12.9: المحاليل المثالية

وفقاً لقانون رولت’، فإن ضغط البخار الجزئي لمذيب في محلول يساوي أو يتطابق مع ضغط بخار المذيب النقي مضروباً في الكسر الجزيئي في المحلول. قانون رولت’ صالح فقط للمحاليل المثالية. لكي يكون المحلول مثاليًا، يجب أن يكون التفاعل بين المذيب والمذيب قوياً مثل التفاعل بين المذيب والمذيب. وهذا يشير إلى أن كلا من المذاب والمذيب سيستخدمان نفس كمية الطاقة للهروب إلى مرحلة البخار كما هي عندما تكون في حالتها النقية. يكون هذا ممكناً فقط عندما تكون المكونات المختلفة للمحلول متشابهة كيميائياً، كما في حالة البنزين والتولوين أو الهكسان والهبتان.

نظراً لأن العديد من الحلول لا تحتوي على قوى جذب موحدة، فإن ضغط البخار لهذه الحلول ينحرف بعيداً عن الضغط الذي تنبأ به قانون رولت’. على سبيل المثال، عندما يذوب الإيثانول في الماء، هناك عوامل جذب قوية بين جزيئات الماء وجزيئات الإيثانول. تميل هذه القوى الجذابة إلى إبطاء فقدان جزيئات الماء من سطح المحلول. ومع ذلك ، إذا كان المحلول مخففاً بدرجة كافية، فسيحتوي السطح على المزيد من جزيئات الماء. قد لا تكون بعض جزيئات الماء السطحي محاطة بأي جزيئات إيثانول ولا يزال بإمكانها الهروب إلى مرحلة البخار بنفس المعدل كما هو الحال في الماء النقي. ويقال إن مثل هذه المحاليل المخففة تقترب من السلوك المثالي.

بالنسبة للمحاليل غير المثالية، يمكن أن يكون الانحراف عن قانون رولت’ إما سالباً أو إيجابياً. يحدث الانحراف السلبي عندما يكون ضغط البخار أقل من المتوقع بسبب قانون رولت’. يُظهر محلول الماء وحمض الهيدروكلوريك انحرافاً سلبياً لأن الروابط الهيدروجينية بين الماء وحمض الهيدروكلوريك تمنع جزيئات الماء السطحي من التبخر بسهولة.

بدلاً من ذلك، يحدث الانحراف الإيجابي عندما يكون التجاذب بين جزيئات كل مكون، سواء مذاب-مذاب أو مذيب-مذيب، أكبر من التجاذب بين المذيب والمذاب. في مثل هذه المحاليل، يمكن لكلا المكونين الهروب بسهولة إلى مرحلة البخار. مثال على الانحراف الإيجابي هو محلول البنزين والميثانول حيث أن القوى بين الجزيئات بين البنزين والميثانول أضعف من تلك الموجودة في الميثانول النقي.

توجد في المحلول ثلاث قوى جذب رئيسية بين جزيئية:التجاذبات بين جزيئات المذيب،والتجاذبات بين جزيئات المذاب،والتجاذبات بين جزيئات المذاب و جزيئات المذيب. إذا تعادلت قوة كل من أنواع الروابط الثلاث في المقدار،يسمى المحلول محلولًا مثاليًا. المحلول المثالي يتبع قانون راؤول في كافة التركيزات.

في محلول مثالي مكون من عنصرين متطايرين،كالتولين والبنزين،فإن ضغط البخار الجزئي لكل من العنصرين،يعطى من خلال قانون راؤول،كناتج ضرب ضغط بخار العنصر النقي وكسره المولي. في محلول معين،الكسر المولي للتولين 0.4،والكسر المولي للبنزين 0.6. بما أن ضغط البخار للتولين النقي وللبنزين النقي هو 22 و75 على التوالي،يكون الضغط الجزئي لكل من التولين والبنزين،في هذا المحلول،8.8 و 45 تور على التوالي.

ضغط البخار الكلي،هو مجموع الضغوط الجزئية لكل عنصر من العناصر،ويساوي 54 تور. في مثل هذا المحلول المثالي،التمثيل البياني لضغط البخار مقابل الكسر المولي،يعطي خطًا مستقيمًا. عندما لا تكون القوى البين جزيئية في محلول معين موحدة،يحيد المحلول عن قانون راؤول ويسمى محلولًا غير مثالي.

إذا كان التفاعل،بين المذيب والمذاب،في محلول معين أضعف من من التفاعل بين جزيئات المذيب فيما بينها،كما في حالة البنزين ومحلول الميثانول،سيسمح المذاب لجسيمات أكثر من المذيب بالهروب إلى الحالة الغازية،منها في المذيب النقي. وهكذا سيميل ضغط البخار ليكون أكبر مما يتنبأ به قانون راؤول. مثل هذه المحاليل،تُظهر انحرافًا إيجابيًا عن قانون راؤول.

وعلى العكس من ذلك،في محلول له تفاعل قوي بين المذاب والمذيب،سيمنع المذاب المذيب من التبخر،ويكون ضغط البخار للمحلول أقل مما يتنبأ به قانون راؤول. يلاحظ هذا في محلول مائي من الأسيتون والكلوروفورم،حيث الروابط الهيدروجينية القوية بين العنصرين،تؤدي إلى انحراف سلبي عن قانون راؤول.