محلول چیست؟ – انواع محلول + مثال – به زبان ساده

محلول چیست ؟

مثال محلول

محلول چگونه تشکیل می‌شود؟

مخلوط شدن گازها فرایندی «خودبخودی» (Spontaneous) است، یعنی برای انجام این فرایند به هیچ انرژیِ خارج از سیستمی نیاز نیست. مخلوط شدن و سپس پخش شدن تصادفی مولکول‌ها باعث افزایش «آنتروپی» (Entropy) می‌شود. افزایش بی‌نظمی یا توزیع انرژی سیستم روی ذرات بیشتر با افزایش آنتروپی همراه است. برهم‌کنش‌های بین‌مولکولی بسیار ضعیفی که بین مولکول‌هایِ گاز وجود دارد موجب تغییرات کمی در آنتالپیِ سیستم بعد از مخلوط شدن می‌شود.

کاهش آنتالپی، برهم‌کنش‌های بین‌مولکولی مطلوب بین مولکول‌های گاز را افزایش می‌دهد. تعادل بین افزایش آنتروپی و کاهش آنتالپی می‌تواند خودبخودی بودن فرایندها را نشان دهد. در کل افزایش آنتروپی پس از مخلوط شدن ذرات از شرایط مناسب تشکیل محلول است. هنگامی که انواع گوناگونی از مولکول‌ها در کنار هم باشند، مخلوط شدن به صورت خودبخودی رخ می‌دهد، مگر اینکه نیروهای بین‌مولکولی قوی باشند یا از موانعی برای جدا کردن ذرات استفاده شده باشد.

فیلم آموزش شیمی عمومی در فرادرس

کلیک کنید

نیروهای بین‌مولکولی در گازها بسیار ضعیف هستند، بنابراین در گازها، ذرات به‌طور خودبه خودی مخلوط می‌شوند. هنگامی که حلال یا حل‌شونده به شکل جامد یا مایع است، نیروهای بین‌مولکولی نقش تعیین‌کننده‌ای در تشکیل محلول دارند. برای مثال نیروهای بین‌مولکولی بین یون‌های نمک و بنزین بسیار ضعیف است بنابراین نمک در بنزین حل نمی‌شود.

تشکیل محلول به دو عامل مهم بستگی دارد:

1. تمایل حلال و حل‌شونده به مخلوط شدن
2. نیروها و برهم‌کنش‌های بین‌مولکولی بین حلال و حل‌شونده

ویتامین های محلول در آب و چربی

در مقابل ویتامین‌های محلول در چربی برای جلوگیری از بیماری‌های ناشی از کمبود ویتامین به مدت طولانی در بدن ذخیره می‌شوند. با توجه با ساختار دو ویتامین ث و آ، از ویتامین‌های محلول در آب و چربی و شرط تشکیل محلول «شبیه، شبیه را در خود حل می‌کند» علت حل شدن در آب و چربی را می‌توان توضیح داد.

نیروهای بین مولکولی محلول چیست؟

هنگام تشکیل محلول، سه نوع برهمکنش بین‌مولکولی رخ می‌دهد که میزان حل شدن یا انحلال‌پذیری حل‌شونده در حلال به قدر نسبی آن‌ها بستگی دارد. این سه برهمکنش و فرایند تشکیل محلول عبارتند از:

1. برهمکنش حل‌شونده-حل‌شونده: برای پراکندگی ذرات حل‌شونده توسط حلال، باید بر برهم‌کنش‌های بین ذرات حل‌شونده غلبه شود.
2. برهمکنش حلال-حلال: باید بر برهم‌کنش‌های بین ذرات حلال غلبه شود تا جایی برای ذرات حل‌شونده بین ذرات حلال به‌وجود بیاید.
3. برهمکنش حل‌شونده-حلال: پس از مخلوط شدن، بین ذرات حلال و حل‌شونده برهمکنش مطلوبی رخ دهد.

وقتی برهم‌کنش‌های حلال و حل‌شونده بزرگتر از برهمکنش حل‌شونده-حل‌شونده و حلال-حلال باشد، محلول شکل می‌گیرد. در محلول هپتان و پنتان که هپتان نقش حلال و پنتان حل شونده است، هر دو ماده ناقطبی هستند. در این محلول بزرگی برهم‌کنش‌های ذرات حلال و حل‌شونده با برهمکنش حل‌شونده-حل‌شونده و حلال-حلال تقریبا همسان است. در چنین شرایطی هیچ نیروی مانع مخلوط شدن این دو ماده نیست و حل شدن آن‌ها با افزایش آنتروپی و به هر نسبتی انجام می‌شود.

در مثال حل شدن نمک در آب، نیروهایِ بین مولکول‌های قطبی آب $$(H_2O)$$ و یون‌های نمک $$(NaCl)$$ قدرت بالای دارد که باعث می‌شود بر نیروهای بین‌مولکولی در نمک (حل‌شونده-حل‌شونده) و آب (حلال-حلال) غلبه شود.

آنتالپی محلول چیست ؟

1. $$\triangle H_1>\;0$$: شکسته شدن پیوند حل شونده که فرایندی «گرماگیر» (Endothermic) است.
2. $$\triangle H_2>\;0$$: شکسته شدن پیوند حلال که فرایندی گرماگیر است.
3. $$\triangle H_3<\;0$$: ایجاد نیروی جاذبه بین حل‌شونده و حلال که فرایندی «گرماده» (Exothermic) است.

