آشنایی با انواع محلول ها و خواص آنها

محلول ها مخلوطی همگن از مولکول های حلال و حل شونده هستند. حلال ماده ای است که با جدا کردن مولکول ها از طریق فعل و انفعالات الکتروشیمیایی، ماده دیگری را در خود حل می کند. سپس حل شونده درون حلال پخش می شود تا زمانی که غلظت در تمام قسمت های محلول مساوی شود. یک محلول می تواند مایع، جامد یا گازی باشد.

بعلاوه، یک محلول می تواند مخلوطی از مایعات، گازها و مواد جامد باشد. در بعضی موارد مانند آب دریا، محلول از انواع مختلفی از حل شونده ها مانند نمک ها، اکسیژن و مولکول های آلی تشکیل شده است.

محلول ها بخشی از زندگی روزمره ما هستند زیرا در هرچیز رایجی که معمولا در زندگی روزمره استفاده می کنید مانند نوشابه، شربت، آب میوه، قهوه و غیره وجود دارند.

یک ماده را اساسا می توان به عنوان عناصر، ترکیبات و مخلوط ها طبقه بندی کرد اما یک محلول را فقط می توان در گروه مخلوط ها دسته بندی کرد. در ادامه مقاله در نشریه جهان شیمی فیزیک توضیحات بیشتری در این رابطه ارائه می گردد لطفا همراه ما باشید.

انواع محلول ها

در ادامه به بررسی انواع محصول ها مثل محلول همگن، محلول ناهمگن می پردازیم.

محلول همگن

به محلولهایی که ترکیب و خصوصیات یکنواختی در کل محلول دارند محلولهای همگن می گویند. به عنوان مثال یک فنجان قهوه، شربت سرفه، محلول نمک یا شکر در آب و غیره مواردی از محلول های همگن هستند.

محلول ناهمگن

به محلولهایی که ترکیب و خواص غیر یکنواختی در سراسر محلول دارند محلولهای ناهمگن می گویند. محلول روغن و آب، آب و پودر گچ و محلول آب و شن وغیره مواردی از محلول های ناهمگن هستند.

ویژگی محلول ها

• محلول، مخلوط همگن دو یا چند ماده حل شونده در حلال می باشد
• به محض تشکیل محلول، نمی توان با فرآیند تصفیه محلول را جداسازی کرد
• پرتوی نور اجازه عبور از محلول را ندارد
• چشم انسان نمی تواند ذرات حل شونده داخل محلول را ببیند
• محلول پایدار است و فقط از یک فاز تشکیل شده است

تشکیل محلول از حل شونده و حلال یک فرآیند فیزیکی است، نه یک فرآیند شیمیایی. یعنی هر دو ماده حل شونده و حلال را می توان در فرمهای شیمیایی بدون تغییر با استفاده از روشهای جداسازی مناسب بازیافت کرد. به عنوان مثال، نیترات روی جامد در آب حل می شود و محلول آبی نیترات روی را تشکیل می دهد. به راحتی و با کمک فرایند تبخیر Zn(NO3)۲ را می توان از واکنش فوق بازیافت کرد.

Zn(NO3)_۲(s)+H_۲O(l)→Zn^۲+(aq)+2NO^−۳(aq)

انواع مختلف محلول ها

بسته به مقدار حل شونده در حلال، محلولها را می توان به صورت محلولهای اشباع شده، اشباع نشده و محلولهای فوق اشباع طبقه بندی کرد.

محلول فوق اشباع

محلول فوق اشباع شامل مقدار زیادی از مواد حل شونده در حلال می باشند که در درجه حرارت بالا به اجبار در حلال حل شده است.این ذرات اضافی حل شونده را با کمک فرایند تبلور می توان به صورت بلور جدا کرد.

محلول اشباع نشده

اگر محلولی بتواند بازهم املاح بیشتری را در خود حل کند گفته می شود که محلول اشباع نشده است.

محلول اشباع شده

محلولی که در دمای مشخص نتواند املاح بیشتری را در خود حل کند را محلول اشباع شده گویند.

دسته بندی محلول ها

محلول ها بسته به حلال به دو دسته تقسیم می شوند:

محلول آبی

محلولی که حلال آن آب باشد را محلول آبی می گویند نمونه هایی از این نوع محلول ها عبارتند از :آب قند،آب نمک و دی اکسید کربن در آب و …

محلول غیرآبی

وقتی املاح در حلال دیگری غیر از آب حل می شوند، آن را محلول غیرآبی می نامند. به عنوان مثال، ید در تتراکلرید کربن، گوگرد در دی سولفید کربن، فسفر در الکل اتیل.

