الكيمياء المدرسية — من الصف الأول إلى الصف الثاني عشر · Grades 1–12

9المحاليل والذوبانية

تُفتح قارورة ماء فوّار: يُسمع فحيح، ويندفع سيل من الفقاعات الدقيقة يصعد من لا مكان. كان الماء يبدو رائقًا تمامًا قبل ثانية، ومع ذلك كان فيه غاز ذائب طوال الوقت. الأجسام الصلبة تذوب، والسوائل تذوب، والغازات تذوب أيضًا — لكن لا بلا حد أبدًا. يسمّي هذا الفصل أجزاء المحلول، ويقيس مقدار ما يستطيع سائل أن يحمله من مادة ما.

ما تعرفه من قبل

الجسم الصلب الذي يذوب في الماء يختفي عن العين ويترك السائل رائقًا؛ والسائل الرائق محلول، وما ذاب فيه لا يزال موجودًا (الفصل 2). والمحلول خليط متجانس من أنواع كيميائية (الفصل 8). وتبخير الماء يعيد الجسم الصلب الذائب (الفصل 3).

فتح قارورة ماء فوّار: يخرج الغاز الذائب فقاعاتٍ.

9.1 المذاب والمذيب

تعريف 9.1 (المذاب، والمذيب، والمحلول المائي)

في المحلول تسمى المادة التي تذوب المذاب، ويسمى السائل الذي تذوب فيه المذيب. وإذا كان المذيب هو الماء سُمي المحلول محلولًا مائيًا.

مثال 9.2 (مذيبات غير الماء)

الماء أشيع المذيبات، لكنه ليس الوحيد. فطلاء الأظافر لا يذوب في الماء؛ بل يذوب في البروبانون (الأسيتون)، وهو مذيب مزيل طلاء الأظافر. والشحوم وألوان الزيت تذوب في التربنتين المعدني. وكثير من الأدوية يُذاب في الإيثانول. وقد يكون للمحلول عدة مذابات: فماء البحر يحوي ملحًا ذائبًا ومواد كثيرة أخرى.

السلامة

البروبانون (الأسيتون): سائل وبخار شديدا القابلية للاشتعال (GHS02)؛ وهو يهيّج العينين وقد يسبب بخاره النعاس أو الدوار (GHS07). ويُستعمل في غرفة جيدة التهوية، بعيدًا عن أي لهب.

قضية 9.3 (الكتل تُجمع)

كتلة المحلول تساوي كتلة المذيب مضافًا إليها كتلة المذاب الذائب: فلا يضيع شيء حين يذوب جسم صلب، وإن لم يعد يُرى.

إذابة 10\, g من السكر في 100\, g من الماء تعطي 110\, g من المحلول (دون حساب كتلة الكأس). — إذابة $10\,\mathrm{g}$ من السكر في $100\,\mathrm{g}$ من الماء تعطي $110\,\mathrm{g}$ من المحلول (دون حساب كتلة الكأس).

9.2 الإشباع والذوبانية

تعريف 9.4 (المحلول المشبع)

يكون المحلول محلولًا مشبعًا إذا لم يعد قادرًا على إذابة مزيد من مذابه: فكل مذاب يُضاف إليه يبقى في القاع دون أن يذوب، مهما طال التحريك.

تعريف 9.5 (الذوبانية)

ذوبانية مذاب في مذيب هي أكبر كتلة من المذاب يستطيع مقدار معيّن من المذيب أن يذيبها، عند درجة حرارة معيّنة. وتُعطى ذوبانية جسم صلب في الماء غالبًا بالغرام في اللتر (أو في الكيلوغرام) من الماء.

قضية 9.6 (ذوبانيات بعض المواد في الماء)

تختلف الذوبانيات المقيسة في الماء اختلافًا هائلًا:

المذاب	الذوبانية في الماء	الشروط
السكر (السكروز)	نحو $2000\,\mathrm{g}$ في لتر الماء	درجة حرارة الغرفة
الملح (كلوريد الصوديوم)	$360\,\mathrm{g}$ في كيلوغرام الماء	$25\,{}^{\circ}\mathrm{C}$
ثنائي أكسيد الكربون	نحو $1.5\,\mathrm{g}$ في اللتر	$25\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ ، تحت الغاز
الأكسجين	نحو $0.04\,\mathrm{g}$ في اللتر	$20\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ ، تحت الغاز
الرمل، الطباشير	تكاد تنعدم	—

يستطيع لتر من الماء أن يذيب من السكر أكثر من كتلته، لكنه لا يذيب حتى نصف غرام من الأكسجين.

