الأهداف

الأهداف

• تميز بين المادة النقية والمخلوط.
• تصف نوعين مختلفين من المخاليط.
• تصف أنواعًا مختلفة من المحاليل.
• تفسر قدرة الماء على إذابة العديد من المواد.
• تحدد العوامل المؤثرة في كمية المذاب التي تذوب في مذيب ما.
• تصف تأثير درجة الحرارة في سرعة الذوبان.
• تصف تأثير تركيب المركب في نوع المواد المذابة فيه.

الأهمية

الهواء الذي نتنفسه، والماء الذي نشربه، وحتى بعض مكونات أجسامنا محاليل.

مراجعة المفردات

• البروتون: جسم موجب الشحنة يوجد في نواة الذرة.
• العنصر: مادة تتكون من نوع واحد من الذرات.
• المركب: مادة تنتج من اتحاد عنصرين أو أكثر معًا، وتختلف في خواصها عن خواص العناصر المكونة لها.

المفردات الجديدة

• المادة النقية
• المخلوط غير المتجانس
• المخلوط المتجانس
• المحلول
• المذيب
• المذاب
• الراسب
• المحلول المائي
• الذائبية
• المحلول المشبع
• التركيز

المحاليل والذائبية

المواد

يختلف الماء النقي عن الماء المالح وعن عصير البرتقال غير المصفى، ويمكن لعلم الكيمياء أن يفسر هذه الاختلافات.
فمثلًا: الماء النقي لا يتغير تركيبه عند بعض العمليات الفيزيائية، ومنها التجمد والغليان، أما الماء المالح فعند غليه يتبخر الماء تاركًا الملح. وعند تصفية عصير البرتقال ينفصل اللب عنه.
يعتمد تفسير هذه الاختلافات على التراكيب الكيميائية للمواد.

المادة النقية

المادة النقية هي المادة التي لها تركيب كيميائي محدد وثابت، ولا يمكن تجزئتها إلى مواد أبسط بوساطة العمليات الفيزيائية كالغلي، أو الطحن، أو الترشيح.

وقد تكون المادة النقية:

• عنصرًا
• مركبًا

العنصر

تتكون المادة النقية أحيانًا في صورة عناصر، وكل عنصر يحتوي على نوع واحد من الذرات.

المركب

قد تكون المادة النقية مركبًا، ويتكون المركب من اتحاد عنصرين أو أكثر، وله تركيب ثابت.
مثال ذلك: الماء مركب مكون من عنصري الهيدروجين والأكسجين، ويتكون من اتحاد ذرتي هيدروجين مع ذرة أكسجين واحدة، سواء كان في صورة ثلج أو سائل أو بخار.

المخاليط

عرفت أن الماء المالح ليس مادة نقية؛ لأنه مخلوط من الملح والماء.
والمخلوط مكون من مواد غير مترابطة، بنسب غير محددة، ويمكن فصل بعضها عن بعض بالعمليات الفيزيائية.

أمثلة:

• يمكن فصل الملح عن الماء بالتبخير.
• يمكن فصل برادة الحديد عن الرمل بالمغناطيس.
• يمكن فصل لب الليمون عن عصير الليمون بالمصفاة.

المخاليط غير المتجانسة

من السهل تعرف معظم المخاليط غير المتجانسة بمجرد النظر إليها؛ إذ إن المواد فيها موزعة على نحو غير منتظم، وتختلف النسبة من موضع إلى آخر.
مثال ذلك: طبق السلطة؛ فقد يحتوي على طماطم وخيار وخس وملفوف، وتكون كميات المكونات مختلفة من جزء إلى آخر.

المخاليط المتجانسة

تبدو المخاليط المتجانسة ذات تركيب موحد؛ لأن المواد المكونة لها موزعة بانتظام.
ويطلق على المخلوط المتجانس أيضًا اسم المحلول.

مثال: السكر المذاب في الماء؛ حيث تتوزع جزيئات السكر في الماء بانتظام.

ماذا قرأت؟

ما الاسم الآخر للمخلوط المتجانس؟
الإجابة: المحلول.

