الكيمياء12 فصل أول

خصائصُ المحاليل 

 

الخصائص الجامعة للمحاليل:

تعرف بأنها خصائص فيزيائية تتأثر بعدد الجسيمات المذابة في المحلول، ولا تعتمد على طبيعة المذاب. 

تشمل الخواص الجامعة للمحاليل:

• الانخفاض في الضغط البخاري
• الارتفاع في درجة الغليان
• الانخفاض في درجة التجمد
• الضغط الأسموزي 

أولاً: الانخفاض في الضغط البخاري

هو انخفاض الضغط البخاري لمذيب نقي متطاير عند إذابة مادة غير متطايرة فيه.

 

توضيح: عندما يكون لدينا سائل نقي مثل الماء، يتبخر جزء منه ويكوّن بخارًا، وهذا البخار يضغط على سطح السائل ويُسمى هذا الضغط البخاري.

لكن إذا أضفنا مادة مذابة إلى هذا السائل، مثل الملح أو السكر، فإن الضغط البخاري يقل. هذا التغير يعرف باسم الانخفاض في الضغط البخاري. 

لماذا ينخفض الضغط البخاري؟

لسببين رئيسيين:

1. جسيمات المذاب تحتل جزءاً من سطح الماء(المذيب)، فيقل عدد جزيئات الماء عند السطح ويقل تبخرها.
2. نشوء تجاذب بين بعض جسيمات المذيب وجسيمات المذاب، وهذا يقلل عدد جسيمات المذيب التي يمكن أن تفلت من السطح لتتحول إلى الحالة الغازية، فيقل الضغط البخاري.  

 

 

 

الشكل المجاور يبين الضغط البخاري لمحلول ومذيب نقي.

 

نستنتج من الشكل ما يلي:

• يزداد الضغط البخاري لكل من المذيب النقي والمحلول بزيادة درجة الحرارة.
• الضغط البخاري للمحلول أقل منه في المذيب النقي.  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ثانياً: الارتفاع في درجة الغليان

يعرف بأنه الفرق بين درجة غليان المذيب النقي والمحلول عند إذابة 1 mol مِنَ المذاب في 1 Kg مِنَ المذيب النقي. 

 

توضيح: يغلي السائل عندما يصبح ضغطه البخاري مساويًا للضغط الجوي، فالماء النقي يبدأ بالغليان عند درجة حرارة 100 ºC ، ثم تثبت درجة غليانه عند هذه الدرجة، وعند إذابة مادة غير متأينة وغير متطايرة في الماء؛ فإنّ المحلول يبدأ بالغليان على درجة أعلى من100 ºC . 

 

 وبذلك فإن: درجة غليان المحلول أعلى من درجة غليان المذيب النقي 

 

عند وصول المحلول إلى درجة غليان المذيب يكون الضغط البخاري أقل من الضغط الجوي، لذا نحتاج لرفع درجة الحرارة للتغلب على قوى التجاذب بين جسيمات المذيب والمذاب حتى يصل الضغط البخاري إلى الضغط الجوي، فترتفع درجة الغليان. ويُسمّى الفرق بين درجة غليان المذيب النقي والمحلول الارتفاع في درجة الغليان ΔT_b(.  

 

 

 

 

 

 

 

**يتناسب مقدار الارتفاع في درجة غليان المحلول طردياً مع التركيز المولالي للمحلول.

 ويعبر عنه بالصيغة الرياضية كما يأتي:

الارتفاع في درجة الغليان = ثابت × المولالية 

$\Delta Tb = Kb \times m$ 

 

 

$\Delta Tb$= الارتفاع في درجة الغليان.

K_b = ثابت الارتفاع في درجة غليان المذيب.

m = التركيز المولالي للمحلول. 

$\Delta Tb = T2 – T1$ 

حيث T₂ درجة غليان المحلول و T₁ درجة غليان المذيب. 