دسته بندی محلول ها بر اساس مقدار حل شونده

• یک محلول رقیق حاوی مقدار کمی املاح در مقدار زیادی از حلال است.
• یک محلول غلیظ حاوی مقدار زیادی املاح محلول در مقدار کمی حلال است

دسته بندی بر اساس غلظت املاح در دو محلول

محلول ایزوتونیک

محلولی است که دارای اسمولاریته یا غلظت املاح یکسان باشد. اگر این دو محلول توسط غشا نیمه تراوا از هم جدا شوند، آب از هر محلول و در قسمت های مساوی به محلول دیگر سرازیر می شود بدون اینکه غلظت حل شونده تغییر کند.

محلول هایپرتونیک

یک محلول هایپرتونیک در مقایسه با محلول دیگر حاوی غلظت بیشتری از املاح است. دانشمندان محتوای سلول را در مقایسه با محیط توصیف می کنند. بنابراین اگر سلول در محلول هایپرتونیک قرار گیرد، سلول هیپوتونیک در نظر گرفته می شود.

محلول هیپوتونیک

محلولی است که غلظت املاح کمتری نسبت به محلول دیگر دارد. در واقع هیپوتونیک توصیف محتوای املاح یک محلول در رابطه با محلول دیگر است و در زیست شناسی برای کمک به دانشمندان در توصیف سلول ها استفاده می شود. دانستن اسمولاریته (غلظت محلول در تعداد املاح در لیتر) محلول های مختلف می تواند به دانشمندان نشان دهد که گرادیان آب و شیب املاح چگونه است.

خواص محلول ها

خصوصیات فیزیکی محلول ها مانند نقطه ذوب و نقطه جوش با افزودن سایر ترکیبات تغییر می کند که در مجموع به آنها خواص کولیگاتیو گفته می شود. روش های مختلفی برای تعیین کمیت یک محلول حل شده در ترکیبات دیگر وجود دارد که در مجموع غلظت نامیده می شود. به عنوان مثال می توان به مولارلیته، کسر حجمی و کسر مولی اشاره کرد.

خصوصیات محلول های ایده آل را می توان با ترکیب خطی خواص اجزای آن محاسبه کرد. اگر هر دو ماده حل شونده و حلال در مقادیر مساوی وجود داشته باشند (مانند محلول ۵۰٪ اتانول، ۵۰٪ آب)، مفاهیم «املاح» و «حلال» کمتر مورد توجه قرار می گیرند، اما ماده ای که بیشتر استفاده می شود، به طور معمول به عنوان حلال (در این مثال، آب) تعیین می شود.

اصولاً انواع مایعات می توانند به عنوان حلال رفتار کنند. بیشتر حلال ها، مایعات مولکولی هستند. با توجه به اینکه آیا مولکول های آنها دارای یک گشتاور دو قطبی الکتریکی دائمی هستند، می توان آنها را به قطبی و غیر قطبی نیز طبقه بندی کرد.

بهتر است بدانید

تمایز دیگر این است که آیا مولکول های آنها می توانند پیوندهای هیدروژنی (حلالهای پروتیک و غیر پروتیک) ایجاد کنند. آب به عنوان متداول ترین حلال، هم قطبی است و هم پیوندهای هیدروژنی تشکیل می دهد. آب حلال خوبی است زیرا مولکول های آن قطبی هستند و قدرت ایجاد پیوندهای هیدروژنی را دارند.

نمک ها در حلال های قطبی حل می شوند و یون های مثبت و منفی تشکیل می دهند که به ترتیب به انتهای منفی و مثبت مولکول جذب می شوند. اگر حلال آب باشد، هیدراتاسیون هنگامی اتفاق می افتد که یون های حل شده باردار توسط مولکول های آب محاصره شوند به چنین محلول هایی الکترولیت گفته می شود.

املاح قطبی در حلال های قطبی حل می شوند و پیوندهای قطبی یا پیوندهای هیدروژنی ایجاد می کنند. از طرف دیگر املاح غیر قطبی در حلال های غیر قطبی بهتر حل می شوند. به عنوان مثال هیدروکربن هایی مانند روغن و گریس به راحتی مخلوط می شوند، در حالی که با آب سازگار هستند.

 

 

 

حلالیت یا انحلال پذیری محلول ها

حلالیت خاصیت یک ماده شیمیایی جامد، مایع یا گازی به نام حل شونده است که در یک حلال جامد، مایع یا گازی حل می شود. حلالیت یک ماده اساساً به خصوصیات فیزیکی و شیمیایی ماده حل شونده و حلال و همچنین به دما، فشار و وجود سایر مواد شیمیایی از جمله تغییر در PH محلول بستگی دارد.

میزان حلالیت یک ماده در یک حلال خاص به عنوان غلظت اشباع اندازه گیری می شود، جایی که افزودن املاح بیشتر غلظت محلول را افزایش نمی دهد و شروع به رسوب مقدار اضافی املاح می کند. عدم حلالیت عدم توانایی در حل شدن در یک حلال جامد، مایع یا گازی است. غالباً، حلال یک مایع است که می تواند یک ماده خالص یا مخلوط باشد.