كيف تتكون المحاليل؟

عندما نحضر محلول الماء والسكر نضيف السكر إلى الماء، ونحرك المخلوط حتى يختفي السكر.
عندئذ تذوب جزيئات السكر وتنتشر بانتظام في الماء مكونة محلولًا.

المذاب

المذاب Solute: المادة التي تذوب.

المذيب

المذيب Solvent: المادة التي تذيب المذاب، وغالبًا تكون كميتها أكبر.

في محلول السكر:

• الماء = المذيب
• السكر = المذاب

تكون المواد الصلبة من المحاليل

تحت ظروف محددة يمكن أن تتبلور (تترسب) كمية من المذاب على سطح من المحلول في صورة مادة صلبة.
وتسمى هذه العملية التبلور.

وقد ينتج عن خلط بعض المحاليل حدوث تفاعل كيميائي ينتج عنه مادة صلبة أيضًا، وتسمى هذه المادة الصلبة راسبًا.

مثال: الراسب الذي نراه أحيانًا في حوض الاستحمام أو المغسلة؛ إذ إن الأملاح المعدنية الذائبة في الماء تتفاعل مع الصابون مكونة راسبًا.

أنواع المحاليل

قد تكون المحاليل مكونة من تراكيب مختلفة من المواد الصلبة والسائلة والغازية.

الجدول 1: أمثلة على المحاليل الشائعة

| المحلول | المذيب/حالته | المذاب/حالته | حالة المحلول |
| ----------------- | ---------------- | ---------------------------------------------- | ------------ |
| الهواء الجوي | النيتروجين / غاز | الأكسجين، ثاني أكسيد الكربون، غازات أخرى / غاز | غاز |
| ماء المحيط | الماء / سائل | الملح / صلب | سائل |
| المشروبات الغازية | الماء / سائل | ثاني أكسيد الكربون / غاز | سائل |
| النحاس الأصفر | النحاس / صلب | الخارصين / صلب | صلب |

المحاليل السائلة

المحاليل السائلة أكثر شيوعًا، ويكون فيها المذيب سائلًا، والمذاب قد يكون صلبًا أو سائلًا أو غازًا.

1) محاليل (صلب – سائل)

مثل:

• محلول السكر والماء
• محلول الملح والماء

2) محاليل (غاز – سائل)

مثل:

• المشروبات الغازية

فيها يكون الماء هو المذيب السائل، وغاز ثاني أكسيد الكربون هو المذاب الغازي.

ماذا قرأت؟

ما المواد المذابة في المشروبات الغازية؟
الإجابة: أهمها ثاني أكسيد الكربون، وقد توجد مواد مذابة أخرى تكسب المشروب لونه وطعمه.

3) محاليل (سائل – سائل)

في هذا النوع يكون كل من المذيب والمذاب سائلًا.
مثال ذلك: الخل، فهو مصنوع غالبًا من الماء بنسبة 95% تقريبًا، ومن حمض الأسيتيك بنسبة 5%.

المحاليل الغازية

قد تذوب كمية قليلة من أحد الغازات في كمية أكبر من غاز آخر، ويسمى ذلك محلولًا غازيًا.
ومن أمثلة المحاليل الغازية الهواء الذي نتنفسه؛ إذ يشكل النيتروجين حوالي 78% من الهواء الجاف، ويعد مذيبًا، أما الغازات الأخرى فتعد مذابات.

المحاليل الصلبة

قد يكون كل من المذاب والمذيب مادة صلبة.
ومن أمثلة المحاليل الصلبة السبائك الفلزية.

مثال:

• النحاس الأصفر: محلول صلب مصنوع من النحاس والخارصين.
• الفولاذ: محلول صلب مصنوع من الحديد والكربون.

الماء مذيب عام

يوصف الماء غالبًا بأنه مذيب عام؛ لأنه يذيب كثيرًا من المواد.
وتسمى المحاليل التي يكون الماء فيها مذيبًا المحاليل المائية.

ولكي نعرف سبب قدرة الماء على الإذابة، لا بد من معرفة بعض المعلومات عن الذرات والروابط بينها.