که آنتالپی محلول از مجموع این سه فرایند به‌دست می‌آید.

$$\triangle H_{solution}=\triangle H_1+triangle H_2+triangle H_3$$

فرایند تشکیل محلول به‌طور معمول با تغییرات در آنتالپی همراه است. برخی از فرایندها گرماده یا گرماگیر هستند. مجموع سه عبارت آنتالپی در فرایند حل شدن می‌تواند عددی مثبت یا منفی باشد که گرماگیر $$(\triangle H>\;0)$$ یا گرماده $$(\triangle H<\;0)$$ بودن فرایند را مشخص می‌کند. با استفاده از تغییرات آنتالپی می‌توان احتمال رخ دادن واکنش‌ها را نیز بررسی کرد.

در زیر مثال‌هایی از فرایندهای گرماده و گرماگیر فهرست شده است.

• حل شدن نمک در آب نیاز به انرژی دارد و $$\triangle H_{soln} = 3.9\,\,kJ/mol$$ است.
• حل شدن بیشتر گازها در حلال‌های مایع فرایندی گرماده هستند و انرژی به صورت گرما آزاد می‌شود.
• حل شدن آمونیوم نیترات $$(NH_4NO_3)$$ در آب به گرما نیاز دارد که فرایندی گرماگیر و آنتالپی آن ۲۶٫۴ کیلوژول بر مول است. در این فرایند مقدار انرژی حل شدن یون‌های آمونیوم و یون‌های نیترات به مقداری نیست که بتواند موجب شکسته شدن شبکه یونی آمونیوم نیترات شود.
• حل شدن پتاسیم هیدروکسید $$(KOH)$$ و منیزیم سولفات $$(MgSO_4)$$ فرایندی گرماده است. آنتالپی تشکیل محلول نمک منیزیم سولفات ۹۱٫۲- کیلوژول بر مول است.

از نمک‌های آمونیوم نیترات و منیزیم سولفات با توجه به گرماگیر یا گرماده بودن آنتالپی تشکیل محلول آن‌ها در تهیه کیسه‌های آب سرد (گرماگیر) و آب گرم (گرماده) استفاده می‌شود که برای درمان آسیب‌های ورزشی کاربرد دارد.

حلال و حل شونده چیست ؟

حلال های آلی

• حلال‌های طبیعی: این دسته از حلال‌های آلی به طور طبیعی توسط موجودات ساخته می‌شود.
• حلال‌های مصنوعی: به حلال‌هایی گفته می‌شود که توسط انسان با واکنش شیمیایی ترکیبات آلی تولید می‌شوند.

حلال‌های آلی براساس گروه‌های عاملی موجود در ترکیب خود انواع گوناگونی دارند.

• حلال‌های آلیفاتیک: حلال‌های آلیفاتیک مبتنی بر آلکن‌ها ساخته شده‌ و حلال‌هایی ناقطبی هستند. این حلال‌ها در استخراج نفت، صنعت رنگ و نقاشی، داروسازی، چسب‌ها و بسپار کاربرد دارند.
• حلال‌های آروماتیک: حلال‌های آروماتیک نیز حلال‌هایی ناقطبی هستند و در ساخت چسب‌ها، جوهرها، رنگ، حشره‌کش‌ها و فرآیندهای استخراج استفاده می‌شوند.
• حلال‌های کربونیل: این دسته از حلال‌های آلی شامل ترکیبات استری و حلال‌هایی قطبی هستند. از این حلال‌ها در پاک کننده‌های رنگ و لاک، پاک‌کننده‌های الکترونیکی، چسب‌سازی، فرایند کافئین‌زدایی و همچنین در طعم‌دهنده‌های غذا استفاده می‌کنند.

در جدول زیر برخی از رایج‌ترین حلال‌های آلی به همراه فرمول شیمیایی و نوع آن‌ها فهرست شده است. هگزان از حلال‌های پرکاربرد در صنعت تولید روغن خوراکی و بنزن که ترکیبی شیمیایی با پایداری بالا و واکنش‌پذیری کم است بیشتر در صنایع شیمیایی و دارویی کاربرد دارد.

حلال معدنی غیرآبی

«حلال معدنی غیرآبی» (Inorganic Nonaqueous Solvent) از حلال‌های غیرآبی هستند که برای محیط‌های واکنشِ غیرآبی استفاده می‌شوند. حلال معدنی غیرآبی به دو دسته زیر تقسیم می‌شوند.

• «حلال‌های پروتیک» (Protic Solvents): در واکنش الکترودها و محیط‌های قلیایی کاربرد بیشتری دارند.
• «حلال‌های آپروتیک» (Aprotic Solvents): برای مطالعه ترکیبات الکتروفیلی استفاده می‌شوند.

در جدول زیر برخی از رایج‌ترین حلال‌های معدنی غیرآبی به همراه فرمول شیمیایی و نوع آن‌ها فهرست شده‌ است.

برای تشکیل محلول با توجه به ویژگی‌های حل‌شونده، نوع حلال انتخاب می‌شود.

حل شونده یونی

حل شونده قطبی

حل شونده ناقطبی

مولکول‌های ناقطبی مانند ید $$(I_2)$$، روغن یا گریس در حلال‌های قطبی مانند آب حل نمی‌شوند. بین ذرات حل‌شونده‌های ناقطبی و حلال‌های قطبی هیچ جاذبه‌ای وجود ندارد. چنین حل‌شونده‌هایی برای تشکیل محلول به حلال‌هایی ناقطبی نیاز دارند.

مثال برای حلال و حل شونده

در جدول مثال‌های مختلفی از حلال و حل‌شونده فهرست شده است.

بیشتر حجم محلول را حلال تشکیل می‌دهد. بیشترین مقداری که ماده حل‌شونده می‌تواند در حلال حل شود، انحلال‌پذیری آن ماده را نشان می‌دهد. میزان انحلال‌پذیری به عامل‌های گوناگونی مانند دما و فشار بستگی دارد.

