قابلیت انحلال مواد

نگاه اجمالی میزان انحلال پذیری یک ماده حل شونده در یک حلال به طور قابل توجهی به ماهیت و قدرت نیروهای جاذبه بین ذرات حل شونده حل شونده , حلال حلال و حل شده حلال بستگی دارد

نگاه اجمالی میزان انحلال پذیری یک ماده حل شونده در یک حلال به طور قابل توجهی به ماهیت و قدرت نیروهای جاذبه بین ذرات حل شونده - حل شونده ، حلال - حلال و حل شده - حلال بستگی دارد. بیشترین انحلال وقتی مشاهده می‌شود که این نیروها همانند باشند، یعنی نخستین قاعده انحلال پذیری این است که "نظیر در نظیر حل می شود." بطور کلی ، مواد قطبی فقط در حلالهای قطبی و مواد ناقطبی فقط در حلالهای ناقطبی حل می‌شوند. یعنی مواد ناقطبی و مواد قطبی معمولا امتزاج ناپذیرند. مثلا تتراکلریدکربن (یک ماده ناقطبی) در آب نامحلول است. زیرا نیروی جاذبه به یک مولکول آب نسبت به یک مولکول دیگر قویتیر از نیروی جاذبه بین یک مولکول تتراکلریدکربن و یک مولکول آب است از این رو، مولکولهای تتراکلریدکربن رانده می‌شوند و این دو ماده ، یک سیستم مایع دو لایه‌ای تشکیل می‌دهد. بلورهای مشبک (مثلا الماس) که در آنها اتمهای تشکیل دهنده بلور با پیوند کووالانسی به یکدیگر پیوسته‌اند، در تمام مایعات نامحلول‌اند. این ساختار بلورین بسیار پایدارتر از آن است که با فرآیند انحلال از هم بگسلد یعنی هیچ جاذبه بالقوه بین حلال - حل شونده نمی‌تواند به قدرت پیوند کووالانسی موجود در این نوع بلور برسد. فرایند انحلال میان مولکولهای کووالانسی ناقطبی ، تنها نیروهای بین مولکولی موجود ، نیروی لاندن است. ولی نیروهای جاذبه بین مولکولهای کووالانسی قطبی علاوه بر نیروهای لاندن ، نیروهای دو قطبی - دو قطبی را نیز شامل می‌شود.

در مواردی که پیوند هیدروژنی وجود دارد، نیروهای بین مولکولی بطور غیر عادی قوی است. از آنجایی که مواد ناقطبی فقط در حلالهای ناقطبی حل می‌شوند، ید که یک ماده ناقطبی است، در تتراکلریدکربن حل می‌شود. نیروی جاذبه بین مولکولهای I۲ در ید جامد ، تقریبا از همان نوع و اندازه‌ای است که بین مولکولهای CCl۴ در تتراکلریدکربن خالص وجود دارد و از این رو، جاذبه ای قابل توجه بین ید و تتراکلرید کربن ممکن می‌گردد و مولکولهای ید می‌توانند با مولکولهای تتراکلریدکربن ممزوج شوند و محلول حاصل یک مخلوط مولکولی بی نظم است. متیل الکل (CH۳OH) و آب (هر دو ماده قطبی) به هر نسبت در یکدیگر حل می‌شوند. در محلول متیل الکل و آب ، مولکولهای CH۳OH و H۲O با پیوند هیدروژنی به هم پیوسته‌اند که در حالت مایع خالص نیز مولکولهای هر دو مایع بوسیله پیوند هیدروژنی به یکدیگر جذب می‌شوند. مایعات قطبی (بویژه آب) می‌توانند حلال بسیاری از ترکیبات یونی باشند. یونهای مواد حل شده توسط مولکولهای قطبی با نیروی الکتروستاتیکی جذب می‌شوند، یعنی یونهای منفی توسط قطبهای مثبت مولکولهای حلال و یونهای مثبت توسط قطبهای منفی این مولکولها جذب می‌شوند. این جاذبه یون - دو قطبی ممکن است نیروهای نسبتا قوی باشند و موجب می‌شود که یونها از بلور جدا شده و در فاز مایع شناور شوند. یونهای حل شده آبپوشیده‌اند و در حالی که با غلافی از مولکولهای آب احاطه شده‌اند در محلول حرکت می‌کند. اثر دما بر انحلال پذیری اثر تغییر دما بر انحلال پذیری یک ماده به جذب شدن یا آزاد شدن گرما به هنگام تهیه محلول سیر شده آن ماده بستگی دارد.

با استفاده از اصل لوشاتلیه می توان اثر تغییر دما بر روی انحلال پذیری یک ماده را پیش بینی کرد. اگر فرآیند انحلال ماده حل شونده ، فرآیندی گرماگیر باشد، انحلال پذیری آن ماده با افزایش دما افزایش می‌یابد. حل شده موجود در محلول سیر شده <----> حل شونده جامد + انرژی اگر انحلال ماده حل شونده فرآیندی گرماده باشد، با افزایش دما ، انحلال پذیری ماده حل شونده کاهش می‌یابد. معدودی از ترکیبات یونی ( مثل Na۲CO۳ , Li۲CO۳ ) بدین گونه عمل می‌کنند. علاوه بر این ، انحلال پذیری تمام گازها با افزایش دما ، کاهش پیدا می‌کند. مثلا با گرم کردن نوشابه‌های گازدار ، گاز دی‌اکسید کربن موجود در آنها از محلول خارج می‌شود. تغییر انحلال پذیری با تغییر دما به مقدار آنتالپی انحلال بستگی دارد.