الرابطة التساهمية

الرابطة التساهمية هي أحد أنواع الروابط الكيميائية، وتتميز بمساهمة زوج أو أكثر من الإلكترونات بين الذرات، مما ينتج عنه جزيء متعادل.
وللرابطة التساهمية نوعان:

• رابطة تساهمية غير قطبية
• رابطة تساهمية قطبية

ويرتبط نوع الرابطة بقيمة الفرق في الكهروسالبية بين الذرات.

الجدول 2: فرق الكهروسالبية ونوع الرابطة

| فرق الكهروسالبية | نوع الرابطة |
| ---------------- | ----------------- |
| أكبر من 1.7 | أيونية غالبًا |
| من 0.4 إلى 1.7 | تساهمية قطبية |
| أقل من 0.4 | تساهمية غالبًا |
| 0 | تساهمية غير قطبية |

كيف تتكون الرابطة التساهمية؟

1) الرابطة التساهمية غير القطبية (مثال: جزيء الهيدروجين H2)

يتكون جزيء الهيدروجين من ذرتي هيدروجين متماثلتين في الكهروسالبية، حيث تبلغ قيمة الكهروسالبية للهيدروجين 2.2
إذًا الفرق في الكهروسالبية = 2.2 - 2.2 = 0
وبذلك نستنتج أن الرابطة بينهما تساهمية غير قطبية.

2) الرابطة التساهمية القطبية (مثال: جزيء الماء H2O)

يوجد اختلاف في الكهروسالبية بين ذرة الهيدروجين وذرة الأكسجين.
ولهذا تنجذب الإلكترونات أكثر نحو الأكسجين، فينشأ عن ذلك شحنة جزئية سالبة على الأكسجين وشحنة جزئية موجبة على الهيدروجين، فتكون الرابطة تساهمية قطبية.

الروابط الأيونية

أحيانًا لا تتشارك الذرات بالإلكترونات، بل تفقد بعض الذرات إلكترونات وتكتسبها ذرات أخرى.
وعندما تفقد الذرة إلكترونات تصبح موجبة الشحنة، وعندما تكتسبها تصبح سالبة الشحنة.
وتسمى الذرات المشحونة أيونات، وتسمى الروابط بين الأيونات روابط أيونية.

مثال: كلوريد الصوديوم
يتكون من:

• أيون صوديوم موجب
• أيون كلوريد سالب

ماذا قرأت؟

كيف يختلف المركب الأيوني عن المركب الجزيئي (التساهمي)؟
الإجابة:
المركب الأيوني يتكون من أيونات موجبة وسالبة، أما المركب الجزيئي التساهمي فيتكون من ذرات تشترك في الإلكترونات.

كيف يذيب الماء المركبات الأيونية؟

لأن جزيئات الماء قطبية، فإن:

• الطرف السالب من جزيء الماء ينجذب إلى الأيونات الموجبة.
• الطرف الموجب من جزيء الماء ينجذب إلى الأيونات السالبة.

وبذلك تستطيع جزيئات الماء فصل الأيونات بعضها عن بعض ونشرها في الماء.
ويوضح ذلك ذوبان كلوريد الصوديوم في الماء.

كيف يذيب الماء المركبات الجزيئية (التساهمية)؟

يمكن للماء أيضًا أن يذيب بعض المركبات الجزيئية، مثل السكر.
فجزيئات الماء تحيط بجزيئات السكر وتفصل بعضها عن بعض، ثم تنتشر جزيئات السكر في الماء.

ما الذي يذوب؟

عندما نحرك ملعقة سكر في كوب ماء، يذوب السكر، أما الرمل فلا يذوب.

المثل يذيب المثل

يستخدم الكيميائيون هذا المبدأ، ويعني أن:

• المذيبات القطبية تذيب المواد القطبية
• المذيبات غير القطبية تذيب المواد غير القطبية

مثال:

• يذوب السكر في الماء؛ لأن كليهما قطبي.
• لا يختلط الزيت بالماء؛ لأن الزيت غير قطبي بينما الماء قطبي.

