الفصل الرابع: المحاليل والتعبير عن التركيز

مقدمة

تعتبر المحاليل مهمة في علم الكيمياء، والمحاليل السائلة هي الوسط المألوف للتفاعلات الكيميائية لأنها تساعد على حدوث التداخل بين المواد المتفاعلة لحدوث التفاعل الكيميائي.

المحلول: خليط متجانس من مادتين أو أكثر لا يحدث بينهما تفاعل كيميائي، تسمى المادة الأكثر (المذيب) والمادة الأقل (المذاب).

محلول = مذيب + مذاب

أنواع المحاليل:

محلول صلب في سائل: مثل (إذابة ملح الطعام في الماء).
محلول سائل في سائل: مثل (إذابة الكحول في الماء).
محلول غاز في سائل: مثل (إذابة غاز كلوريد الهيدروجين (HCl) في الماء لينتج محلول مائي يسمى حامض الهيدروكلوريك).
محلول غاز في غاز: مثل (الهواء الجوي خليط من الغازات).
محلول صلب في صلب: مثل (السبائك المختلفة مثل قطع النقود وسبائك الذهب).

طبيعة المحاليل:

تختلف المحاليل في تسميتها وذلك حسب كمية المذاب والمذيب أو طبيعة عملية الذوبان. وتقسم إلى:

المحلول المشبع: هو المحلول الذي يحتوي على أكبر قدر ممكن من المذاب وأن المذيب لا يستطيع أن يذيب أي زيادة أخرى من المذاب عند درجة حرارة محددة وضغط معين.
المحلول فوق المشبع: هو المحلول الذي تفوق فيه كمية المذاب ما قد يمكن للمذيب من إذابته عند درجة حرارة محددة وضغط معين. هذا النوع من المحاليل غير ثابت حيث أنها تلفظ الكمية الزائدة من المذاب على شكل راسب ليتحول إلى محلول مشبع.
المحلول غير المشبع: هو المحلول الذي يحتوي على كمية من المذاب أقل من الكمية اللازمة للتشبع عند درجة حرارة محددة وضغط معين.

س: ما الفرق بين محلول فوق المشبع ومحلول غير مشبع؟

المحلول فوق المشبع	المحلول غير المشبع
تكون فيه كمية المذاب أكثر من الكمية اللازمة للتشبع في درجة حرارة ثابتة وضغط معين.	تكون فيه كمية المذاب أقل من الكمية اللازمة للتشبع في درجة حرارة ثابتة وضغط معين.
يتكون في المحلول راسب بسبب الكمية الزائدة من المذاب.	لا يتكون فيه راسب.

المحاليل الإلكتروليتية وغير الإلكتروليتية:

س: ما المقصود بالمحلول الإلكتروليتي؟

ج: هو المحلول الذي تتأين فيه جزيئات المذاب إلى أيونات ويكون على نوعين: محلول إلكتروليتي قوي ومحلول إلكتروليتي ضعيف.

س: ما المقصود بكل من: 1) المحلول الإلكتروليتي القوي. 2) المحلول الإلكترليتي الضعيف؟

ج:

المحلول الإلكتروليتي القوي: هو المحلول الذي تتأين جزيئاته بشكل تام في المحلول مثل تأين حامض الهيدروكلوريك.
HCl → H⁺ + Cl⁻
المحلول الإلكتروليتي الضعيف: هو المحلول الذي تتأين جزيئات المذاب فيه بدرجة غير تامة (بسيطة) وتكون أيوناته في حالة توازن مع الجزيئات غير المتأينة مثل حامض الهيدروفلوريك.
HF ⇌ H⁺ + F⁻

س: ما الفرق بين المذاب الإلكتروليتي القوي والمذاب الإلكتروليتي الضعيف؟

مذاب إلكتروليتي قوي	مذاب إلكتروليتي ضعيف
تتأين جزيئات المذاب بشكل تام وتتحول إلى أيونات.	لا تتأين جزيئات المذاب بشكل تام وتكون أيوناته في حالة توازن مع الجزيئات غير المتأينة.
`HCl → H⁺ + Cl⁻`	`HF ⇌ H⁺ + F⁻`

ملاحظة: المحاليل التي لا تتأين في المذيب مطلقاً تسمى بالمحاليل غير الإلكتروليتية مثل (السكر والكحول الإثيلي).

قابلية الذوبان:

قابلية الذوبان: أكبر كمية من المادة المذابة يمكن أن تذوب في حجم ثابت من مذيب معين للحصول على محلول مشبع عند درجة حرارة محددة.