حلالیت را نباید با توانایی حل شدن ماده اشتباه گرفت، زیرا ممکن است محلول به دلیل واکنش شیمیایی نیز رخ دهد. به عنوان مثال، روی در نتیجه یک واکنش شیمیایی باعث آزاد شدن گاز هیدروژن در یک واکنش جابجایی شده و در اسید کلریدریک حل می شود.

حلالیت یک ماده کاملاً متفاوت از میزان محلول است، یعنی سرعت حل شدن آن را نشان می دهد. هرچه ذره کوچکتر باشد، سریعتر حل می شود، اگرچه فاکتورهای زیادی برای افزودن به این تعمیم وجود دارد.حلالیت در تمام زمینه های شیمی، ژئوشیمی، غیرآلی، فیزیکی، آلی و بیوشیمی حائز اهمیت است و در همه موارد بستگی به شرایط فیزیکی (دما، فشار و غلظت) دارد و آنتالپی و آنتروپی وابستگی مستقیمی به حلالها و حل شونده های مربوطه دارند.

عوامل تاثیرگذار بر انحلال

اثر دما و فشار

حلالیت مواد جامد در مایعات با افزایش دما افزایش می یابد و با کاهش دما کاهش می یابد. بنابراین، دما تأثیر مستقیم بر حلالیت دارد. حلالیت مواد جامد در مایع تحت تأثیر هرگونه تغییر فشار ثابت باقی می ماند بنابراین فشار تاثیری بر حلالیت نخواهد داشت. ولی فشار تأثیر مستقیمی بر حلالیت گازها در مایعات دارد. بنابراین، حلالیت گازها در مایع با افزایش فشار افزایش می یابد و با کاهش فشار کاهش خواهد یافت.

اثر نقطه ذوب و انجماد

افزودن حل‌ شونده به حلال سبب پایداری آن در فاز مایع خواهد شد زیرا پتانسیل شیمیایی حلال را کاهش می ‌دهد. این مسئله باعث کاهش تمایل مولکول‌ ها به حرکت در فاز مایع یا گاز شده و باعث می شود نقطه ذوب در این محلول ها افزایش یابد. در این محلول ها نقطه انجماد نیز کاهش خواهد یافت. کاهش فشار بخار باعث افزایش نقطه ذوب و کاهش نقطه انجماد خواهد شد.

فشار اسمزی

فشار اسمزی به عنوان اختلاف فشار در حالت تعادل بین یک محلول و یک مایع خالص تعریف می شود که بین آنها یک غشاء نیمه تراوا قرار داشته باشد. این غشا اجازه می دهد مولکول ‌های حلال از آن عبور کنند اما اجزای حل‌ شونده از آن عبور نمی کنند و سبب پدید آمدن یک فشار جهت دار در محلول می شود. به این پدیده اسمز می‌ گویند و زمانی که اختلاف فشار با فشار اسمزی برابر شود سیستم به تعادل رسیده و این فرآیند متوقف خواهد شد.

تعریف محلول

مخلوط همگن دو یا چند ماده که اندازه آن کوچکتر از ۱ نانومتر باشد محلول نامیده می شود. برخی از نمونه های رایج محلول ها عبارتند از شکر در آب یا نمک در محلول های آب و غیره. برخلاف مخلوط، ذرات املاح در یک مخلوط به طور مساوی توزیع می شوند. محلول های حاوی آب به عنوان حلال محلول های آبی نامیده می شوند. محلول ها ممکن است حاوی جامدات، مایعات یا گازهایی باشند که به صورت املاح حل شده اند. ذرات محلول با چشم غیر مسلح قابل مشاهده نیستند.

در یک محلول، املاح به مولکول ها یا یون هایی اطلاق می شود که در حلال حل می شوند. املاح موجود در محلول به توانایی یونیزاسیون ترکیب در حلال بستگی دارد. برخی از املاح همانطور که هستند در یک حلال حل می شوند، در حالی که برخی دیگر طی یونیزاسیون در حلال حل می شوند.

فاز در محلول به حالتی از ماده اشاره دارد که در آن املاح و حلال با هم وجود دارند. به طور کلی، ماده سه فاز دارد: جامد، مایع و گاز. در یک محلول، فاز املاح و حلال را می توان با خواص فیزیکی آنها، مانند نقطه ذوب، نقطه جوش و چگالی آنها تعریف کرد. به عنوان مثال، یک محلول جامد شامل یک ماده حل شده جامد است که در یک حلال مایع حل شده است، در حالی که یک محلول گازی شامل یک ماده حل شده گازی است که در یک حلال گازی حل شده است.

به عبارت دیگر در یک محلول، فاز به وجود یا عدم وجود یک یا چند شکل ماده، مانند فازهای مایع و جامد اشاره دارد. محلول ها را می توان به محلول های همگن، که در آن همه اجزا به طور یکنواخت مخلوط می شوند، و محلول های ناهمگن، که در آن اجزا به طور یکنواخت مخلوط نمی شوند، دسته بندی کرد.