 

 

تذكر أن:  

 

 

 

ويوضح الجدول أدناه قيم ثابت الارتفاع في درجة غليان لبعض المذيبات السائلة:  

المذيب	درجة الغليان ºC عند ضغط جوي 1 atm	ثابت الارتفاع في درجة غليان المذيب   Kb ºC.Kg/mol
الماء	100	0.512
الإيثانول	78.3	1.07
البنزين	80.2	2.61

 

ثابت الارتفاع في درجة الغليان (K_b):

• هو مقدار الزيادة في درجة غليان المذيب عند إذابة 1 mol من مادة فيه لكل 1 Kg من المذيب.
• تعتمد قيمته على طبيعة المذيب. 

 

 

 

أن درجة غليان المحلول لا تثبت في أثناء الغليان، بل تستمر في الارتفاع.

ومن الشكل الظاهر عند المقارنة بين درجتي غليان محلولي المادتين غير المتطايرتين المتأينة وغير المتأينة عند التركيز نفسه، نجد أن درجة غليان محلول المادة المتأينة (X) أعلى من درجة الغليان لمحلول المادة غير المتأينة (Y).   

    

 

 

ويمكن تفسير ذلك من خلال المعادلتين الآتيتين لمادة غير متأينة(C₆H₁₂O₆) ومادة متأينة.(NaCl)  

$\mathrm{C}6\mathrm{H}12\mathrm{O}6\left(\mathrm{s}\right) \stackrel{\mathrm{H}2\mathrm{O}}{\to }\mathrm{C}6\mathrm{H}12\mathrm{O}6\left(\mathrm{aq}\right)$

 NaCl → Na⁺  + Cl ^-  

يتضح من المعادلتين أن عدد الجسيمات في محلول NaCl أكثر منه في محلول C₆H₁₂O₆. وبما أن خواص المحلول تعتمد على عدد الجسيمات؛ فإن الارتفاع في درجة غليان محلول المادة المتأينة(NaCl)  أعلى منه لمحلول المادة غير  المتأينة(C₆H₁₂O₆) .

أي أن كلما زاد عدد الجسيمات في المحلول، زادت درجة غليان المحلول.

أفكر: أيهما له أعلى درجة غليان محلول KBr أم محلول MgBr₂ لهما التركيز نفسه؟

محلول MgBr₂ له أعلى درجة غليان من محلول KBr عند نفس التركيز ، وذلك لأن عدد الجسيمات في محلول MgBr₂ أكثر منه في محلول KBr.

 

 

 

 

مثال: إذا علمت أن 18g من السكر C₆H₁₂O₆ أذيب في 500g من الماء النقي؛ فأحسب درجة غليان المحلول الناتج. علما أن ثابت الارتفاع في درجة غليان الماء 0.512 ºC.Kg/mol   والكتلة المولية للسكر للمذابMr = 180g/mol  

المعطيات: 

 

m _(C6H12O6) = 18g

m _(H2O) = 500g = 0.5Kg

K_b = 0.512 ºC.Kg/mol

 Mr = 180g/mol 

المطلوب: حساب درجة غليان المحلول. 

الحل:

احسب عدد مولات المذاب:  

$n=\frac{18g\times 1mol}{180g}=0.1mol$ 

احسب التركيز المولالي للمحلول: 

$m= \frac{0.1mol }{0.5Kg} = 0.2mol/Kg$ 

أحسب الارتفاع في درجة الغليان: 

$$\begin{gathered} ∆Tb = Kb \times m \\ ∆Tb = 0.512 \times 0.2 = 0.102 °C \end{gathered}$$ 

 

درجة غليان المحلول T  

 $T2 = 100 + 0.102 = 100.102 °C$ 

 

 

 

مثال: إذا علمت أن 5.85g من NaCl أذيب في 0.5Kg من الماء؛ فأحسب درجة غليان المحلول. علما أن الكتلة المولية للمذاب (Mr = 58.5 g/mol) وثابت الارتفاع في درجة غليان الماء (0.512 ºC.Kg/mol).

