محلول سازی

- مولاریته (M)

تعداد مول های ماده ی حل شده در یک لیتر از محلول.

مولاریته یکی از پرکاربرد ترین مفاهیم غلظت در شیمی تجزیه می باشد.

این تعریف بر اساس حجم کل محلول استوار است. وقتی غلظت محلول بر حسب مولاریته بیان می‌شود، محاسبه مقدار ماده حل شده موجود در یک نمونه معین از محلول آسان است. تعداد مولهای جسم حل شده از تقسیم کردن وزن آن بر حسب gr به وزن فرمولی آن (وزن مولکولی ، وزن اتمی ، وزن یونی) بدست می‌آید.

- درصد وزنی – حجمی (%W/V)

این غلظت برای بیان ترکیب محلولهای آبی رقیق و واکنشگرهای جامد به کار می رود بنابراین یک محلول آبی 5% از نیترات نقره محلولی می باشد که ازحل کردن 5 گرم نیترات نقره درمقدارکافی آب مقطر برای تولید 100 میلی لیتر محلول استفاده شده است.

100 * حجم محلول به میلی لیتر / وزن حل شونده به گرم = ٪ W/V

- نرمالیته (N)

تعداد هم ارز گرم های ( اکی والان های ) ماده ی حل شده در یک لیتر محلول.

نرمالیته ی یک محلول مانند مولاریته با تغییر دما اندکی تغییر میکند.

- گرم بر لیتر (C)

عبارت است از مقدارگرمهای جسم حل شده دریک لیترمحلول.

لیتر محلول / گرم حل شونده = C

- مولالیته (m)

تعداد مول های ماده ی حل شونده در یک کیلوگرم حلال

وزن حلال به کیلوگرم / تعداد مول های ماده حل شونده = مولالیته ( m)

مولالیته یک محلول عبارت است از عدد مولهای حل شده در 1000 گرم حلال. مولالیته یک محلول آبی بسیار رقیق همان مولاریته آن محلول است زیرا 1000 گرم آب تقریبا 1000 گرم حجم اشغال می کند.

- کسر مولی ( X)

کسر مولی یک جزء از محلول برابر با نسبت عدّه ی مول های آن جزء بر کل مول های تمام موارد موجود در محلول است.

که در آن کسر مولی A و ... عده ی مول های C , B , A و ... است. مجموع کسر مولی تمام اجزای موجود در محلول باید 1 باشد.

- درصد وزنی (%W)

درصد وزنی یک ماده حل شده دریک محلول عبارتست از:

100 * جرم کل محلول / جرم حل شونده = %W

محلول رقیق

محلولی که غلظت ماده ی حل شده در آن نسبتاً کم باشد.

محلول غلیظ

محلولی که غلظت ماده ی حل شده در آن نسبتاً زیاد باشد.

انحلال پذیری

بیشترین مقدار از یک ماده که در مقدار معینی حلال حل می شود و سیستم پایداری به وجود می آورد.

محلول سیر شده ( اشباع شده )

محلولی که در آن سرعت حل شدن ماده ی حل شونده ی خالص برابر با سرعت خارج شدن ماده ی حل شده از محلول است. که در نتیجه غلظت ماده ی حل شده، در حال تعادل، ثابت می ماند. در مورد NaCl در دمای اتاق ، غلظت محلول اشباع شده 6.2 است . یعنی ، یک لیتر از محلول اشباع شده شامل 6.2 مول NaCl حل شده است . وقتی در مورد حلالیت یک ماده صحبت می کنیم ، منظور ما غلظت آن ماده در محلول اشباع شده آن است . حلالیت NaCl در آب در دمای اتاق 6.2 است.

محلول سیر نشده ( اشباع نشده )

در این محلول، غلظت ماده ی حل شده، کمتر از غلظت آن در یک محلول سیر شده است. هر محلول آبی NaCl در دمای اتاق که کمتر از 6.2 ، NaCl داشته باشد ، با این توصیف هماهنگ است . در یک محلول اشباع نشده ، تعادل برقرار نشده است . اگر به این محلول مقدار بیشتری از ماده ی حل شدنی اضافه کنیم ، حل می شود و به محلول اشباع شده می رسیم .

محلول فوق سیر ( فوق اشباع )

در بعضی شرایط ، امکان رسیدن به محلول فوق اشباع نیز وجود دارد . در این محلول ، مقدار ماده ی حل شدنی بیشتر از مقدار ماده به هنگام تعادل است . یک محلول فوق اشباع NaCl در آب در دمای اتاق می تواند بیشتر از 6.2 ، NaCl داشته باشد . یک محلول فوق اشباع ، مانند یک محلول اشباع نشده ، در حالت تعادل نیست. این محلول در مجاورت ماده ی حل شدنی پایدار نیست . اگر بلوری از NaCl را به محلول فوق اشباع اضافه کنیم ، زیادی ماده ی حل شدنی به سرعت متبلور می شود . محلولی که باقی می ماند ، یک محلول اشباع شده است .

