ربما تساءل الجميع ولو لمرة واحدة على الأقل عن ماهية الذوبان، ولماذا يذوب السكر في الشاي ولا يذوب الزيت في الماء، ولماذا بعض الأشياء تذوب والبعض الآخر لا، للمزيد تعرف على ما هو مفهوم الذوبان ولماذا تذوب الأشياء.
ما هو مفهوم الذوبان
تعريف الذوبان
- بشكل عام، القابلية للذوبان هي قدرة مادة ما على الذوبان في مادة أخرى.
- في عملية الذوبان تسمى المادة التي يتم إذابتها بالمادة المذابة وتسمى المادة التي تذيب مادة أخرى باسم المذيب.
- يمكن تعريفه بأنه الدرجة التي عندها تذوب المادة في مذيب لصنع محلول (عادة ما يتم التعبير عنه غراما من المذاب لكل لتر من المذيب).
- قد تكون قابلية ذوبان أحد السوائل (سائلة أو غازية) في أخرى كاملة (قابلة للاختلاط تمامًا؛ على سبيل المثال: الميثانول والماء).
- قد يكون جزئياً (يذوب الزيت والماء قليلًا فقط).
- بشكل عام فإن المواد تذوب في مثيلاتها، على سبيل المثال تذوب الهيدروكربونات العطرية في بعضها البعض ولكنها لا تذوب في الماء).
- تعتمد بعض طرق الفصل (الامتصاص ، الاستخراج) على الاختلافات في درجة وطبيعة الذوبان، ويعبر عنها بمعامل التوزيع (نسبة قابلية ذوبان المادة في مذيبين).
- تزيد قابلية ذوبان المواد الصلبة في السوائل مع ارتفاع درجة الحرارة، وتقل درجة انبعاثات الغازات مع ارتفاع درجة الحرارة وزيادة الضغط.
القوى الجزيئية
- في عملية الذوبان يتم إدخال جزيئات المذاب في مذيب وتحيط به جزيئاته.
- من أجل أن تحدث هذه العملية يجب كسر الروابط الجزيئية بين جزيئات المذاب (أي السكر كمثال)، كما يجب تعطيل الروابط الجزيئية للمذيب (الماء كمثال، وكلا منهما تتطلب طاقة.
- عندما يذوب السكر في الماء تنشأ روابط جديدة بين السكر والماء.
- خلال هذه العملية يتم إعطاء الطاقة، كمية هذه الطاقة كافية لكسر الروابط بين جزيئات السكر وبين جزيئات الماء.
- هذا المثال مناسب لأي مذيب ومذاب، وإذا كانت الروابط بين المذيب أو والمذاب قوية ولم تتوفر طاقة كافية أثناء الذوبان لكسرها فلن يحدث ذوبان.
- يمكن تطبيق نفس قاعدة الطاقة على الأملاح، فهي تبني أيونات إيجابية وسلبية مرتبطة ببعضها البعض بقوة جاذبيتها.
- إذا كانت الطاقة اللازمة لكسر حدودها الأيونية أقل من الطاقة الناتجة عن تفاعل الأيونات مع المذيب (أي الماء) فسوف تنفصل الأملاح وتتفاعل مع الماء وبالتالي تذوب.
المواد القابلة للذوبان
- يمكن خلط بعض المواد (مثل الماء والكحول) معًا وخلق مرحلة متجانسة بأي نسبة.
- لا يمكن تطبيق مقياس قابلية الذوبان على هاتين المادتين، وتسمى هذه المواد miscible أي قابلة للذوبان
- من ناحية أخرى إذا كان هناك اثنين من المواد لا يمكن أن يختلطا معاً (مثل المياه والنفط) يطلق عليها immiscible أي غير قابلة للذوبان.
العوامل التي تؤثر على الذوبان
درجة الحرارة
- تزيد إمكانية الذوبان في وجود درجة حرارة عالية، فهذا هو الحال بالنسبة لمعظم المذيبات.
- يختلف الوضع مع الغازات، فمع زيادة درجة الحرارة تصبح أقل قابلية للذوبان في بعضها البعض وفي الماء، ولكنها تصبح أكثر قابلية للذوبان في المذيبات العضوية.
القطبية
- في معظم الحالات يذوب المذاب في مذيبات لها قطبية مماثلة.
- يستخدم الكيميائيون قول مأثور شائع لوصف هذه الميزة من المذيبات والمذابات: “ذوبان المثيلات”.
- لا تذوب المواد المذابة غير القطبية في المذيبات القطبية والعكس.
الضغط
- بالنسبة لمعظم المحاليل الصلبة والسائلة فإن الضغط لا يؤثر على الذوبان.
- بالنسبة للغازات، ينص قانون هنري على أن قابلية ذوبان الغاز تتناسب طرديا مع ضغط هذا الغاز.
- يتم تقديم هذا رياضيا على النحو التالي: p = kc، حيث k هو ثابت يعتمد على درجة الحرارة للغاز.
الحجم الجزيئي
- كلما كانت جزيئات المذاب أكبر كان حجمها الجزيئي أكبر، ومن الصعب بالنسبة لجزيئات المذيبات أن تحيط بجزيئات أكبر منها.
- إذا تم استبعاد جميع العوامل المذكورة أعلاه، يمكن العثور على قاعدة عامة أن الجسيمات الكبيرة تكون عمومًا أقل قابلية للذوبان.
- إذا كان الضغط ودرجة الحرارة متماثلين من بين اثنين من المذابان من نفس القطبية، عادةً ما يكون المذاب ذو الجزيئات الأصغر أكثر قابلية للذوبان.
التحريك يزيد من سرعة الذوبان
- لا يؤثر التحريك على قابلية ذوبان مادة ما، لكن الجميع يعلم أنه إذا وضع السكر في الشاي ولم يقلب فلن يذوب.
- في الواقع إذا تركنا الشاي لفترة طويلة بما فيه الكفاية، فإن السكر سيذوب، يزيد التحريك فقط من سرعة العملية.
