4.7: ذوبان المركبات الأيونية

القابلية للذوبان هي مقياس الحد الأقصى لمقدار المُذاب الذي يمكن إذابته في كمية معينة من المذيب عند درجة حرارة وضغط معينين. وتقاس القابلية للذوبان عادة بالمولارية (م) أو مولات لكل لتر (مول/لتر) يوصف المركب بأنه قابل للذوبان إذا كان يذوب في الماء.

عندما تذوب الأملاح القابلة للذوبان في الماء، تنفصل الأيونات الموجودة في المادة الصلبة وتتشتت بشكل موحد في جميع أنحاء المحلول؛ تمثّل هذه العملية تغييراً مادياً يُعرف باسم التفكك. كلوريد البوتاسيوم (KCl) هو مثال على الملح القابل للذوبان. عندما يضاف البوتاسيوم الصلب إلى الماء، تنجذب النهاية الموجبة (الهيدروجين) من جزيئات الماء القطبية إلى أيونات الكلوريد السالبة ، وتنجذب الأطراف السالبة (الأكسجين) من الماء إلى أيونات البوتاسيوم الموجبة. تحيط جزيئات الماء بأيونات K⁺ و Cl^&minus؛، مما يُضعف القِوى القوية التي تربط الأيونات ببعضها البعض وتسمح لها بذلك بالانتقال إلى المحلول على شكل أيونات مذابة.  

مثال آخر على الملح القابل للذوبان هو نترات الفضة ، AgNO₃ ، التي تذوب في الماء كأيونات Ag⁺ وNO₃^- . النترات ، NO₃^- ، هو أيون متعدد الذرات، وفي المحلول يبقى سليماً كوحدة واحدة كاملة. على عكس الأيونات أحادية الذرة (K⁺, Cl^-, Ag⁺) ، التي تحتوي على ذرة واحدة فقط، الأيونات متعددة الذرات هي مجموعة من الذرات التي تحمل شحنات (NO₃^-, SO₄^2-, NH₄⁺). تظل كذلك في المحلول ولا تنقسم إلى ذرات منفردة.  

يوصف مركب ما بأنه غير قابل للذوبان إذا لم يذب في الماء. ومع ذلك، في الواقع، فإن المركبات “غير القابلة للذوبان” تذوب إلى حد ما، أي أقل من 0.01 م.

في حالة الأملاح غير القابلة للذوبان ، تكون القوى البينية القوية التي تربط الأيونات في المادة الصلبة أقوى من قوى ثنائي القطب بين الأيونات الفردية وجزيئات الماء. نتيجة لذلك، تظل الأيونات سليمة ولا تنفصل. وبالتالي، يبقى معظم المركب غير مذاب في الماء. كلوريد الفضة (AgCl) هو مثال على الملح غير القابل للذوبان. لا تستطيع جزيئات الماء التغلب على القوى البينية القوية التي تربط أيونات Ag⁺ و Cl^-  ions معاً؛ ومن ثم، تظل المادة الصلبة غير منحلة.

قواعد الذوبان

تعتمد قابلية ذوبان المركبات الأيونية في الماء على نوع الأيونات (الكاتيون والأنيون) التي تشكل المركبات. على سبيل المثال، AgNO₃ قابل للذوبان في الماء ، لكن AgCl غير قابل للذوبان في الماء. يمكن التنبؤ بقابلية ذوبان الملح باتباع مجموعة من القواعد التجريبية (المدرجة أدناه) ، والتي تم تطويرها بناءً على الملاحظات على العديد من المركبات الأيونية.