ماذا قرأت؟

ماذا تعني عبارة: المثل يذيب المثل؟
الإجابة: المادة تذوب أفضل في مذيب يشبهها في طبيعتها.

ما مقدار الذائبية؟

على الرغم من أن السكر قابل للذوبان في الماء، إلا أنك إذا حاولت إذابة كمية كبيرة جدًا في كمية قليلة من الماء فلن يذوب كله.

الذائبية Solubility: كمية المادة التي يمكن إذابتها في 100 جرام من المذيب عند درجة حرارة معينة.

مثال:

• يمكن إذابة 100 جرام من نترات البوتاسيوم في 100 جرام من الماء عند 25°س تقريبًا.
• بينما توجد مواد أخرى قليلة الذائبية، مثل كبريتات الباريوم.

ماذا قرأت؟

اذكر مثالًا على مادة غير قابلة للذوبان في الماء.
الإجابة: كبريتات الباريوم.

الذائبية في محاليل (صلب – سائل)

تتغير ذائبية كثير من المواد الصلبة في الماء بتغير درجة حرارة المذيب.
فبعض المواد تزداد ذائبيتها بارتفاع درجة الحرارة، بينما مواد أخرى لا تتغير ذائبيتها كثيرًا.

الذائبية في المحاليل (غاز – سائل)

ذائبية الغازات تقل بزيادة درجة الحرارة، على عكس أغلب المواد الصلبة في السوائل.
مثال:

• إذا فتحت علبة مشروب غازي ساخنة، خرجت الفقاعات بسرعة.
• لأن ثاني أكسيد الكربون يكون أقل ذوبانًا في السائل عند ارتفاع درجة الحرارة.

كما أن زيادة الضغط تؤدي إلى ذوبان كمية أكبر من الغاز في السائل.

ماذا قرأت؟

قل لماذا يقل مذاق المشروب الغازي بصورة ملحوظة إذا تركت العلبة مفتوحة عدة أيام؟
الإجابة: لأن غاز ثاني أكسيد الكربون يخرج من المشروب تدريجيًا، فتقل الفقاعات ويتغير الطعم.

المحاليل المشبعة

إذا أضيفت كمية من كربونات الكالسيوم إلى 100 جرام من الماء عند 25°س، فإن كمية محددة فقط تذوب، وأي كمية إضافية لا تذوب.

المحلول المشبع Saturated Solution: محلول يحتوي على كل ما يمكن إذابته من المذاب في الظروف نفسها.

أما إذا كان يحتوي على كمية أقل من الحد الأقصى الممكن إذابته، فيسمى محلولًا غير مشبع.

وقد يستطيع المذيب الساخن إذابة كمية أكبر من المذاب، وإذا برد المحلول وبقي المذاب الزائد مذابًا لبعض الوقت، يسمى محلولًا فوق مشبع.

معدل الذوبان

تذوب بعض المواد بسرعة في محاليلها، بينما يحتاج بعضها الآخر وقتًا أطول.
ولا تدل الذائبية على سرعة الذوبان، بل على كمية المذاب التي يمكن أن تذوب.

ويمكن تسريع الذوبان عن طريق:

• تحريك المحلول
• زيادة درجة الحرارة
• سحق المذاب إلى أجزاء صغيرة لزيادة مساحة السطح

التركيز

ما الذي يجعل طعم شراب الليمون قويًا أو ضعيفًا؟
إنه التركيز.

التركيز Concentration: يشير إلى كمية المذاب بالنسبة إلى كمية المذيب في المحلول.

• إذا كانت كمية المذاب كبيرة بالنسبة إلى كمية المذيب، كان المحلول مركزًا.
• وإذا كانت كمية المذاب قليلة بالنسبة إلى كمية المذيب، كان المحلول مخففًا.

ومن الطرق الشائعة لتحديد التركيز التعبير بالنسبة المئوية.

تطبيق العلوم: كيف تقارن التراكيز؟

تختلف المحاليل بعضها عن بعض في التركيز أو القوة اعتمادًا على كمية المذاب وكمية المذيب.