محلول های فوق اشباع در مورد جامدات ، به آسانی تشکیل می شوند . مثالی جالب در این زمینه ، ساختن شیر عسلی است . دستور کار برای ساختن شیر عسلی به این صورت است : 2 فنجان شکر ( در حدود 300g ) را به یک فنجان شیر ( در حدود 200g ) اضافه می کنیم . شکر در نقطه ی جوش ، حل می شود و محلول چسبنده ای تشکیل می دهد. وقتی محلول سرد شود ، با آنکه حلالیت شکر از حد گذشته است ، از محلول خارج نمی شود . به عبارت دیگر ، یک محلول فوق اشباع تشکیل می شود . در واقع شیر عسلی متبلور می شود و دوباره به تعادل می رسد .

انواع مواد حل شدنی

مواد حل شدنی در محلول های آبی را می توان به روش های گوناگون طبقه بندی کرد . به عنوان مثال می توانیم مواد حل شدنی گازی ، مایع و جامد را از یکدیگر متمایز سازیم . ولی در اکثر موارد بهتر است که مواد حل شدنی را ، بر حسب ساختمان ذره این آنها طبقه بندی کنیم نه بر اساس حالت فیزیکی آنها .

آب را غالبا یک « حلال همگانی » می گویند . ولی در عمل ، آب به عنوان حلال توانایی کاملا محدودی دارد . اگر جامدات را بر اساس نوع واحد های ساختمانی طبقه بندی کنیم ، جامدات در چهار گروه جای می گیرند.

1- یونی ( … , KClO3 , NaCl )

2- ملکولی ( … , H2O , I2 )

3- فلزی ( … , Mg , Na )

4- شبکه کوالانسی ( … , SiO2 , C )

از این چهار نوع ماده ی جامد ، هیچ فلز و ماکرو ملکولی در آب حل نمی شود. همه ی مواد حل شدنی که در آب حل می شوند یا به صورت یونی هستند یا به صورت مولکولی .

مواد حل شدنی یونی

بیشتر جامدات یونی ، ولی نه همه ی آنها ، در آب « محلولند » . یعنی حل می شوند و محلولهای نسبتا غلیظ می دهند . کلرات لیتیم ( LiClO3 ) یک مورد استثنایی است . حلالیت آن در آب ، در دمای اتاق 35 است. ترکیبات یونی مشابه ، مانند سدیم کلرید ، سدیم هیدروکسید و پتاسیم نیترات ، به آسانی در آب حل می شوند . حلالیت این ترکیبات در دمای اتاق به ترتیب 6.2 M ، 20 M ، 4.0 M است. از طرف دیگر ، بعضی از ترکیبات یونی در آب حلالیت بسیار کمی دارند. کلسیم کربنات ( CaCO3 ) و آلومینیم اکسید ( Al2O3 ) اساسا در آب نامحلوند.

برای پی بردن به این مطلب که چرا مواد حل شدنی یونی مایلند در آب حل شوند ، ببینیم که هنگام افزودن سدیم کلرید به آب چه روی می دهد . چون مولکولهای آب قطبی هستند ، مایلند در اطراف یونهای باردار در جهت خاصی ، مرتب شوند . ملکول H2O در نزدیکی یونهای Na+ به صورتی جهت می گیرد که اتم اکسیژن الکترونگاتیو تا حد ممکن به یون مثبت نزدیک باشد. جهت گیری ملکول های آب در نزدیکی یون Cl- کاملا متفاوت است . در اینجا ، اتمهای هیدروژن که دارای جزئی بار مثبت هستند ، به طرف یون منفی جهت می گیرد.

موقعیت نشان داده شده در این شکل ها مربوط به نیروی جاذبه ی الکتریکی میان مولکولهای H2O و یونها در سطح بلور است. قدرت این نیرو به اندازه ی قدرت جاذبه ی موجود میان یون های با بار مخالف است . در نتیجه ، یون ها قادرند که از بلور جدا و وارد محلول شوند . یونها ، در محلول آبی ، همان طور که در شکل نشان داده شده است ، هیدراته شده اند .

روندی را که توصیف کردیم می توان با یک معادله ی شیمیایی نشان داد . ماده ی اولیه ، ترکیب جامد یونی است . محصولات ، یونها در محلول آبی هستند . در مورد حل شدن سدیم کلرید در آب خواهیم داشت :

NaCl (S) Na+(aq) + Cl-(aq)

توجه کنید که با یون ها ، هنگامی که در محلول ( نه در حالت جامد ) از یکدیگر جدا می شوند ، نشان داده شده است. نشانه ی ( aq ) برای تاکید این نکته بکار می رود که یون ها به وسیله ی ملکول های آب هیدراته یا « آب پوشیده » شده اند .

مواد حل شدنی مولکولی

بیشتر مواد مولکولی ، در آب حلالیت بسیار محدودی دارند . بنزین که مخلوطی از مولکولهای هیدروکربن است ، در آب حل نمی شود . عناصری که از مولکول تشکیل شده اند معمولا به میزان کمی در آب حل می شوند . برای مثال ، حلالیت N2 در دمای اتاق و فشار یک اتمسفر ، فقط 10- 4 6.4 است .