یادگیری محلول ها با فرادرس

تا اینجا یاد گرفتیم محلول چیست و در ادامه نیز به بررسی مواردی چون انحلال پذیری محلول می‌پردازیم. در این مبحث از شیمی با مباحث بسیار زیاد و متنوعی همچون محلول‌های آبی و غیرآبی، محلو‌ل‌های اشباع و غیراشباع، مولاریته محلول و... مواجه هستیم که یادگیری همه آن‌ها وابسته به یادگیری درست مفاهیم پایه‌ای است و اگر از آموزش‌های اصولی استفاده کنیم، این یادگیری، دشوار نیز نخواهد بود. به همین دلیل در این بخش برخی از فیلم‌های آموزشی فرادرس را آورده‌ایم که در این زمینه، مفید و کاربردی هستند.

• فیلم آموزش محلول سازی در آزمایشگاه + گواهینامه در فرادرس
• فیلم آموزش شیمی عمومی جامع و با مفاهیم کلیدی و همراه با گواهینامه در فرادرس
• فیلم آموزش رایگان محلول و انواع و کاربردهای آن در فرادرس
• فیلم آموزش رایگان یدومتری و روش های تیتراسیون غلظت محلول شیمیایی در فرادرس
• فیلم آموزش رایگان محلول استاندارد در شیمی تجزیه در فرادرس
• فیلم آموزش رایگان پراکندگی نور در محلول‌ ها در فرادرس
• فیلم آموزش رایگان تهیه محلول با مولاریته مشخص + محاسبات و مثال کاربردی در فرادرس
• فیلم آموزش رایگان محلول‌های آبی و غیرآبی + مقایسه، تفاوت‌ها و کاربردها در فرادرس
• فیلم آموزش رایگان رسانایی الکتریکی در محلول‌ها در فرادرس
• فیلم آموزش رایگان تعریف و کاربرد محلول های اشباع و غیراشباع + نحوه تهیه با مثال در فرادرس
• فیلم آموزش علوم تجربی پایه هشتم بخش شیمی در فرادرس

مجموعه آموزش دروس شیمی – از دروس دانشگاهی تا کاربردی

۸۲ آموزش۷۷,۸۴۵ دانشجو۳۷۵ ساعت

آموزش شیمی فیزیک – جامع و با مفاهیم کلیدی

۳,۳۸۶ دانشجو۱۰ ساعت

آموزش واکنش اکسایش + حل مثال‌های المپیاد شیمی (رایگان)

۱۵۷ دانشجو۲۹ دقیقه

آموزش شیمی کوانتومی ۱ – مبانی تا مفاهیم کاربردی – بخش یکم

۷۶ دانشجو۵ ساعت

آموزش الکتروشیمی تجزیه ای ۱ + گواهینامه

۸۴ دانشجو۴ ساعت

گواهینامه

با کلیک بر روی تصویر بالا می‌توانید به صفحه اصلی مجموعه آموزش دروس شیمی – از دروس دانشگاهی تا کاربردی هدایت شوید.

همچنین برای بهه‌مندی از آموزش‌های جامع‌تر می‌توانید از مجموعه آموزش‌های زیر استفاده کنید.

• مجموعه فیلم‌های آموزش دروس شیمی از دروس دانشگاهی تا کاربردی در فرادرس
• مجموعه فیلم‌های آموزش علوم تجربی به زبان ساده و گام به گام در فرادرس
• مجموعه فیلم‌های آموزش مهندسی شیمی از دروس دانشگاهی تا کاربردی در فرادرس

انحلال پذیری محلول چیست ؟

فیلم آموزش شیمی علوم‌تجربی نهم در فرادرس

کلیک کنید

انحلال‌پذیری معیاری برای میزان حل شدن ماده حل‌شونده در حلالی برای تشکیل محلول است. میزان انحلال‌پذیری حل‌شونده به عامل‌هایی مانند دما و فشار بستگی دارد. گستره انحلال‌پذیری برای مواد مختلف متفاوت است. دو ماده می‌توانند بدون هیچ محدودیتی به هر مقدار در یکدیگر حل شوند. برای مثال، اتانول در آب به هر میزانی حل می‌شود. در مقابل، حل‌شونده می‌تواند هرگز در حلال حل نشود. تیتانیم دی‌اکسید $$(TiO_2)$$ در آب حل‌نشدنی و انحلال‌پذیری آن صفر است.

مثال انحلال پذیری

در شکل زیر رسوب سدیم استات $$(C_2H_3NaO_2)$$ و تشکیل محلول فوق اشباع نمایش داده شده است. در این فرایند حدود ۱۷۰ گرم سدیم استات در دمای ۱۰۰ درجه سلسیوس در ۱۰۰ میلی‌لیتر آب حل شده است. با کاهش دما و سرد شدن محلول تا ۲۰ درجه سلسیوس رسوب تشکیل می‌شود. انحلال‌پذیری نمک سدیم استات در دمای ۲۰ درجه سلسیوس ۴۶ گرم در هر ۱۰۰ میلی‌لیتر آب است که مقادیر اضافه رسوب می‌شود. افزودن مقدار اندکی سدیم استات موجب متبلور شدن آن می‌شود.

اندازه‌گیری میزان ماده حل‌شونده در حلال به‌صورت غلظت آن ماده در محلول اشباع یا سیر شده بیان می‌شود. به‌طور معمول، انحلال‌پذیری مواد به‌شکل گرم حل‌شونده در دسی‌لیتر $$(\frac{g}{dL})$$ یا لیتر $$(\frac{g}{L})$$ حلال بیان می‌شود. همچنین درصد وزنی $$(w/w)$$ نیز از دیگر روش‌های رایج بیان انحلال‌پذیری است.