1) المركبات التي تحتوي على أيونات الأمونيوم(NH₄⁺) والكاتيونات المعدنية القلوية قابلة للذوبان
2) جميع النترات والأسيتات قابلة للذوبان دائماً.
3) مركبات الكلوريد والبروميد واليوديد قابلة للذوبان باستثناء مركبات الفضة والرصاص والزئبق(I)
4) جميع أملاح الكبريتات قابلة للذوبان باستثناء أملاحها بالفضة والرصاص والزئبق(I) والباريوم والسترونشيوم والكالسيوم
5) جميع الكربونات والكبريتات والفوسفات غير قابلة للذوبان باستثناء أملاحها مع كاتيونات الأمونيوم والمعادن القلوية.
6) الكبريتيدات والهيدروكسيدات من جميع الأملاح غير قابلة للذوبان ، باستثناء أملاحها مع كاتيونات الفلزات القلوية وأيون الأمونيوم والكالسيوم والسترونتيوم وأيونات الباريوم.
7) جميع المركبات المحتوية على أكسيد غير قابلة للذوبان باستثناء مركباتها التي تحتوي على الكالسيوم والباريوم وكاتيونات الفلزات القلوية.

هذا النص مقتبس من OpenStax Chemistry 2e, Section 11.2: Electrolytes.

ذوبانية المذاب،هي أقصى حد ممكن من التركيز عند توازن الذوبان،في كمية معينة من المذيب. الذوبان يتأثر بدرجة الحرارة والظروف الفيزيائية الأخرى. المواد التي تذوب في الماء تسمى مواد قابلة للذوبان في الماء.

مركب أيوني بسيط قابل للذوبان في الماء مثل كلوريد الصوديوم،يذوب في الماء عن طريق التفكك إلى أيونات أحادية الذرة. هنا،يكون الأكثر ملاءمة لجزيئات الماء والأيونات أن تتفاعل في المحلول،علي أن تبقي الأيونات في الترتيب الصلب. هناك مركب أيوني،أكثر تعقيدًا،قابل للذوبان في الماء مثل،نترات الصوديوم الذي يحتوي على أيونات تتكون من ذرات متعددة مرتبطة تساهميًا معًا،أو أيونات متعددة الذرات.

عندما تذوب نترات الصوديوم،فإن أيونات نترات الصوديوم لا تنقسم إلى نيتروجين وأكسجين. بدلاًمن ذلك،تتشتت الأيونات في المحلول كوحدات سليمة. المواد التي لا تذوب في الماء،تسمى مواد غير قابلة للذوبان في الماء.

على سبيل المثال،كلوريد الفضة هو مركب أيوني غير قابل للذوبان في الماء. في هذه الحالة،يكون أكثر ملاءمة للأيونات البقاء في المادة الصلبة المرتبة،بدلاًمن التفاعل مع الماء،والتشتت في المحلول. ذوبانية مركب أيوني في الماء تعتمد على زوج الأيونات الذي يتكون منه المركب.

صاغ الكيميائيون مجموعة من المبادئ التوجيهية التجريبية،للتنبؤ بقابلية ذوبان المركبات الأيونية في الماء. الاستثناءات في هذه الإرشادات نادرة. جميع النترات والأسيتات قابلة للذوبان.

وبالمثل،كل مركبات الالامونيوم وغير-ليثيوم الفلزية القلوية قابلة للذوبان،مثل جميع أملاح الليثيوم تقريبًا. مركبات الكبريتات قابلة للذوبان،باستثناء أملاحها مع الرصاص والزئبق والفضة تذكر اختصار LMS أو العبارة Let Me See والكالسيوم والباريوم والسترونشيوم لنتذكر اختصار CBS أو عبارة Come By Soon. جميع أملاح الكلوريد والبروميد واليوديد قابلة للذوبان،باستثناء أملاحهم مع LMS الرصاص،الزئبق والفضة وكذلك النحاس والثاليوم.

بالانتقال إلى المركبات غير القابلة للذوبان،تعدالكبريتيدات والهيدروكسيدات غير قابلة للذوبان،باستثناء أملاحها مع المعادن القلوية والباريوم. بالإضافة إلى ذلك،كبريتيد الأمونيوم قابل للذوبان،وهيدروكسيد السترونشيوم قابل للذوبان عند تسخينه. وبالمثل،الكربونات والفوسفات غير قابلة للذوبان،باستثناء،أملاح الأمونيوم وغير الليثيوم المعدنية القلوية.