اثر دما بر انحلال پذیری مواد جامد، مایع و گاز چیست؟
مهمترین پارامتری که در فرایند انحلال پذیری موثر بوده و می تواند باعث تغییرات میزان انحلال پذیری مواد شود، دما است. مقدار ماده حل شونده ای که در حلال حل می شود با پارامتر دما تغییر می کند. اما این که روند افزایشی و یا کاهشی باشد بستگی به فاز ماده حل شونده دارد. به عنوان مثال در ماده حل شونده جامد، اگر دما را افزایش دهیم، انحلال پذیری افزایش یافته و افزایش دما در ماده حل شونده گاز باعث زیاد شدن میزان انحلال پذیری می شود. این مقاله نشریه جهان شیمی فیزیک ما را با اثر دما بر انحلال پذیری مواد آشنا می کند.
انحلال پذیری چیست؟
با حل شدن یک ماده حل شونده در یک حلال، انحلال صورت گرفته و یک محلول تشکیل می شود. حداکثر میزان غلظت ماده حل شونده در یک حلال را میزان انحلال پذیری تعریف می کنند. برابر بودن میزان انحلال پذیری ماده حل شونده با غلظت آن در محلول، نشان دهنده تشکیل یک محلول اشباع است. اما اگر میزان غلظت حل شونده در مقایسه با انحلال پذیری آن کم باشد، محلول حاصل را غیراشباع می گویند. محلول ها با توجه به میزان غلظت ماده حل شونده در آن ها به دو نوع محلول های غلیظ و رقیق تقسیم می شوند.
اثر دما بر انحلال پذیری
دما می تواند بر واکنش های تعادلی موثر بوده و جهت پیشرفت واکنش ها را تعیین کند. با استفاده از اصل مهمی به نام اصل لوشاتلیه می توان اثر دما بر انحلال پذیری را توضیح داد. طبق این اصل، اگر تعادل یک واکنش با تاثیر عاملی به هم بخورد، واکنش در جهتی پیشرفت می کند که اثر این تحمیل وارد شده را تعدیل کند. در نتیجه اثر وارد شده خنثی شده و تعادل جدید برقرار می شود.
دما در انحلال پذیری اکثر مواد تاثیرگذار است. به عنوان مثال انحلال پذیری گلوکز با افزایش دما به میزان زیادی افزایش یافته ولی میزان انحلال پذیری سولفات لیتیم با افزایش دما، کاهش می یابد. اما میزان انحلال پذیری برخی از مواد مانند سولفات پتاسیم و نمک خوراکی، متاثر از تغییرات دما نیستند.
اثر دما بر انحلال پذیری جامدات
بدون در نظر گرفتن برخی از استثنائات، انحلال پذیری اکثر جامدات با افزایش دما افزایش پیدا می کند. زیرا زیاد شدن دما باعث افزایش میزان حرکت مولکول های حلال شده و بین آن ها با مولکول های حل شونده، برهمکنش ایجاد می شود. دو دسته از واکنش ها به شکل گرماده و گرماگیر وجود دارد. افزایش دما در فرایند گرماده باعث کم شدن میزان انحلال پذیری و افزایش دما در فرایند گرماگیر، باعث افزایش انحلال پذیری می شود. زیرا افزایش دما در فرایندهای گرماگیر، باعث جابه جایی تعادل به سمت فرآورده بیشتر شده و در فرایندهای گرماده منجر به جابجایی تعادل به سمت چپ و کاهش مصرف مواد واکنش دهنده می شود.
نکته
جامدات از یون های مثبت و منفی و برقراری پیوند یونی بین آن ها تشکیل شده اند. وقتی جامدات یونی در حلال های قطبی مانند آب حل می شوند، یون های مثبت و منفی آن ها تجزیه می شود. انحلال زمانی اتفاق می افتد که انرژی حاصل پیوند بین مولکول های آب و نمک ها، از انرژی لازم برای شکستن پیوندهای یونی نمک ها و همچنین جدا کردن مولکول های آب، زیادتر باشد.
اثر دما بر انحلال پذیری گازها
در مواد گازی بین مولکول های تشکیل دهنده آن ها بر همکنشی وجود ندارد، اما وقتی این مولکول ها در تماس با مولکول های فاز مایع قرار می گیرند، بین آن ها برهمکنش برقرار می شود. در نتیجه ی چنین برخورهایی، گرما آزاد می شود و به همین جهت است که گازها در مایعات با فرایند گرماده حل می شوند.