محلول فراسیر شده

هنگامی که مقدارِ ماده حل‌شونده از میزان انحلال‌پذیری آن در حالت تعادل فراتر رود «فراسیرشدگی» (Supersaturation) رخ می‌دهد و محلول فراسیر شده تشکیل می‌شود. محلول فراسیر شده همچنین با تغییر دمای محلول سیر شده نیز ایجاد می‌شود. در موارد بسیاری انحلال‌پذیری با دما رابطه عکس داشته و با کاهش دما، انحلال‌پذیری نیز کاهش پیدا می‌کند و با کاهش دمای محلول، حل‌شونده اضافی به شکل بلور از محلول خارج می‌شود.

غلظت محلول چیست ؟

در شیمی، غلظت مقدار یک جز در مقدار کل تعریف می‌شود. غلظت محلول را می‌توان به‌صورت کمی یا کیفی بیان کرد. برای بیان کیفی غلظت از اصطلاحاتی مانند رقیق و غلیظ استفاده می‌شود.

• رقیق: به محلول‌هایی گفته می‌شود که در آن حل‌شونده غلظت نسبتا کمی دارد.
• غلیظ: محلول‌هایی که در آن حل‌شونده غلظت بالایی دارد.

درصد جرمی

$$M = \frac{m_s}{M_t}times100$$

• $$M$$: درصد جرمی
• $$M_t$$: مقدار جرم کل
• $$m_s$$: مقدار جرم ماده حل‌شونده

برای مثال، محلول ۳۶٪ هیدروکلریک اسید، ۳۶ گرم هیدروکلریک اسید در ۱۰۰ گرم محلول است.

مثال: محلولی از حل شدن ۱۳٫۵ گرم شکر $$(C_6H_{۱۲}O_۶)$$ در ۰٫۱۰۰ کیلوگرم آب تشکیل شده است. درصد جرمی ماده حل‌شونده در این محلول را به دست آورید.

پاسخ: برای محاسبه درصد جرمی، مقدار جرم کل (جرم حلال + حل‌شونده) و مقدار جرم ماده حل‌شونده مورد نیاز است.

• مقدار گرم حل‌شونده: ۱۳٫۵ گرم
• مقدار گرم حلال: ۰٫۱۰۰ کیلوگرم برابر با ۱۰۰ گرم
• جرم کل: مجموع جرم شکر و آب

$$M=\frac{13.5\,g}{(13.5+100)\,g}times100$$

%$$M=11.9$$

قسمت در میلیون (ppm)

$$M = \frac{m_s}{M_t}times10^6$$

مثال: نمونه‌ای از آب چاه حاوی ۵٫۴ میکروگرم یون $$Zn^{2+}$$ در ۲٫۵ گرم آب است. غلظت $$ppm$$ یون $$Zn^{2+}$$ را محاسبه کنید.

پاسخ: ابتدا باید میکروگرم ماده حل‌شونده به گرم تبدیل شود.

$$1mu g=1times10^{-6}\,g$$

پس ۵٫۴ میکروگرم برابر است با $$5.4times10^{-6}$$ گرم و ppm یون $$Zn^{2+}$$ به صورت زیر به‌دست می‌آید.

$$ppm=\frac{5.4times10^{-6}\,g}{2.5\,g}times10^6 =2.2$$

$$ppm=2.2$$

قسمت در میلیارد (ppb)

قسمت در میلیارد به صورت زیر تعریف می‌شود.

$$M = \frac{m_s}{M_t}times10^9$$

غلظت مولار محلول چیست؟

$$c = \frac{n}{V} = \frac{N}{N_text{A}\,V} = \frac{C}{N_text{A}}$$

• $${\displaystyle n}$$: مقدار حل‌شونده (برحسب مول)
• $${\displaystyle N}$$: تعداد ذرات حل‌شونده در حجم
• $${\displaystyle V}$$: حجم محلول (برحسب لیتر)
• $${\displaystyle N_{\text{A}}}$$: ثابت آووگادرو برابر با $$6.02214076times10^{23}\,\,mol^{−1}$$ تعریف شده است.
• $${\displaystyle {\frac {N}{V}}}$$: چگالی تعداد یا $${\displaystyle C}$$ است.

غلظت جرمی محلول چیست؟

$$rho_i = \frac {m_i}{V}$$

• $$m_i$$: جرم
• $$V$$: حجم

نرمالیته محلول چیست؟

$$N=\frac{c_i}{f_{eq}}$$

• $$c_i$$: غلظت مولار
• $$f_{eq}$$: عامل هم ارزی یا ضریب اکی‌والان

مولالیته محلول چیست؟

$$b = \frac{n_mathrm{solute}}{m_mathrm{solvent}}$$

• $$n_mathrm{solute}$$: مول حل‌شونده
• $$m_mathrm{solvent}$$: جرم حلال (برحسب کیلوگرم)

کسر حجمی محلول چیست؟

$$\phi _{i}={\frac {V_{i}}{\sum _{j}V_{j}}}$$

• $$V_{i}$$: حجم جز
• $$V$$: حجم کل

کسر مولی محلول چیست؟

$${\displaystyle x_{i}={\frac {n_{i}}{n_{\mathrm {tot} }}}}$$

• $$n_{i}$$: مول جز
• $$n_{\text{tot}}$$: مول کل

$$X_{HCl}=\frac{1.00\,\,mol}{1.00\,\,mol+8.00\,\,mol}=0.111$$

$$X_{HCl}=0.111$$

مجموع کسرهای مولی همه اجزا محلول برابر با ۱ است. بنابراین برای محاسبه کسر مولی آب در این محلول، می‌توان مقدار کسر مولی هیدروکلریک اسید را از یک کسر کرد تا کسر مولی آب به‌دست أید.

$$X_{H_2O}=1-0.111=0.889$$

کسر جرمی محلول چیست؟

کسر جرمی به صورت جرم جز محلول به جرم کل محلول تعریف می‌شود. کسر جرم کمیتی بدون واحد است.

$${\displaystyle w_{i}={\frac {m_{i}}{m_{\text{tot}}}}}$$

• $$m_{i}$$: جرم جز
• $$m_{\text{tot}}$$: جرم کل

ویژگی های محلول چیست ؟

مواد موجود در محلول در سطح مولکولی با یکدیگر تعامل دارند. در ماده محلول مولکول‌های حل‌شونده توسط مولکول‌های حلال، «حلال‌پوشی» (Solvation) می‌شوند یعنی، این مولکول‌ها اطراف مولکول‌های حل‌شونده قرار می‌گیرند. در محلول‌ها با افزایش آنتروپی، پایداری ترمودینامیکی آن نیز نسبت به حلال افزایش پیدا می‌کند.