المعطيات:

m _(NaCl) = 5.85g

m _(H2O) = 0.5Kg

K_b = 0.512 ºC.Kg/mol

Mr = 58.5g/mol

المطلوب: حساب درجة غليان المحلول.

الحل: 

  NaCl → Na⁺  + Cl ^-    

عدد مولات الأيونات = 2mol

عدد مولات المذاب:  

  $n= \frac{5.85g\times 1mol}{58.5g} = 0.1mol$ 

 

مولالية المحلول: 

$m= \frac{0.1mol}{0.5Kg} = 0.2mol/Kg$ 

بما أن عدد مولات الأيونات = 2

فإن التركيز المولالي الكلي للأيونات يساوي:

2 × 0.2 = 0.4mol/Kg

ومنها احسب الارتفاع في درجة الغليان  

 

$$\begin{gathered} ∆Tb = Kb \times m \\ ∆Tb = 0.512 \times 0.4 = 0.205 °C \end{gathered}$$

 

 

 

ومنه فإن درجة غليان المحلول تساوي:  

T₂ = 100 + 0.205 = 100.205 °C 

 

 

 

 

 

 

ثالثاً: الانخفاض في درجة التجمد

يعرف بأنه الفرق بين درجة تجمد المحلول ودرجة تجمد المذيب النقي عند إذابة 1 mol من المذاب في 1 Kg من المذيب النقي.

 

توضيح: تنتشر جسيمات المذاب بين جسيمات المذيب، فتُعيق تقاربها وتجاذبها، مما يقلل من فرصة تحول المذيب إلى الحالة الصلبة عند درجة التجمد. لذا، يلزم انخفاض أكبر في درجة الحرارة ليتم تجمد المحلول، ويُعرف الفرق بين درجة تجمد المذيب النقي والمحلول بـ الانخفاض في درجة التجمد(∆T_f).

وبذلك فإن: درجة تجمد المحلول أقل من درجة تجمد المذيب النقي.

ملحوظة: كلما زاد عدد الجسيمات (الأيونات) الناتجة عن الذوبان، زاد الانخفاض في درجة التجمد.

**يتناسب مقدار الانخفاض في درجة تجمد المحلول طردياً مع التركيز المولالي للمحلول،ويعبر عنه بالصيغة الرياضية الآتية:

الانخفاض في درجة التجمد = ثابت × المولالية 

$\Delta Tf = Kf \times m$ 

ΔT_f = الانخفاض في درجة التجمد

K_f = ثابت الانخفاض في درجة تجمد المذيب.

m = التركيز المولالي للمحلول. 

 $\Delta T f= T1 – T2$ 

حيث T₂ درجة تجمد المحلول و T₁ درجة تجمد المذيب. 

 

ويوضح الجدول أدناه قيم ثابت الانخفاض في درجة تجمد لبعض المذيبات السائلة: 

المذيب	درجة التجمد ºC	ثابت الانخفاض في درجة تجمد المذيب Kf ºC.Kg/mol
الماء	0.0	1.86
الإيثانول	-114.1	1.99
البنزين	5.5	5.07

 

ثابت الانخفاض في درجة التجمد (K_f):

• هو مقدار الانخفاض في درجة التجمد عند إذابة 1 mol من المذاب في 1 Kg من المذيب النقي.
• تعتمد قيمته على طبيعة المذيب. 

مثال: أحسب درجة التجمد لمحلول كلوريد المغنيسيوم MgCl₂ يحتوي على 0.95g من المادة المذابة في 0.1Kg من الماء المقطر علمًا أن (Mr = 95g / mol , K_f = 1.86 °C.Kg/mol).  