العوامل المؤثرة على قابلية الذوبان:

طبيعة المذاب والمذيب: (المذيب يذيب شبيهه). تعتمد على المساحة السطحية للمذاب المعرضة للمذيب (المسحوق يذوب أسرع من البلورات الكبيرة).
تأثير درجة الحرارة: تزداد قابلية ذوبان معظم المواد الصلبة بارتفاع درجة الحرارة (طاقة حركة الجزيئات تزداد فتزداد التصادمات).
تأثير الضغط: يؤثر بوضوح على قابلية ذوبان المواد الغازية، حيث تزداد قابليتها للذوبان كلما زاد الضغط الجزيئي للغاز فوق سطح المحلول (مثل المشروبات الغازية).

علل: يذوب مسحوق السكر أسرع من حبيباته؟

ج: لأن سطح المسحوق المعرض لملامسة جزيئات الماء يكون أكبر من السطح لحبيبات السكر.

علل: تذوب المواد في المحاليل الساخنة أسرع من الباردة؟

ج: لأنه في المحاليل الساخنة تزداد الطاقة الحركية لجزيئات المذيب وبالتالي يؤدي إلى زيادة قوة التصادم بين جزيئات المذيب والمذاب فتزداد قابلية الذوبان.

علل: تصاعد فقاعات غاز CO₂ في المشروب الغازي بعد فتح غطاء قنينة المشروب؟

ج: لأنه عند فتح غطاء الزجاجة فإن ضغط CO₂ يقل وبذلك تقل قابلية ذوبان الغاز فيتصاعد على شكل فقاعات.

تركيز المحلول:

تركيز المحلول: كمية المادة المذابة في كمية معينة من المذيب أو المحلول.

يمكن التعبير عن تركيز المحلول إما وصفياً (مخفف/مركز) أو كمياً.

أولاً: التعبير الوصفي:

المحلول المخفف: هو المحلول الذي يحتوي على كمية قليلة من المذاب.
المحلول المركز: هو المحلول الذي يحتوي على كمية كبيرة من المذاب.

س: ما الفرق بين المحلول المركز والمحلول المخفف؟

المحلول المركز	المحلول المخفف
يحتوي على كمية كبيرة من المذاب.	يحتوي على كمية قليلة نسبياً من المذاب.
كمية المذيب تكون قليلة (نسبياً).	كمية المذيب تكون كبيرة (نسبياً).

ثانياً: التعبير الكمي:

1. التركيز بالنسبة المئوية الكتلية:

هو عدد وحدات الكتلة من المادة المذابة في 100 وحدة من كتلة المحلول (أو هي عدد غرامات المذاب في مئة غرام من المحلول).

النسبة الكتلية للمذاب = (كتلة المذاب / كتلة المحلول) × 100%

النسبة الكتلية للمذيب = (كتلة المذيب / كتلة المحلول) × 100%

حيث: كتلة المحلول (m_T) = كتلة المذاب (m₁) + كتلة المذيب (m₂)

مثال 4-1:

ما النسبة الكتلية للمذاب والمذيب لمحلول مكون من 15.3g ملح طعام مذاب في 155g من الماء؟

الحل:

كتلة المذاب (m₁) = 15.3 g

كتلة المذيب (m₂) = 155 g

كتلة المحلول (m_T) = m₁ + m₂ = 15.3 + 155 = 170.3 g

النسبة الكتلية للمذاب = (15.3 / 170.3) × 100% ≈ 8.98 %

النسبة الكتلية للمذيب = (155 / 170.3) × 100% ≈ 91.02 %

(أو 100% - 8.98% ≈ 91.02 %)

مثال 4-2:

نموذج من الخل يحتوي على نسبة كتلية مقدارها 4% من حامض الخليك. ما كمية الخل التي نحتاجها لكي نحصل على 20g من حامض الخليك؟

الحل:

كتلة المذاب (حامض الخليك) = 20 g

النسبة الكتلية للمذاب = 4 %

كتلة المحلول (الخل) = ؟

النسبة الكتلية للمذاب = (كتلة المذاب / كتلة المحلول) × 100%

4 % = (20 g / كتلة المحلول) × 100%

كتلة المحلول = (20 g × 100) / 4 = 2000 / 4 = 500 g

كمية الخل التي نحتاجها = 500 g

تمرين (4-1) ص 71 (أ):

احسب النسبة الكتلية لكل من المذاب والمذيب في محلول محضر من إذابة 48.2g من السكر في 498g من الماء.

الحل: (يترك للطالب)

تمرين (4-1) ص 71 (ب):

احسب النسبة الكتلية لكل من حامض الهيدروكلوريك والماء عند تخفيف 20g من HCl في 80g من الماء المقطر.