برخی از مهم‌ترین ویژگی‌های ماده محلول عبارتند از:

• محلول‌ها موادی همگن هستند.
• ذرات حل شده در محلول با چشم دیده نمی‌شوند. برای مثال در مخلوطی ناهمگن مانند سوسپانسیون این ذرات قابل دیدن هستند.
• محلول‌ها پراکندگی نور ندارند ولی سوسپانسیون‌ها اثر تیندال و رایلی را ایجاد می‌کنند.
• محلول‌ها رسوب نمی‌کنند و پایدار هستند.
• حل‌شونده توسط فیلتراسیون یا صافش قابل جداسازی نیست.
• محلول‌ها تنها یک فاز دارند و فاز آن‌ها همان حالت ماده حلال است.

نقطه جوش

چگالی نسبی محلول چیست؟

اشتعال پذیری

بیشتر حلال‌های آلی با توجه به فراریتی که دارند می‌توانند بسیار قابل اشتعال باشند. برخی از حلال‌های کلردار مانند دی‌کلرومتان و کلروفرم در این بین استثنا هستند. دی‌اتیل اتر و کربن دی‌سولفید دمای خود اشتعالی بسیار پایین و خطر آتش‌سوزی بالایی دارند. برخی از حلال‌ها مانند متانول با شعله بسیار داغ و شعله‌ای بی‌رنگ می‌سوزند و می‌تواند موجب تأخیر در تشخیص آتش‌سوزی شوند. مخلوط بخار برخی از حلال‌ها با هوا نیز می‌تواند موجب انفجار شود.

امتزاج پذیری محلول چیست؟

خواص کولیگاتیو محلول چیست؟

خواص کولیگاتیو به اثر جمعی تعداد ذرات املاح بستگی دارد. این خواص عبارتند از:

• کاهش نسبی فشار بخار
• کاهش نقطه انجماد
• افزایش نقطه جوش
• فشار اسمزی

کاهش نسبی فشار بخار محلول چیست؟

در محلولی که از حل شدن ماده غیرفرار در حلالِ فرار تشکیل شده است، مولکول‌های حلال در حالت محلول نسبت به حالت خالصِ حلال، آزادی حرکتی کمتری دارند. حرکت کمتر مولکول‌های حلال موجب کاهش برخوردها و تمایل کمتری برای فرار دارند. در واقع حل شدن ماده در حلال و تشکیل محلول باعث کاهش فشار بخار آن نسبت به حالت خالص می‌شود که در شکل زیر نمایش داده شده است.

در وضعیت ایده‌آل، فشار بخار حلالی که در آن ماده غیرفراری حل شده است با غلظت حلال در محلول متناسب است. این رابطه به صورت کمی براساس «قانون رائول» (Raoult’s law) بیان می‌شود که توسط شیمی‌دان فرانسوی «فرانسوا رائول» (François Raoult) به دست آمد.

$$P_{solution} = X_{solvent}\times P°_{solvent}$$

• $$P$$: فشار بخار حلال
• $$X$$: کسر مولی حلال
• $$P°$$: فشار بخار

بر اساس این رابطه فشار جزئی بالای مایع $$(P_{solution)}$$ با حاصلضرب کسر مولی حلال، $$(X_{solvent)}$$ در فشار بخار حلال خالص $$({P°_solvent)}$$ برابر است.

محلول‌هایی با دو یا چند جزو فرار

برخی از محلول‌ها از چند جز فرار تشکیل می‌شوند. برای مثال، بنزین محلولی از چند مایع فرار است. فشارهای جزئی بالای محلول‌هایی با دو یا چند جزو فرار قانون رائول تعریف می‌شود. برای محلولی با دو جز فرار $$A$$ و $$B$$ فشار بخار به صورت زیر است.

$$P_A = X_AP°_A$$

$$P_B = X_BP°_B$$

$$P_{total} = P_A + P_B = X_AP°_A + X_BP°_B$$

افزایش نقطه جوش

تغییر نقطه جوش محلول در مقایسه با حلال خالص به صورت زیر است که در آن $$K_b$$ «ثابت مولالی افزایش نقطه جوش» (Molal Boiling Point-Elevation Constant) برای حلال است که به‌طور تجربی برای هر حلال تعیین می‌شود.

$$\triangle T_b = T_b{(solution)} - T'_b(solvent) = iK_bm$$

• $$T_b$$: نقطه جوش محلول
• $$T'_b$$: نقطه جوش حلال خالص
• $$m$$: مولالیته حل‌شونده
• $$K_b$$: ثابت مولالی افزایش نقطه جوش
• $$i$$: «ضریب وانت‌هوف» (Van 't Hoff factor)

کاهش نقطه انجماد محلول چیست؟

تغییر در نقطه انجماد $$(\triangle T_f)$$ یا مولالیته ماده حل‌شده تناسب مستقیم دارد. تغییر نقطه انجماد محلول در مقایسه با حلال خالص به صورت زیر تعریف می‌شود.

$$\triangle T_f = T_f{(solution)} - T'_f(solvent) = -iK_fm$$

• $$T_f$$: نقطه انجماد محلول
• $$T'_f$$: نقطه انجماد حلال خالص
• $$m$$: مولالیته حل‌شونده
• $$K_f$$: ثابت مولالی کاهش نقطه انجماد
• $$i$$: ضریب وانت‌هوف

در این رابطه $$K_f$$ «ثابت مولالی کاهش نقطه انجماد» (Molal Freezing-Point-Depression Constant) برای حلال است که به‌طور تجربی برای هر حلال تعیین می‌شود. چون محلول در دمای کمتری نسبت به حلال منجمد می‌شود مقدار $$\triangle T_f$$ منفی است.