طريقة 9.7 (هل يذوب كله؟)

لتعرف هل تذوب كتلة $m$ من مذاب كلها في حجم معيّن من الماء:

جد ذوبانية المذاب (بالغرام في لتر الماء)؛
احسب أكبر كتلة يستطيع هذا الحجم من الماء أن يذيبها؛
قارنها بالكتلة $m$ : إذا كانت $m$ أصغر ذاب كل شيء؛ وإذا كانت $m$ أكبر كان المحلول مشبعًا وبقي الباقي في القاع.

مثال 9.8 (ملح في كأس)

هل يمكن أن تذوب $50\,\mathrm{g}$ من الملح في $200\,\mathrm{mL}$ من الماء (نحو $200\,\mathrm{g}$ )؟ كيلوغرام من الماء يذيب على الأكثر $360\,\mathrm{g}$ من الملح، إذن $200\,\mathrm{g}$ من الماء تذيب على الأكثر $360 \times \frac{200}{1000} = 72\,\mathrm{g}$ . وبما أن $50 < 72$ فإن الملح كله يذوب.

نضيف مزيدًا من الملح إلى الماء نفسه. وما إن يصير المحلول مشبعًا حتى يبقى الملح الزائد في القاع.

في المختبر — إشباع الماء المالح

يضيف المعلم الملح إلى $100\,\mathrm{mL}$ من الماء ملعقة بعد ملعقة، ويحرّك جيدًا بعد كل واحدة. تختفي الملاعق الأولى؛ ثم تأتي ملعقة لا تذوب كلها فتبقى حبيبات بيضاء في القاع: لقد صار المحلول مشبعًا. ويبيّن وزن الملح المستعمل أن نحو $36\,\mathrm{g}$ منه قد ذابت.

9.3 السوائل القابلة للامتزاج وغير القابلة للامتزاج

تعريف 9.9 (السوائل القابلة للامتزاج وغير القابلة للامتزاج)

يكون السائلان قابلين للامتزاج إذا أعطى خلطهما سائلًا واحدًا متجانسًا. ويكونان غير قابلين للامتزاج إذا انفصلا في طبقتين، الأخف منهما في الأعلى.

مثال 9.10 (الماء مع الإيثانول، والماء مع الزيت)

الماء والإيثانول قابلان للامتزاج: إذا رُجّا معًا أعطيا سائلًا واحدًا رائقًا. أما الماء والزيت فغير قابلين للامتزاج: فمهما اشتد رجّهما يعود الزيت إلى الأعلى ويطفو فوق الماء في طبقة منفصلة. وفي مرطبان صلصة السلطة يطفو الزيت فوق الخل، والخل في معظمه ماء.

السوائل القابلة للامتزاج تعطي طبقة واحدة؛ وغير القابلة للامتزاج تعطي طبقتين.

صلصة السلطة: الزيت والخل غير قابلين للامتزاج.

9.4 الغازات تذوب أيضًا

قضية 9.11 (الغازات الذائبة)

تذوب الغازات في الماء، قليلًا. فالمشروبات الغازية تُصنع بإذابة ثنائي أكسيد الكربون فيها تحت الضغط في قارورة مغلقة؛ وحين تُفتح القارورة يخرج جزء من الغاز فقاعاتٍ. والماء الملامس للهواء يحوي بعض الأكسجين الذائب، الذي تأخذه الأسماك بخياشيمها. والغاز يذوب في الماء الدافئ أقل مما يذوب في الماء البارد: فالمشروب الغازي الدافئ يفقد فورانه أسرع.

مثال 9.12 (المحيطات وثنائي أكسيد الكربون)

تلامس المحيطات الهواء على ثلثي سطح الأرض. فيذوب فيها ثنائي أكسيد الكربون الذي في الهواء، وبذلك تمتص المحيطات جزءًا من ثنائي أكسيد الكربون الذي يطلقه الناس في الهواء.