المعطيات: 

m _(MgCl2) = 0.95g

m _(H2O) = 0.1Kg

K_f = 1.86 °C.Kg/mol

Mr = 95.0g/mol 

 

المطلوب: حساب درجة تجمد المحلول

الحل:

أحسب عدد مولات المذاب 

$n= \frac{0.95g\times 1mol}{95g} = 0.01mol$ 

احسب التركيز المولالي للمحلول: 

$m= \frac{0.01mol}{0.1Kg} = 0.1mol/Kg$ 

بما أن عدد مولات الأيونات = 3

فأن التركيز المولالي الكلي للأيونات: 

 3 × 0.1 = 0.3 mol/Kg  

 

أحسب الانخفاض في درجة التجمد: 

 $$\begin{gathered} ∆Tf = Kf \times m \\ ∆Tf = 1.86 \times 0.3 = 0.558 °C \end{gathered}$$  

 

درجة تجمد المحلول: 

T₂ = 0.0 ­ 0.558 = -0.558 °C 

 

 

 

 

 

√ أتحقق: أحسب مقدار الانخفاض في درجة التجمد لمحلول تكون بإذابة 0.1 mol من مادة غير متأينة في 400g من البنزين. علمًا أن ثابت الانخفاض في درجة تجمد البنزين

(K_f = 5.07 °C.Kg/mol). 

n _(Solute) = 0.1 mol

m _(C6H6) = 400g = 0.4Kg

   K_f = 5.07 ºC.Kg/mol 

 

المطلوب: حساب مقدار الانخفاض في درجة التجمد.

الحل:

احسب التركيز المولالي للمحلول:   

 $m= \frac{0.1mol}{0.4Kg} = 0.25mol/Kg$ 

 

أحسب الانخفاض في درجة التجمد:  

$$\begin{gathered} ∆Tf = Kf \times m \\ ∆Tf = 5.07 \times 0.25 = 1.26 °C \end{gathered}$$ 

 

 

أفكر: أيهما أكثر فعالية في منع تراكم الثلوج كلوريد الصوديوم NaCl أم كلوريد الكالسيوم CaCl₂؟

كلوريد الكالسيوم CaCl₂ أكثر فعالية من كلوريد الصوديوم NaCl في منع تراكم الثلوج(خفض درجة التجمد)، لأنه ينتج عددًا أكبر من الأيونات عند الذوبان في الماء.

 

 

رابعاً: الضغط الأسموزي

يعرف بأنه كمية الضغط اللازمة لمنع الأسموزية.

**يعد من الخصائص الجامعة للمحاليل التي تعتمد على عدد جسيمات المذاب في كمية محددة من المحلول.

 

ما هي الخاصية الأسموزية؟

الأسموزية: هي عملية انتشار المذيب من الوسط الأقل تركيزاً إلى الوسط الأعلى تركيزاً عبر أغشية شبه منفذة.  

 

 

 

 

 من خلال الشكل أعلاه نلاحظ أن الأغشية شبه المنفذة تسمح بمرور جسيمات المذيب وتمنع مرور جسيمات المذاب كبيرة الحجم، فيرتفع سطح السائل فوق المحلول المركز، وعندما يصبح الضغط الناتج عن اختلاف ارتفاع مستوى سطح السائل بين المحلولين كافيًا لمنع الأسموزية يثبت ارتفاع مستوى سطح السائلين مع استمرار انتقال المذيب بين المحلولين، ولكن بشكل متساوٍ. 

 

 

ما أهمية الخاصية الأسموزية؟

تلعب دوراً حيويًا في كثير من العمليات الحيوية في النباتات، مثل عمليات امتصاص الماء والغذاء من التربة.

 

 

√ أتحقق: ما المقصود بالضغط الأسموزي؟

يعرف بأنه كمية الضغط اللازمة لمنع الأسموزية.

بمعنى أنه: الضغط اللازم لمنع انتقال جزيئات المذيب (مثل الماء) عبر غشاء شبه منفذ من المحلول الأقل تركيزًا إلى المحلول الأعلى تركيزًا.