فشار اسمزی محلول چیست؟

$$Π = i(\frac{n}{V})RT = iMRT$$

• $$R$$: ثابت گاز ایده‌آل
• $$T$$: دمای مطلق
• $$M$$: مولاریته
• $$V$$: حجم محلول
• $$i$$: ضریب وانت‌هوف
• $$n$$: مول ماده حل‌شونده

چون فشار اسمزی برای هر محلول به غلظت محلول بستگی دارد از خواص کولیگاتیو محلول است. تعاریف زیر با توجه به فشار اسمزی دو محلولی که توسط غشا جدا شده است بیان می‌شود.

• محلول «ایزوتونیک» (Isotonic): اگر دو محلول با فشار اسمزی یکسان توسط غشای نیمه تراوا از هم جدا شوند، اسمز رخ نخواهد داد. این دو محلول نسبت به یکدیگر ایزوتونیک هستند.
• محلول «هیپوتونیک» (Hypotonic): اگر یک محلول دارای فشار اسمزی کمتر باشد، نسبت به محلول غلیظ‌تر هیپوتونیک است.
• محلول «هیپرتونیک» (Hypertonic): محلول غلیظ‌تر نسبت به محلول رقیق‌تر هیپرتونیک است.

از این ویژگی در صنایع غذایی برای ذخیره سازی و حفظ میوه و گوشت استفاده می‌شود. افزودن نمک به گوشت موجب می‌شود باکتری‌های موجود با از دست دادن آب از بین بروند.

انواع محلول ها با مثال

فیلم آموزش محلول‌سازی در آزمایشگاه

کلیک کنید

محلول‌ها را می‌توان به روش‌های گوناگون و براساس انحلال‌پذیری، فاز حلال یا کاربردها و نوع ترکیبات آن تقسیم‌بندی کرد.

• انحلال‌پذیری
  • محلول سیر نشده: محلولی که در آن، حلال توانایی حل‌کردن مقدار بیشتری از ماده حل‌شونده را در خود دارد.
  • محلول سیر شده: وقتی بیشترین مقدار ماده حل‌شونده در حلال حل شده باشد.
  • محلول فراسیر شده: با حل شدن مقدار بیشتری از ماده حل‌شونده در محلول سیر شده تشکیل می‌شود. حل‌شونده اضافی در محلول فراسیر شده رسوب می‌کند.
• فاز حلال
  • محلول گازی: محلولی که در آن حلال به‌صورت گاز است.
  • محلول مایع: محلولی که در آن حلال به‌صورت مایع است.
  • محلول جامد: محلولی که در آن حلال به‌صورت جامد است.
• کاربرد و ترکیب
  • محلول آبی
  • محلول بافر
  • محلول ایده‌آل
  • «محلول فولک» (Folch Solution)، مخلوط کلروفرم و متانول است که در جداسازی ترکیبات قطبی از ناقطبی کابرد دارد.
  • «محلول هالتفرتر» (Holtfreter's Solution)، محلولی نمکی ($$NaCl+KCl+CaCl_2+NaHCO_3$$) است که در پژوهش رویان‌های دوزیستان و کاهش عفونت‌های باکتریایی توسط زیست‌شناسان استفاده می‌شود.
  • «ادبلو» (AdBlue) یا «مایع اگزوز دیزلی» (Diesel Exhaust Fluid)، محلول آبی از مخلوط اوره و «آب دیونیزه یا بی‌یون» (Deionized Water | DI water) است. از این محلول برای کاهش آلودگی هوا توسط موتورهای دیزلی استفاده می‌کنند.
  • «محلول کربس–هنسلیت» (Krebs–Henseleit Solution)، مخلوطی از ترکیبات مختلف است که برای پژوهش‌های زیستی کاربرد دارد.
  • محلول آلسور (Alsever's Solution) از گلوکز، سدیم سیترات $$(Na_3C_6H_5O_7)$$، سیتریک اسید $$(C_6H_8O_7)$$ و سدیم کلرید تشکیل می‌شود. محلول آلسور برای جلوگیری از انعقاد یا لخته شدن خون کاربر دارد.

مواد حل‌شونده و حلال می‌توانند به‌صورت گاز، مایع و جامد باشند. محلول‌ها با توجه به نوع فاز و حالت فیزیکی حلال به حلال‌های گازی، مایع و جامد تقسیم می‌شوند. در جدول زیر انواع محلول از نظر فاز آن‌ها همراه با مثال فهرست شده است.

محلول گازی چیست ؟

• گاز در گاز: هوا نمونه‌ای از محلول گازی است که گاز اکسیژن و گازهای دیگر در نیتروژن حل شده‌اند.

محلول جامد چیست ؟

وقتی حلال در فاز جامد باشد، محلول جامد تشکیل می‌شود. گاز‌ها، مایعات و جامدها می‌توانند در حلال‌های جامد حل شده و محلول‌های جامد را تشکیل دهند.