حوض أسماك: فقاعات الهواء تمدّ الماء بالأكسجين الذائب الذي تحتاج إليه الأسماك.

9.5 تمارين

تمرين 9.1 ★

في الماء المحلّى، سمِّ المذاب والمذيب. وهل هو محلول مائي؟

حل

حل التمرين 9.1.

المذاب: السكر. المذيب: الماء. نعم، فالمذيب هو الماء: إنه محلول مائي.

تمرين 9.2 ★

ما المحلول المشبع؟ وكيف ترى أن محلولًا ما مشبع؟

حل

حل التمرين 9.2.

محلول لا يستطيع أن يذيب مزيدًا من مذابه. فالمذاب الذي يُضاف إليه يبقى غير ذائب في القاع.

تمرين 9.3 ★

تُذاب $20\,\mathrm{g}$ من الملح في $250\,\mathrm{g}$ من الماء. ما كتلة المحلول؟

حل

حل التمرين 9.3.

$250 + 20 = 270\,\mathrm{g}$ .

تمرين 9.4 ★

قابل للامتزاج بالماء أم غير قابل: الإيثانول، وزيت الطهي، والخل؟

حل

حل التمرين 9.4.

الإيثانول: قابل للامتزاج. زيت الطهي: غير قابل للامتزاج. الخل: قابل للامتزاج (فهو في معظمه ماء).

تمرين 9.5 ★

سمِّ مذيب مزيل طلاء الأظافر، واذكر معنى رمزي الخطر اللذين يحملهما.

حل

حل التمرين 9.5.

البروبانون (الأسيتون). GHS02: شديد القابلية للاشتعال؛ GHS07: يهيّج العينين، وقد يسبب بخاره النعاس أو الدوار.

تمرين 9.6 ★★

مستعينًا بذوبانية الملح، جد أكبر كتلة من الملح تستطيع $500\,\mathrm{g}$ من الماء أن تذيبها عند $25\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ .

حل

حل التمرين 9.6.

$360 \times \frac{500}{1000} = 180\,\mathrm{g}$ .

تمرين 9.7 ★★

تُحرَّك $80\,\mathrm{g}$ من الملح في $200\,\mathrm{g}$ من الماء عند $25\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ . هل يذوب كله؟ وإن لم يذب، فما الكتلة التي تبقى في القاع؟

حل

حل التمرين 9.7.

$200\,\mathrm{g}$ من الماء تذيب على الأكثر $360 \times \frac{200}{1000} = 72\,\mathrm{g}$ . لا: يبقى $80 - 72 = 8\,\mathrm{g}$ في القاع.

تمرين 9.8 ★★

تُذاب $25\,\mathrm{g}$ من السكر في $225\,\mathrm{g}$ من الماء. ما النسبة المئوية للسكر من كتلة المحلول؟

حل

حل التمرين 9.8.

كتلة المحلول $225 + 25 = 250\,\mathrm{g}$ ؛ و $\frac{25}{250} = 10\,\%$ .

تمرين 9.9 ★★

انظر إلى شكل الكؤوس الثلاث من الماء المالح. في أي كأس يمكن أن يذوب مزيد من الملح؟

حل

حل التمرين 9.9.

في الكأس الأولى، حيث ذاب الملح كله ولم يصر المحلول مشبعًا بعد.

تمرين 9.10 ★★

لماذا تفور قارورة الماء الفوّار حين تُفتح، لا قبل ذلك؟

حل

حل التمرين 9.10.

كان ثنائي أكسيد الكربون ذائبًا تحت الضغط في القارورة المغلقة. وفتحها يخفض الضغط: فيصير الماء قادرًا على حمل غاز أقل، ويخرج الغاز الزائد فقاعاتٍ.

تمرين 9.11 ★★★

يستطيع لتر من الماء أن يذيب نحو $2000\,\mathrm{g}$ من السكر، لكنه لا يذيب إلا نحو $0.04\,\mathrm{g}$ من الأكسجين. كم مرة يزيد السكر على الأكسجين في ذلك؟

حل

حل التمرين 9.11.