الحل: (يترك للطالب)

2. التركيز بالنسبة المئوية الحجمية:

هي نسبة حجم كل مكون من مكونات المحلول إلى الحجم الكلي للمحلول مضروباً في مئة.

النسبة الحجمية للمذاب = (حجم المذاب / حجم المحلول) × 100%

النسبة الحجمية للمذيب = (حجم المذيب / حجم المحلول) × 100%

حيث: حجم المحلول (V_T) = حجم المذاب (V₁) + حجم المذيب (V₂)

مثال 4-3:

احسب النسبة الحجمية لكل من حامض الخليك والماء في محلول تكون عند خلط 20mL من حامض الخليك و 30mL من الماء.

الحل:

حجم المذاب (V₁) = 20 mL

حجم المذيب (V₂) = 30 mL

حجم المحلول (V_T) = V₁ + V₂ = 20 + 30 = 50 mL

النسبة الحجمية للمذاب = (20 / 50) × 100% = 40 %

النسبة الحجمية للمذيب = (30 / 50) × 100% = 60 %

مثال 4-4:

ما حجم محلول كحول الإثيل بالمليلتر (mL) اللازم إضافته للماء ليصبح حجم المحلول الكلي 50mL لتكون نسبته الحجمية 40%؟

الحل:

حجم المحلول (V_T) = 50 mL

النسبة الحجمية للمذاب = 40 %

حجم المذاب (كحول الإثيل) = V₁ = ؟

النسبة الحجمية للمذاب = (V₁ / V_T) × 100%

40 % = (V₁ / 50 mL) × 100%

V₁ = (40 × 50 mL) / 100 = 2000 / 100 = 20 mL

حجم كحول الإثيل = 20 mL

تمرين (4-3) ص 74:

احسب النسبة المئوية بالحجم لكل من (H₂SO₄) والماء عند إضافة 20mL من (H₂SO₄) في 80mL من الماء المقطر.

الحل: (يترك للطالب)

3. التركيز بالكتلة/الحجم:

هو تعبير عن التركيز بوحدة كتلة المذاب (بالغرامات) في حجم معين من المحلول بوحدة (اللتر (L)). وتكون وحدة التركيز هي (غرام / لتر) أو (g/L).

وهو نفس مفهوم الكثافة.

التركيز (غرام/لتر) = كتلة المذاب (g) / حجم المحلول (L)

أو الكثافة (ρ) = الكتلة (m) / الحجم (V)

مثال 4-5:

أذيب 5g من كبريتات النحاس في 0.5L من الماء المقطر. احسب تركيز المذاب في المحلول بوحدة g/L.

الحل:

كتلة المذاب (m) = 5 g

حجم المحلول (V) = 0.5 L

التركيز (g/L) = m(g) / V(L) = 5 g / 0.5 L = 10 g/L

تمرين (4-4) ص 74:

ما كتلة هيدروكسيد الصوديوم اللازم إذابتها في لتر من الماء المقطر للحصول على تركيز منها في المحلول بمقدار 0.5 g/L؟

الحل: (يترك للطالب)

مثال 4-6:

احسب النسبة الكتلية لكحول المثيل لمحلول يحتوي على 27.5g من كحول المثيل و 175mL من الماء. (افترض أن كثافة الماء تساوي 1.00 g/mL).

الحل:

نحتاج لحساب كتلة الماء أولاً باستخدام الكثافة:

الكثافة (ρ) = الكتلة (m) / الحجم (V)

1.00 g/mL = كتلة الماء / 175 mL

كتلة الماء (m₂) = 1.00 g/mL × 175 mL = 175 g

كتلة المذاب (m₁) = 27.5 g

كتلة المحلول (m_T) = m₁ + m₂ = 27.5 + 175 = 202.5 g

النسبة الكتلية لكحول المثيل = (m₁ / m_T) × 100%

= (27.5 g / 202.5 g) × 100% ≈ 13.6 %

تمرين (4-5) ص 75:

احسب كتلة KCl بالغرامات الموجودة في 0.337L في محلول نسبة KCl الكتلية فيه تساوي 5.80%. (افترض أن كثافة المحلول تساوي 1.05 g/mL).

الحل: (يترك للطالب - يحتاج تحويل الحجم إلى كتلة باستخدام الكثافة ثم تطبيق قانون النسبة الكتلية)

🔔 هام : وزاريات ثالث متوسط على التليجرام 2025 اضغط هنا

شاهد فيديو الشرح للأستاذة زينب عبد الكاظم من قناة الباحث العلمي

شكرا لكم لاتنسونا الدعاء

تعديل المقال