• گاز در جامد: حل شدن گاز هیدروژن در برخی فلزها مانند پلاتین (Pt)، از محلول‌های گاز در جامد هستند. از این ویژگی برای ذخیره‌سازی هیدروژن مورد پژوهش قرار گرفته است.
• مایع در جامد:
  • تشکیل یک ملغمه یا آمالگام محلول جیوه (Hg) در طلا (Au) است.
  • فتالات $$(C_{24}H_{38}O_4)$$ در پلی‌وینیل کلراید (PVC)
  • هگزان در موم پارافین
  • آب در جامدهای نم‌دار
• جامد در جامد:
  • کربن در آهن و تولید فولاد، محلول جامد در جامد است.
  • تشکیل آلیاژ برنز، محلول روی در مس است.

محلول مایع

محلول مایع رایج‌ترین شکل محلول است. وقتی حلال در فاز مایع باشد، محلول مایع تشکیل می‌شود. گاز‌ها، مایعات و جامدها می‌توانند در حلال‌های مایع حل شده و محلول‌های مایع را به وجود آورند. در زیر نمونه‌هایی از محلول‌های مایع فهرست شده است.

• گاز در مایع:
  • اکسیژن در آب
  • کربن دی‌اکسید در آب: حل شدن کربن دی‌اکسید در آب با واکنش شیمیایی و تشکیل یون همراه است. آب گازدار، سودا یا نوشابه مثال‌هایی از محلول گاز در مایع هستند. حباب‌هایی که در چنین محلول‌هایی دیده می‌شوند، گاز کربن دی‌اکسید نیستند بلکه تنها «جوششی» (Effervescence) از این گاز در سطح آب را نشان می‌دهند. گاز کربن دی‌اکسید در سطح مولکولی حل شده و قابل مشاهده نیست.
• مایع در مایع: شامل مخلوطی از دو یا چند ماده در فاز مایع با یکدیگر است.
• جامد در مایع: حل شدن مواد جامد در مایع، محلول‌های جامد در مایع هستند. حل شدن قند و شکر در آبِ لیمو و تشکیل شربت آبلیمو یا نمک در آب مثال‌هایی از محلول جامد در مایع هستند.

محلول آبی چیست ؟

«محلول آبی» (Aqueous solution)، مخلوطی همگن است که آب در آن نقش حلال را دارد. گونه‌های حل‌شونده در محلول‌های آبی با نماد «aq» که کوتاه شده واژه «Aqueous» است در معادلات شیمیایی نمایش داده می‌شوند. برای مثال وقتی سدیم کلرید در آب حل می‌شود به شکل $$Na^+(aq) + Cl^−(aq)$$ نمایش داده می‌شوند.

الکترولیت

• الکترولیت قوی: رسانایی خیلی خوب جریان الکتریکی هستند. چنین موادی به‌طور کامل در آب یونیزه می‌شوند. یون‌های ماده حل‌شونده در الکترولیت‌های قوی توانایی حرکتی بیشتری دارند و به راحتی جابه‌جا می‌شوند.
• الکترولیت ضعیف: رسانایی ضعیف جریان الکتریکی هستند و مواد حل‌شونده کمی در آب یونیزه شده‌اند.

محلول بافر چیست ؟

محلول بافر به دو دسته بافر اسیدی و بافر بازی تقسیم می‌شود.

• بافر اسیدی: از بافر اسیدی برای حفظ غلظت یون هیدروژن در محیط اسیدی استفاده می‌شود و از مخلوط اسید ضعیف و باز مزدوج آن تشکیل می‌شود. محلول آبی استیک اسید $$(CH_3COOH)$$
  و سدیم استات بافر اسیدی با pH=۴٫۷۴ است.
• بافر بازی: بافرهای بازی از واکنش باز ضعیف و اسید مزدوج آن تشکیل می‌شود. محلول آبی آمونیوم هیدروکسید $$(NH_4OH)$$ و آمونیوم کلرید $$(NH_4Cl)$$ با غلظت‌های برابر بافری قلیایی با pH=۹٫۲۵ است.

محلول ایده آل چیست ؟

فیلم آموزش محلول‌سازی در آزمایشگاه در فرادرس

کلیک کنید

تهیه محلول چیست ؟

چگونه محلول مولار درست کنیم ؟

یکی از تکنیک‌های مهم در تمام سطوح شیمی، تهیه محلول با غلظت مشخص است. مولاریته تعداد مول ماده حل شده در یک لیتر از محلول تعریف می‌شود. تهیه محلول ۱ مولار از مواد مختلف به ترتیب زیر انجام می‌شود:

• جرم مولی ماده مورد نظر محاسبه شود.
• به اندازه یک مول از ماده مورد نظر که برابر با جرم مولی آن ماده است وزن می‌شود.
• بالنی به حجم ۱ لیتر تا خط نشانه با آب مقطر پر می‌شود.
• مقدار وزن شده به بالن افزوده می‌شود.
• برای حل شدن کامل ماده حل‌شونده به آن زمان داده می‌شود یا محلول روی همزن مغناطیسی قرار می‌گیرد.

مثال تهیه محلول ۱ مولار نمک:

تهیه محلول ۱ مولار از نمک (NaCl) به ترتیب زیر انجام می‌شود:

• ماده حل‌شونده: NaCl
• جرم مولی NaCl برابر است با ۵۸٫۴۴ گرم بر مول
• به اندازه یک مول نمک که برابر با جرم مولی آن ماده است وزن می‌شود. جرم یک مول نمک برابر با ۵۸٫۴۴ گرم بر مول است پس تقریبا باید مقدار ۵۸ گرم نمک وزن شود.
• مقدار وزن شده به بالنی به حجم ۱٫۰ لیتر که تا خط نشانه با آب مقطر پر است افزوده می شود.
• برای حل شدن کامل نمک در آب به آن زمان داده می‌شود یا محلول روی همزن مغناطیسی قرار می‌گیرد.