$2000 \div 0.04 = 50\,000$ مرة.

تمرين 9.12 ★★★

في الصيف يسخن ماء البركة فتصعد الأسماك إلى السطح لتبتلع الهواء. استعن بهذا الفصل لتشرح لماذا.

حل

حل التمرين 9.12.

الغاز يذوب في الماء الدافئ أقل: فالبركة الدافئة تحوي أكسجينًا ذائبًا أقل، فتعاني الأسماك نقص الأكسجين.

9.6 مسألة: محلول صانع الجبن الملحي

مسألة 9.1

مسألة نهاية الأسبوع — حوض من الماء المالح المشبع للأجبان، وما تفعله به حرارة الصيف

كثير من الأجبان يُنقع بضع ساعات في حوض من المحلول الملحي: ماء مشبع بالملح. يملأ صانع جبن خزانًا بماء حجمه $20\,\mathrm{L}$ ( $20\,\mathrm{kg}$ ) ويضيف الملح حتى يبقى بعضه غير ذائب في القاع. اعتبر ذوبانية الملح $360\,\mathrm{g}$ في الكيلوغرام من الماء.

الجزء الأول — الكلمات.

في المحلول الملحي، ما المذاب وما المذيب؟
ماذا تعني كلمة «مشبع» بالنسبة إلى المحلول الملحي؟
لماذا يضيف صانع الجبن الملح حتى يبقى قليل منه في القاع؟

الجزء الثاني — تحضير المحلول الملحي.

ما كتلة الملح التي تذوب في $20\,\mathrm{kg}$ من الماء؟
ما كتلة المحلول الملحي (دون الملح غير الذائب)؟
ما النسبة المئوية للملح من كتلة المحلول الملحي؟ قرّب إلى أقرب عدد صحيح.
في أحد الأيام لا يُضاف إلا $5\,\mathrm{kg}$ من الملح. هل المحلول الملحي مشبع؟ وكم من الملح يستطيع أن يذيب بعد؟

الجزء الثالث — صيف حار. في أسبوع حار يتبخر $5\,\mathrm{L}$ ( $5\,\mathrm{kg}$ ) من الماء من المحلول الملحي المشبع في الجزء الثاني، ولا يضيع شيء من الملح.

كم يبقى من الماء في الخزان؟
ما كتلة الملح التي يستطيع هذا الماء أن يبقيها ذائبة؟
ماذا يحدث للملح الذي لا يستطيع الماء الباقي أن يحمله؟
كيف يستطيع صانع الجبن أن يرى بعينه أن ذلك قد حدث؟
احسب كتلة الملح الذي تبلور في قاع الخزان.

حل

حل المسألة 9.1.

1. المذاب: الملح. المذيب: الماء.

2. يحمل الماء أكبر قدر ممكن من الملح: فلا يستطيع أن يذيب فيه مزيدًا من الملح.

3. الملح غير الذائب في القاع دليل على أن المحلول الملحي مشبع: فهو يحمل أكبر قدر ممكن من الملح.

4. $360 \times 20 = 7200\,\mathrm{g} = 7.2\,\mathrm{kg}$ .

5. $20 + 7.2 = 27.2\,\mathrm{kg}$ .

6. $\frac{7.2}{27.2} \approx 0.26$ : أي نحو $26\,\%$ .

7. لا: فالماء يستطيع أن يذيب $7.2\,\mathrm{kg}$ . ولا يزال يستطيع أن يذيب $7.2 - 5 = 2.2\,\mathrm{kg}$ .

8. $20 - 5 = 15\,\mathrm{kg}$ من الماء ( $15\,\mathrm{L}$ ).

9. $360 \times 15 = 5400\,\mathrm{g} = 5.4\,\mathrm{kg}$ .

10. يخرج من المحلول بلوراتٍ صلبة: يتبلور ويهبط إلى القاع.

11. تظهر بلورات بيضاء جديدة وتتراكم في قاع الخزان.

12. $7.2 - 5.4 = 1.8\,\mathrm{kg}$ من الملح تبلورت.

المصطلحات المعرَّفة في هذا الفصل

عرض كل المصطلحات (852) في المسرد