1.13 : الذوبان

المحلول والذوبانية وتوازن الذوبانية

المحلول هو خليط متجانس يتكون من مذيب، وهو المكون الرئيسي، ومذاب، وهو المكون الثانوي. الحالة الفيزيائية للمحلول – صلبة أو سائلة أو غازية – هي عادة نفس حالة المذيب. غالبًا ما يتم وصف التركيزات المذابة بمصطلحات نوعية مثل المخفف (بتركيز منخفض نسبيًا) والمركز (بتركيز مرتفع نسبيًا).

في المحلول، تكون الجسيمات المذابة (الجزيئات و/أو الذرات و/أو الأيونات) محاطة بشكل وثيق بأنواع المذيبات وتتفاعل من خلال قوى التجاذب. عملية التحلل هذه تسمى الذوبان. عندما يكون الماء هو المذيب، تُعرف العملية بالترطيب. بالنسبة للإذابة، يجب أن تكون تفاعلات المذاب والمذيب أقوى من تفاعلات المذاب – المذاب والمذيب – المذيب. الترسيب هو عكس الذوبان ويحدث نتيجة للتفاعلات القوية بين المذاب والمذاب.

الذوبانية هي مقياس لأقصى كمية من المذاب يمكن إذابتها في كمية معينة من المذيب. تعد درجة الحرارة والضغط والقطبية الجزيئية من العوامل المهمة التي تؤثر على الذوبانية. يتم الوصول إلى توازن الذوبانية عندما يحدث ذوبان وترسيب جزيئات المذاب بمعدلات متساوية.

المثيل يذيب المثيل

للتنبؤ بما إذا كان المذاب قابلاً للذوبان في مذيب معين، فإن القاعدة العامة هي "المثيل يذيب المثيل". تذوب المذابات القطبية أو الأيونية في المذيبات القطبية بسبب تفاعلات الأيون – ثنائي القطب أو ثنائي القطب – ثنائي القطب مع جزيئات المذيب. لن يكون مثل هذا التفاعل ممكنًا مع مذيب غير قطبي. تذوب المواد المذابة غير القطبية في المذيبات غير القطبية من خلال قوى التشتت بين الجزيئات.

المركبات المحبة للماء، والكارهة للماء، والمحبّة للماء والدهون

الماء مذيب قطبي. تسمى المواد المذابة القابلة للذوبان في الماء "محبة للماء" أو "شره للماء". على سبيل المثال، عند إضافة كلوريد البوتاسيوم الصلب إلى الماء، تنجذب الأطراف الموجبة (الهيدروجين) لجزيئات الماء القطبية إلى أيونات الكلوريد السالبة، وتنجذب الأطراف السالبة (الأكسجين) للماء إلى أيونات البوتاسيوم الموجبة. تحيط جزيئات الماء بأيونات K^- وCl⁺ الفردية، مما يقلل من القوى القوية التي تربط الأيونات معًا وتسمح لها بالانتقال إلى المحلول كأيونات مذابة.

يُطلق على المادة المذابة غير القابلة للذوبان في الماء اسم "كارهة للماء" أو " الخائفة من الماء". مثل هذه المواد المذابة، مثل الزيت، غير قادرة على تكوين روابط هيدروجينية مع جزيئات الماء المحيطة بها بسبب التفاعلات الأقوى بين المذاب – المذاب. ونتيجة لذلك، تتجمع جزيئات المذاب معًا وتبقى غير منحلة.

تسمى المركبات التي تحتوي على مجموعات قطبية وغير قطبية بـ " ثنائية الألفة" أو "المحبّة للماء والدهون". على سبيل المثال، الصابون، وهي أملاح الأحماض الدهنية. لديهم ذيل كاره للماء من الهيدروكربونات غير القطبية ورأس قطبي محب للماء. يمكن تفسير عملية التنظيف التي يقوم بها الصابون والمنظفات من خلال هياكل الجزيئات المعنية. يذوب الطرف الهيدروكربوني (غير القطبي) لجزيء الصابون أو المنظف في المواد غير القطبية أو ينجذب إليها، مثل الزيوت أو الشحوم أو جزيئات الأوساخ. ينجذب الطرف الأيوني للماء (القطبي). ونتيجة لذلك، تصبح جزيئات الصابون أو المنظفات موجهة نحو السطح البيني بين جزيئات الأوساخ والماء، بحيث تعمل كنوع من الجسر بين نوعين مختلفين من المادة، القطبية وغير القطبية. ونتيجة لذلك، تصبح جزيئات الأوساخ معلقة كجزيئات غروية ويتم غسلها بسهولة.

هذا النص مقتبس من OpenStax Chemistry 2e, Section 11.1: The Dissolution Process, Section 11.3: Solubility, and Section 11.5: Colloids.