مثال توضيحي:
كلما كانت كمية مسحوق العصير أكبر في الكمية نفسها من الماء، أصبح اللون أغمق والطعم أقوى.

تحديد المشكلة

يوضح الجدول الآتي مستويات تركيز مختلفة لمحاليل الجلوكوز، وهو نوع من الكربوهيدرات.

جدول: محاليل الجلوكوز (جم / 100 مل)

| المذاب جلوكوز (جم) | المذيب الماء (مل) | تركيز محلول الجلوكوز (%) |
| -----------------: | ----------------: | -----------------------: |
| 2 | 100 | 2 |
| 4 | 100 | 4 |
| 10 | 100 | 10 |
| 20 | 100 | 20 |

حل المشكلة

يصف طبيب وصفة لمريض، وهي 1000 مل من محلول الجلوكوز بتركيز 2%.
كم جرامًا من الجلوكوز يجب أن تضاف إلى 1000 مل ماء لتحضير هذا المحلول؟

المهن: الصيدلة

يعتمد الأطباء على الصيادلة في تحضير محاليل الوريد (IV).
إذ يجب على الصيدلي معرفة تركيز الدواء المركز، ثم يخففه بإضافة كمية مناسبة من المذيب للحصول على التركيز المطلوب للمريض.

مراجعة الدرس 1

الخلاصة

المواد

• العناصر مواد نقية لا يمكن تجزئتها إلى مواد أبسط بعمليات فيزيائية.
• يكون المركب من عنصرين أو أكثر ترتبط بينها روابط كيميائية.

المخاليط والمحاليل

• تكون المخاليط متجانسة أو غير متجانسة.
• يتكون المحلول من مذيب ومذاب.
• يعد التبلور والترسيب من الطرائق الشائعة للحصول على المواد الصلبة من المحاليل.

أنواع المحاليل

• يمكن أن تكون المذيبات والمواد المذابة مواد صلبة أو سائلة أو غازية.

المذيب العام

• يوصف الماء بأنه مذيب عام.
• الجزيء الذي تتوزع إلكتروناته فيه بصورة غير منتظمة يكون جزيئًا قطبيًا.
• الجزيء الذي تتوزع إلكتروناته فيه بصورة منتظمة يكون جزيئًا غير قطبي.
• المركب الذي تفقد فيه الذرات الإلكترونات أو تكتسبها يسمى مركبًا أيونيًا.

ذوبان المواد

• يستخدم الكيميائيون مبدأ: المثل يذيب المثل.

التركيز

• التركيز هو نسبة كمية المذاب إلى كمية المذيب.

اختبر نفسك

• قارن بين المادة النقية والمخلوط. أعط مثالين على كل منهما.
• صف كيف تختلف المخاليط المتجانسة عن المخاليط غير المتجانسة؟
• وضح كيف يتكون المحلول؟
• حدد اسم المحلول الفلزي من نوع صلب - صلب.
• حدد خاصية الماء التي تجعله مذيبًا عامًا.
• صف طريقتين لزيادة سرعة ذوبان المادة.
• استنتج لماذا من الضروري إضافة كلوريد الصوديوم إلى الماء عند صنع محاليل وريدية؟
• التفكير الناقد:

ما السبب في ملاحظة فصل الملابس الخشنة عن الملابس الناعمة بحيث لا يستطيع الماء إزالتها؟ ولماذا؟

• تفسر لماذا تعبأ المشروبات الغازية في عبوات تختلف عما تصنع منها أنظمة تعبئة الماء نفسها؟

تطبيق المهارات

• المقارنة:

قارن بين المحاليل التالية: مخلوط الهواء، والبرونز، والخل.
استنتج خصائصها، وسمّ مكوناتها الرئيسة.

• تعرف السبب والنتيجة:

عندما تشتري بعض المواد الصلبة من أحد المتاجر فتحملها إلى البيت، إذا كانت رائحتها أو لونها غير طبيعي أو أسرع مما لو كانت درجة حرارة الجو 23°س، ففسر ذلك في ضوء ما درست عن التفاعلات الكيميائية.