اثر دما بر انحلال پذیری گازها، رابطه معکوسی دارد. به این ترتیب که با زیاد شدن دما، میزان انحلال پذیری گازها در مایعات کم شده و با کاهش دما، میزان انحلال پذیری آن ها افزایش پیدا می کند. در این فرایند می توان گفت که بالا رفتن دما باعث زیاد شدن میزان انرژی جنبشی شده و مولکول های گاز با سرعت بیشتری حرکت می کنند. در نتیجه، پیوند بین مولکول ها شکسته شده و آن ها به راحتی می توانند از محلول جدا شوند. به عنوان مثال، گاز آمونیاک در آب حل می شود ولی انحلال اکسیژن در آب به ساختی صورت می گیرد.
گازها با فرایند گرماده در مایعات حل می شوند و طبق آنچه در بالا گفته شد، اگر دما را کاهش دهند، انحلال پذیری زیاد می شود.
اثر دما بر انحلال پذیری مایعات
مایعات می توانند با همدیگر مخلوط شوند و میزان انحلال پذیری آن ها با توجه به قطبی و یا غیرقطبی بودن مایعات بررسی می شود. طبق اصلی به نام «مشابه، مشابه را در خود حل می کند»، مایعات در هم حل می شوند. به عنوان مثال، اسید سولفوریک، اتانول و اتیلن گلیکول با هر نستی در آب حل می شوند. مایعات غیرقطبی مانند روغن، بنزین، تتراکلرید کربن و برخی از رنگ ها، نمی توانند در آب حل شوند. زیرا آب یک مایع قبی است. ترکیبات آلی در آب متناسب با افزایش دما حل می شوند. هر چه دما بالاتر رود، میزان انحللال پذیری آن ها افزایش پیدا می کند. علت انحلال پذیری مایعات مشابه در هم، مشابه بودن نیروهای بین مولکولی آن ها ست که می تواند بین مولکول های حلال و حل شوند، پیوند برقرار شود.
عوامل موثر بر انحلال پذیری گازها شیمی دهم
حلالیت به عنوان بیشترین مقدار ماده حل شده ای که می تواند در یک مقدار مشخص حلال در دمای معین حل شود، تعریف می شود. میزان حل شدن یک ماده در حلال برای تشکیل محلول به عنوان حلالیت آن شناخته می شود. حلالیت یک سیال (مایع یا گاز) در سیال دیگر می تواند کامل (کاملاً قابل اختلاط؛ مثلاً متانول و آب) یا جزئی باشد (روغن و آب فقط تا حدی حل می شوند).
حلالیت گاز در مایعات عبارت است از غلظت گاز محلول در مایع زمانی که با گاز خالص بالای محلول در تعادل باشد. فرآورده های جوشان با دی اکسید کربن محلول، آب آمونیاک و گاز هیدروکلراید نمونه هایی از گاز در مایع هستند. عوامل موثر بر حلالیت گازها
توده گازها
سطح حلالیت با افزایش جرم مولکول گاز کاهش می یابد. حلالیت گاز در مایعات با کاهش جرم مولکولی گازها افزایش می یابد.
فشار
حلالیت گازها در مایعات با افزایش فشار افزایش می یابد. فرکانس برخورد مولکول های گاز با افزایش فشار روی محلول افزایش می یابد. این به نوبه خود ترکیب شدن ذرات گاز را با حلال، یعنی مایع، آسان تر می کند. در نتیجه وقتی فشار افزایش می یابد، حلالیت گازها در مایعات نیز افزایش می یابد.
دما
خاصیت حلالیت یک املاح را می توان با تغییر دما بهبود بخشید. به طور کلی، آب، املاح را در دمای ۲۰ درجه سانتیگراد یا ۱۰۰ درجه سانتیگراد حل می کند. افزایش دما، ترکیباتی را که به صورت مایع یا جامد کمی محلول هستند، کاملا حل می کند. اما با افزایش دما، حلالیت گازها در مایعات کاهش می یابد. با افزایش دما، گازها کمتر محلول می شوند. هنگامی که مولکول های گاز در مایعات حل می شوند، فرآیندی به نام انحلال را طی می کنند. در طی این فرآیند گرما تولید می شود.