پی بردن به این مسئله که چرا مواد مولکولی معمولا در آب نامحلولند آسان است . برای اینکه یک مولکول از ماده ی حل شدنی حل شود ، باید ساختمان پیوند هیدروژنی آب را بشکند . وقتی نیروی جاذبه ی زیادی میان ماده ی حل شدنی و مولکولهای آب موجود باشد ، حلالیت زیاد خواهد بود . در غیر این صورت ، حلالیت کم است . در عمل ، فقط دو نوع مولکول بسیار محلول در آب وجود دارد .

1- مولکول هایی که با آب پیوند هیدروژنی تشکیل می دهند . این گروه شامل اجزایی است که پیوند N - H یا O – H دارند . مانند NH3 ( 28 در دمای اتاق و یک اتمسفر) یا H2O2 که به هر نسبت در آب محلول است .

2- مولکولهایی که با اضافه شدن به آب ، یون تشکیل می دهند. بسیاری از ترکیبات این دسته ، اسیدهای مولکولی هستند . این مولکولها بر اثر حل شدن در آب ، یونیزه می شوند و یون های H+ و یونهای منفی تشکیل می دهند . سه اسید متداول در آزمایشگاه ، HCl ، H2SO4 ، HNO3 مثالهایی از این قبیل هستند. این ترکیبات در حالت خالص به صورت مولکولی هستند و در محلولهای آبی به صورت یون .معادلات « حل شدن » این اسیدها در آب به صورت زیر است :

HCl ( g ) H+ (aq) + Cl- (aq)

HNO3 (l) H+ (aq) + NO3-(aq)

H2SO4 (l) H+ (aq) + HSO4- (aq)

موضوع آزمایش : محلول سازی

هدف آزمایش : تهیه 100 میلی لیتر محلول 0.02 مولار سدیم کلرید ( NaCl )

وسایل و مواد مورد نیاز :

شیشه ساعت ، ترازوی دیجیتالی با دقت 0.0001 گرم ، آبفشان ، بشر 100 ml ، بالون ژوژه 100 ml .جامد یونی NaCl

شرح آزمایش :

1- بالن ژوژه را با آب و مایع ظرف شویی شسته و با آب مقطر آبکشی می کنیم.

2- شیشه ساعت را شسته و با آب مقطر آبکشی کرده و برای خشــک کردن آن را در دمای 100 در جه ی سانتیگراد ، به مدت یک ساعت درون اتوکلاو قرار می دهیم. سپس 30 تا 45 دقیقه آن را درون دسیکاتور می گذاریم تا سرد شود و به دمای اتاق برسد.

3- شیشه ساعت را روی ترازو گذاشته و با فشار دادن دکمه ی Tare عدد ترازو را صفر می کنیم ( طوری که انگار با وجود شیشه ساعت ، ترازو وزنی را احساس نمی کند ) سپس با دقت مقداری از نمونه ی جامد NaCl را که برای تهیه محلول با غلظت معین محاسبه کرده ایم را به دقت وزن کرده؛ و سپس با مقدار کمی آب مقطر به داخل بشر انتقال می دهیم.

4-بشر را تکان می دهیم تا بلور های جامد سدیم کلرید به طور کامل در آن حل شوند سپس آن را به داخل بالون ژوژه انتقال می دهیم .

5-توسط آبفشان برای مرتبه ی دوم و سوم دیواره های داخل بشر را با آب مقطر کاملا شسته و آن را داخل بالون ژوژه می ریزیم تا مطمئن شویم که از نمونه ی جامد چیزی در بشر باقی نمانده است .

6- درِ بالن ژوژه را می بندیم و آن را تکان می دهیم تا نمونه به طور کامل حل شود. بعد آن را با آب مقطر به حجم می رسانیم ( باید خط نشانه ی ظرف، مماس بر گودترین نقطه ی سطح هلالی محلول باشد ) مجدداً درِ بالن را بسته و آن را تکان می دهیم تا محلول به طور کامل همگن شود.

7- اگر ماده ی اولیه ی محلول مورد نظر مایع است، حجم آن را از روی مشخصات شیشه محاسبه می کنیم و با یک پیپت دقیق، مقدار لازم را در بالن ژوژه میریزیم و آن را به حجم می رسانیم.

نتیجه :

درپایان بحث، بهترین نتیجه ای که می شود از این آزمایش گرفت این است که ما میتوانیم از یک نمونه ی مایع یا جامد، با کمک گرفتن از روابط شیمیایی و همچنین کار در محیط آزمایشگاه، محلولی با غلظت مشخص بسازیم.

منابع :

شیمی عمومی 1 ( چارلز مورتیمر )

شیمی پایه ، تالیف : مسترتن ، اسلاوینسکی ، والفورد ، ترجمه : فروغ فرجود

و وبلاگ های :

iranchem.blogfa.com

Shimiworld.persian

محلول سازی

مطالب مشابه :

کاتالوگ رشته های انسانی