انحلال پذیری موادی که آنتالپی انحلال آنها کم است، با تغییر دما تغییر چندانی نمی‌کند. اثر فشار بر انحلال پذیری اثر تغییر فشار بر انحلال پذیری مواد جامد و مایع معمولا کم است ولی انحلال پذیری گازها در یک محلول با افزایش یا کاهش فشاری که به محلول وارد می‌شود، به میزان قابل توجهی تغییر می‌کند. "ویلیام هنری" در سال ۱۸۰۳ میلادی کشف کرد که مقدار گازی که در یک دمای ثابت در مقدار معینی از یک مایع حل می‌شود با فشار جزئی آن گاز در بالای محلول نسبت مستقیم دارد. فقط محلولهای رقیق در فشارهای نسبتا پایین از قانون هنری به خوبی پیروی می‌کنند. گازهایی که انحلال پذیری آنها بسیار زیاد است، عموما با حلال خود ترکیب می‌شود (مثلا گاز هیدروژن کلرید وقتی که حل می‌شود، با آن ترکیب شده و هیدروکلریک اسید تولید می‌کند).

این محلولها از قانون هنری پیروی نمی‌کنند. خون غواصها در عمق دریا تحت فشار نسبتا زیاد ویژه عمقی که در آن کار می‌کنند با هوا سیر می‌شود. اگر این فشار ، در اثر بالا آمدن سریع سطح آب به سرعت برداشته شود، هوا به سرعت از محلول خارج شده و حبابهایی را در سیستم جریان خون غواص ایجاد می‌کند. این حالت که "آمبولی هوایی" نام دارد، بر تحریکات عصبی و سیستم جریان خون اثر گذاشته و ممکن است مرگ آور باشد. برای پیشگیری از این حادثه از جو هلیوم و اکسیژن به جای هوا که بخش عمده آن اکسیژن و نیتروژن است استفاده می‌شود، زیرا انحلال پذیری هلیوم در خون و مایعات بدن بسیار کمتر از نیتروژن است. تعادلهای انحلال تعادل مایع - مایع (حل شدن برم در آب) هر گاه ۵۰ گرم برم را که مایعی است قرمز رنگ ، فرار و سمی در ظرف محتوی یک لیتر آب بریزیم، دو لایه قرمز و بی رنگ پدید می‌آید.

با گذشت زمان برم در آب حل می‌شود و محلول کم کم پر رنگ می‌شود و بالاخره تغییر متوقف می‌شود. گر چه مایع برم هنوز در ته ظرف وجود دارد (در حدود ۱۴ گرم). در این شرایط که محلول برم در مجاورت برم خالص قرار دارد و هیچگونه تغییری مشهود نیست، می‌گوییم سیستم در حال تعادل است. ویژگی مهم تعادل ، تغییر ناپذیری خواص ماکروسکوپی آن است. خواص ماکروسکوپی ، خواصی است که به مقدار زیادی از ماده وابسته است به اندازه‌ای که قابل مشاهده و اندازه گیری باشد و تغییرات آنها آشکار شود. تعادل جامد - مایع (حل شدن نمک طعام در آب) هر گاه مقداری زیادی بلورهای نمک طعام (در حدود ۵۰۰ گرم) را به یک لیتر آب بیفزاییم و مخلوط را بهم بزنیم چون هم زدن را تا ۱۰ دقیقه ادامه دهیم، خواهیم دید که مقدار زیاد نمک حل می‌شود و فقط ۱۴۰ گرم آن باقی می‌ماند که با بهم زدن زیاد هم از وزن نمک موجود در ته ظرف کاسته نمی‌شود. بنابراین می‌گوییم که به حالت ثابتی رسیده و سیستم در حال تعادل است، زیرا خواص ماکروسکوپی آن تغییر نمی کند. در حقیقت پدیده تعادل در سیستم جامد - مایع آب نمک شامل دو فرآیند است که در حال رقابت با یکدیگرند.

در ابتدا که نمک را در آب ریختیم، فرآیند حل شدن که شامل یونیزه شدن NaCl به کاتیونهای سدیم و آنیونهای کلر است، اغلب در یک جهت معینی از بلور به سوی محلول انجام می‌گیرد. با پیشرفت فرآیند حل شدن و افزایش غلظت یونها در محلول ، واکنش معکوس نیز امکان پذیر می‌شود. یعنی افزوده شدن یونهای محلول به بلور (تبلور یا رسوب کردن) انجام می‌شود. مادام که موازنه این دو فرایند برقرار است، مقدار نمک حل شده در واحد حجم محلول ثابت خواهد بود و سیستم در تعادل انحلال پذیری باقی خواهد ماند. تعادل گاز- مایع (حل شدن گاز CO۲ در آب) انحلال گازها در مایعات با دما نسبت عکس و با فشار نسبت مستقیم دارد. مکانیسم حل شدن گاز در مایع ، کم و بیش مشابه حل شدن جامد در مایع و مایع در مایع است. هر گاه بوسیله یک لوله گاز دی‌اکسید کربن را در آب موجود در یک ظرف بدمیم، حبابهای درشت گاز که وارد آب می‌شوند، بتدریج کوچک شده و حتی ممکن است ناپدید شوند و این نشانه حل شدن جزئی آنهاست. با ادامه دمیدن ، به مرحله‌ای می‌رسیم که آب بوسیله گاز سیر می‌شود و دیگر حبابهای گاز بدون کاهش حجم خارج می‌شوند.