

في هذه الحالة، سنجد أن السُّكَّر في الوعاء الذي قمنا بتسخينه يذوب بشكل أسرع من السُّكَّر الذي ظلَّت درجة حرارته عند 25C. وذلك لأن تسخين المُذاب والمُذيب يزيد من طاقة حركة الجسيمات، التي تؤدِّي بدورها إلى زيادة عدد التداخُلات بين المُذاب والمُذيب. لذلك وبشكلٍ عامٍّ، تؤدِّي زيادة درجة الحرارة إلى زيادة معدَّل الذوبان.

مثال ٥: ترتيب معدَّلات ذوبان السُّكَّر في الشاي

يوضِّح الشكل الآتي خمس كئوس زجاجية تحتوي على شاي عند درجات حرارة مُختلِفة. وُضِعَت كُتَل متساوية من السُّكَّر في الكئوس الزجاجية. قُلِّب بعض الكئوس الزجاجية. ما الترتيب المرجَّح لمعدل ذوبان السكر بالكامل في كل كأس زجاجية، من الأسرع إلى الأبطأ؟

الحل

يتأثَّر معدَّل الذوبان، أو المعدَّل الذي يذوب به المُذاب، بحجم جسيمات المادة المُذابة، وبالتقليب، وبدرجة الحرارة. بشكلٍ عامٍّ، يزداد معدَّل الذوبان مع تناقص حجم الجسيمات وزيادة التقليب، وكذلك زيادة درجة الحرارة.

الفرق في درجة الحرارة من 20C إلى 80C سيكون له تأثير كبير على معدَّل الذوبان. عندما تزداد درجة الحرارة تزداد طاقة حركة الجسيمات؛ ومن ثَمَّ يزداد عدد التداخُلات بين المُذاب والمُذيب. ومن ثَمَّ، نستنتج أن السُّكَّر في المحاليل (ج) و(د) و(هـ) سيذوب أسرع من السُّكَّر في المحلولين (أ) و(ب).

بالمقارنة بين المحلولين (أ) و(ب)، نلاحِظ أن المحلول (ب) يحتوي على سُكَّر بودرة، بينما يحتوي المحلول (أ) على مكعب سُكَّر. السُّكَّر البودرة له حجم جسيمات أصغر. وبما أن حجم الجسيمات أصغر فإن هذا يعني أن مساحة السطح الكلية التي يُغطِّيها المُذيب أكبر. وعليه فإن السُّكَّر البودرة سيذوب أسرع من مكعب السُّكَّر. بهذا نستنتج أن السُّكَّر في المحلول (أ) سيكون هو الأبطأ في الذوبان، يليه السُّكَّر الموجود في المحلول (ب).

بالنسبة إلى المحاليل (ج) و(د) و(هـ)، نلاحِظ أن جميعها عند درجة حرارة 80C. لكن المحلول (هـ) يحتوي على سُكَّر بودرة قُلِّب. إذن نستنتج من درجة الحرارة العالية والتقليب وجسيمات المُذاب صغيرة الحجم أن السُّكَّر الموجود في المحلول (هـ) لا بدَّ أن يكون هو الأسرع في الذوبان.

بالنسبة إلى المحلولين (ج) و(د)، كلاهما عند نفس درجة الحرارة، وكلاهما يحتوي على مكعب من السُّكَّر. لكن المحلول (ج) قُلِّب. ونتيجةً للتقليب يزداد عدد التداخُلات بين المُذيب والمُذاب، وهو ما يزيد من معدَّل الذوبان. لذلك سيذوب السُّكَّر الموجود في المحلول (ج) أسرع من الموجود في المحلول (د).

إذن الترتيب المرجَّح للذوبان التامِّ للسُّكَّر في كلِّ كأس زجاجية، من الأسرع إلى الأبطأ، هو (هـ) (ج) (د) (ب) (أ).

النقاط الرئيسية

  • يُمكن الاستعانة بقواعد الذوبانية لتحديد إذا ما كان المُذاب قابلًا للذوبان في الماء.
  • الراسب ناتِجٌ غير قابل للذوبان ينفصل عن المحلول.
  • تؤدِّي زيادة درجة الحرارة إلى زيادة ذوبانية المواد المُذابة الصُّلبة وتقليل ذوبانية المواد المُذابة الغازية.
  • تميل ذوبانية القواعد غير القابلة للذوبان إلى الزيادة مع انخفاض الأُس الهيدروجيني، بينما تميل ذوبانية الأحماض غير القابلة للذوبان إلى الزيادة مع زيادة الأُس الهيدروجيني.
  • يميل معدَّل الذوبان إلى الزيادة مع نقصان حجم الجسيمات المُذابة وزيادة التقليب ودرجة الحرارة.

تستخدم نجوى ملفات تعريف الارتباط لضمان حصولك على أفضل تجربة على موقعنا. معرفة المزيد حول سياسة الخصوصية لدينا.