مثال تهیه محلول ۰٫۵ مولار سدیم هیدروکسید:

تهیه محلول ۰٫۵ مولار از سدیم هیدروکسید (NaOH) به ترتیب زیر انجام می‌شود:

• ماده حل‌شونده: NaOH
• جرم مولی NaOH برابر است با ۳۹٫۹۹ گرم بر مول
• یک مول از سدیم هیدروکسید تقریبا برابر با ۴۰ گرم بر مول است پس باید مقدار ۴۰ گرم سدیم هیدروکسید وزن شود.
• مقدار وزن شده به بالنی به حجم ۱٫۰ لیتر که تا خط نشانه با آب مقطر پر است افزوده می‌شود.
• به دلیل غلظت کمتر محلول مورد نظر می‌توان محلول را در بالن ۱ لیتری تهیه و سپس رقیق کرد یا از ابتدا در بالنی با حجم ۲ لیتر محلول تهیه شود. پس در حالت معمول پس از تهیه محلول ۱ مولار، با افزودن آب بیشتر محلول را رقیق می‌کنیم تا به غلظت مورد نظر برسد.

مثال تهیه محلول ۱ مولار استیک اسید:

تهیه محلول ۱ مولار از استیک اسید $$(CH_3COOH)$$ به ترتیب زیر انجام می‌شود:

• ماده حل‌شونده: $$(CH_3COOH)$$
• جرم مولی $$(CH_3COOH)$$ برابر است با ۶۰٫۰۵ گرم بر مول
• یک مول از استیک اسید تقریبا برابر با 6۰ گرم بر مول است پس باید مقدار 6۰ گرم استیک اسید وزن شود.
• مقدار وزن شده در ۵۰۰ میلی‌لیتر آب حل شده و سپس به حجم ۱٫۰ لیتر رسانده می‌شود.
• به دلیل مایع بودن اسید می‌توان از حجم آن نیز استفاده کرد. مقدار حجم از چگالی استیک اسید به‌دست می‌آید. چگالی استیک اسید ۱٫۰۴۹ گرم در میلی‌لیتر است. با تقسیم جرم به چگالی حجم مورد نظر برابر با ۵۷٫۲۴ میلی‌لیتر است. پس می‌توان به جای ۶۰ گرم تقریبا از ۵۷ میلی‌لیتر استیک اسید برای تهیه ۱ مولار محلول استفاده کرد.

رقیق سازی محلول چیست

اگر قصد داشته باشیم از محلولی غلیظ، محلولی با غلظت کمتر تهیه کنیم با استفاده از معادله زیر می‌توان مقدار حجم یا غلظت محلول مورد نظر را به‌دست آورد.

$$M_1V_1=M_2V_2$$

• $$M_1$$: غلظت محلول غلیظ یا اولیه
• $$V_1$$: حجم محلول غلیظ یا اولیه
• $$M_2$$: غلظت محلول غلیظ یا ثانویه
• $$V_2$$: حجم محلول غلیظ یا ثانویه

مثال رقیق سازی محلول

برای تهیه ۱٫۰ لیتر محلول استیک اسید ۰٫۵۰ مولار چه حجمی از محلول اسید ۱۰ مولار مورد نیاز است؟

$$10M_1V_1=0.50M_2times 1.0V_2$$

$$V_1=0.050L=50mL$$

پس به مقدار ۵۰ میلی‌لیتر استیک اسید ۱۰ مولار برای تهیه ۰/۱ لیتر استیک اسید ۵۰/۰ مولار مورد نیاز است.

سوالات متداول محلول چیست

تا اینجا آشنا شدید که محلول چیست و چه کاربردهایی دارد. در زیر به برخی از پرسش‌های رایج در مورد محلول‌ها پاسخ داده شده است.

تفاوت مخلوط و محلول چیست ؟

در واقع محلول مخلوط همگن است که اجزای تشکیل‌دهنده به‌طور یکنواخت یا همگن پراکنده شده باشند. در مقابل اجزای مخلوط ناهمگن پراکندگی یکسانی ندارند و به راحتی قابل جدا شدن هستند. در محلول ذرات پراکنده شده قابل مشاهده نیستند و پراکندگی نور ندارند. همچنین این ذرات رسوب نمی‌کنند و توسط فیلتراسیون قابل جدا شدن نیستند.

آجیل محلول جامد در جامد است ؟

آجیل محلول نیست و مخلوطی ناهمگن است.

محلول مایع در مایع نام ببرید ؟

تمام مواد امتزاج‌پذیر در آب محلول‌های مایع در مایع هستند. محلول بوتانون، بوتانول و اکتانول در آب و همچنین محلول بوتانوئیک اسید در آب مثال‌هایی از محلول‌های مایع در مایع هستند.

• سرکه: استیک اسید در آب است.
• ضدیخ: اتیلن گلیکول در آب است.
• دهانشویه: ستیل پیریدینیوم و عصاره نعنا در آب است.
• مواد شوینده خانگی: محلولی از مواد شیمیایی در آب هستند.
• ضدعفونی کننده‌ها: اتانول در آب است.
• هیدروژن پراکسید خانگی: محلول بسیار رقیق هیدروژن پراکسید خالص $$(H_2O_2)$$ در آب است.

محلول آبی کدام ماده در آب رسانای جریان برق نیست ؟

مواد غیرالکترولیت که با حل شدن در آب به‌صورت یون تجزیه نمی‌شوند مانند مانند قند، اوره، گلیسیرین و متیل‌سولفونیل‌متان رسانای جریان برق یا الکتریسیته نیستند.

حلال چربی چیست ؟

چربی یا «لیپیدها» (Lipid) همگی در حلال‌های قطبی مانند آب نامحلول هستند. این دسته از مواد ولی در حلال‌های آلی ناقطبی از جمله «اتر» (Ether)، کلروفرم، بنزن و استون به راحتی حل می‌شوند. در واقع، این چهار حلال اغلب به عنوان حلال‌های لیپیدی یا حلال‌های چربی شناخته می‌شوند.