Back to chapter

12.2:

القوى بين الجزيئات في المحاليل

JoVE Core
Chemistry
A subscription to JoVE is required to view this content.  Sign in or start your free trial.
JoVE Core Chemistry
Intermolecular Forces in Solutions

Languages

Share

عندما تختلط مادتان،فإن القوى الرابطة بين الجزيئات المكونة لهما،أو القوى البين جزيئية سوف تتعطل. القوى البين جزيئية متعددة الأنواع،كقوى التشتت،التي بين جزيئات النيتروجين،وقوى الجذب بين جزيئين قطبيين في حمض الهيدروكلوريك،والرابطة الهيدروجينية الموجودة بين جزيئات الأمونيا،والقوى الرابطة بين أيون وجزيء قطبي،كما في أيونات البوتاس مع جزيئات الماء. كي يذوب مذاب في مذيب،لا بد للتفاعلات بين جسيمات المذاب بعضها بعض أن تتعطل كي تتوزع جسيمات المذاب بالتساوي داخل المذيب.ولا بد للتفاعلات بين جسيمات المذيب بعضها البعض أن تتعطل كذلك لاستيعاب جسيمات المذاب بين جزيئات المذيب. ولا بد من انشاء تفاعل بين جسيمات كل من المذيب والمذاب كي تتمكن المادتان من الاختلاط. تعتمد قدرة مذاب على الذوبان داخل مذيب على،مدى قوة تلك الأنواع الثلاث من الترابطات مقارنة ببعضها البعض.إذا كانت الروابط التي تشد جزيئات المذيب إلى جزيئات المذاب قوية بما يكفي للتغلب على تفاعل بين جزيئات المذيب،وتلك التي بين جزيئات المذاب،و بالتالي،فسوف يذوب المذاب بسرعة داخل المذيب. لنتأمل محلولًا ملحيًا. قبل خلط أيونات الصوديوم وأيونات الكلور لتكوين الملح،تكون الأيونات مترابطة على شكل بلورة بواسطة رابطة أيونية.أما جزيئات الماء فتترابط فيما بينها بواسطة الرابطة الهيدروجينية. عند إضافة كلوريد الصوديوم إلى الماء،ترتب جزيئات الماء نفسها بطريقة بحيث يكون الطرف الموجب للجزيء القطبي،بمواجهة أيونات الكلور السالبة،فيما يكون الطرف السالب للجزيء القطبي،بمواجهة أيونات الصوديوم موجبة الشحنة. هذه الروابط بين الأيون والجزيء القطبي تضعف الروابط الأيونية القائمة بين أيونات الصوديوم وأيونات الكلور بحيث تنفصل الأيونات وتتفكك البنية البلورية.تلتف جزيئات الماء حول الأيونات التي انفصلت. مثل هذه الروابط تسمى جميعًا الإماهة. كما تتغلب الأيونات المرطبة على جزء من الرابطة الهيدروجينية القائمة بين جزيئات الماء.الآن يقال إن الملح يذاب في الماء.

12.2:

القوى بين الجزيئات في المحاليل

يعد تكوين المحلول مثالًا على عملية عفوية، وهي عملية تحدث في ظل ظروف محددة بدون طاقة من مصدر خارجي.

عندما لا تختلف قوى قوى التجاذب بين الجزيئات بين الأنواع المذابة والمذيبة في المحلول عن تلك الموجودة في المكونات المنفصلة، فإن المحلول يتشكل بدون أي تغير مصاحب في الطاقة. يسمى هذا المحلول محلولاً مثالياً مزيج من الغازات المثالية (أو الغازات مثل الهيليوم والأرجون، والتي تقترب عن كثب من السلوك المثالي) هو مثال على المحلول المثالي لأن الكيانات التي تتكون منها هذه الغازات لا تعاني من عوامل جذب كبيرة بين الجزيئات.

قد تتشكل المحاليل المثالية أيضاً عند خلط سوائل متشابهة من الناحية الهيكلية. على سبيل المثال، تشكل أمزجة الكحول الميثانول (CH3OH) والإيثانول (C2 H5OH) محاليلاً مثالية، مثلها مثل الأمزجة من الهيدروكربونات: البنتان، C5H12، والهكسان ، C6H14 على عكس أمزجة الغازات، فإن مكونات هذه المحاليل سائل-سائل تواجه بالفعل قوى جذب بين الجزيئات. ولكن نظراً لأن جزيئات المادتين اللتين يتم خلطهما متشابهة جداً من الناحية الهيكلية، فإن القوى الجاذبة بين الجزيئية بين الجزيئات المتشابهة وغير المتشابهة هي ذاتها بشكل أساسي، وبالتالي لا تستلزم عملية الذوبان أي زيادة ملحوظة أو نقصان في الطاقة. توضح هذه الأمثلة كيف يمكن أن يوفر تشتت المادة المتزايد وحده القوة الدافعة المطلوبة للتسبب في التكوين التلقائي للمحلول. ومع ذلك، في بعض الحالات، قد تمنع المقادير النسبية لقوى التجاذب بين الجزيئية بين بعض أنواع المذابات والمذيبات حدوث الانحلال.

ضع في اعتبارك مثال مركب أيوني يذوب في الماء. يتطلب تكوين المحلول القوى الكهروستاتيكية بين كاتيونات وأنيونات المركب (مذاب–مذاب) للتغلب عليها تماماً حيث يتم إنشاء قوى جاذبة بين هذه الأيونات وجزيئات الماء (مذيب-مذاب). يجب أيضاً التغلب على الروابط الهيدروجينية بين قسم صغير نسبياً من جزيئات الماء لاستيعاب أي مادة مذابة. إذا كانت القوى الكهروستاتيكية للمادة المذابة’ أكبر بكثير من قوى الإذابة، فإن عملية الذوبان ماصة للحرارة بشكل كبير وقد لا يذوب المركب بدرجة ملحوظة. من ناحية أخرى، إذا كانت قوى الإذابة أقوى بكثير من القوى الكهروستاتيكية للمركب’، فإن الانحلال يكون طارداً للحرارة بشكل كبير وقد يكون المركب قابلاً للذوبان بدرجة عالية.

هذا النص مقتبس منOpenstax, Chemistry 2e, Section 11.1: The Dissolution Process.