محلول ها

ديد کلي محلولها ، مخلوطهايي همگن هستند. محلولها را معمولا بر حسب حالت فيزيکي آنها طبقه بندي مي‌کنند: محلولهاي گازي ، محلولهاي مايع و محلولهاي جامد. بعضي از آلياژها محلولهاي جامدند؛ سکه‌هاي نقره‌اي محلولهايي از مس و نقره‌اند و برنج محلولي جامد از روي در مس است. هر آلياژي محلول جامد نيست، بعضي از آلياژها مخلوطهايي ناهمگن اند. محلولهاي مايع متداولترين محلولها هستند و بيشترين کاربرد را در بررسيهاي شيميايي دارند. هوا هم مثالي براي محلولهاي گازي مي‌باشد. ماهيت محلولها در يک محلول ، معمولا جزئي که از لحاظ کميت بيشترين مقدار را دارد، حلال و ساير اجزا را مواد حل شده (حل شونده) مي‌گوييم. اما گاهي آسانتر آن است که جزئي از محلول را با آنکه مقدارش کم است، حلال بناميم و گاهي اصولا اطلاق نام حلال و حل شونده به اجزاي يک محلول (مثلا محلولهاي گازي) چندان اهميتي ندارد. بعضي از مواد به هر نسبت در يکديگر حل مي‌شوند. امتزاج پذيري کامل از ويژگيهاي اجزاي تمام محلولهاي گازي و بعضي از اجزاي محلولهاي مايع و جامد است. ولي غالبا، مقدار ماده اي که در حلال معيني حل مي شود، محدود است. انحلال پذيري يک ماده در يک حلال مخصوص و در دماي معين، بيشترين مقداري از آن ماده است که در مقدار معيني از آن حلال حل مي شود و يک سيستم پايدار به وجود مي آورد. غلظت محلول براي يک محلول معين ، مقدار ماده حل شده در واحد حجم حلال يا در واحد حجم محلول را غلظت ماده حل شده مي‌گوييم. مهمترين نوع غلظتها که در آزمايشگاه بکار مي‌رود مولاريته و نرماليته است. مولاريته عبارت است از تعداد مولهاي يک ماده که در يک ليتر محلول وجود دارد. به همين دليل آن را مول بر ليتر يا M/L مي‌گيرند. نرماليته يک محلول عبارتست از تعداد هم ارز گرمهاي (اکي والان گرم هاي) ماده موجود در يک ليتر محلول. نرماليته را با N نشان مي‌دهند. انواع محلولها محلولهاي رقيق محلولهايي که غلظت ماده حل شده آنها نسبتا کم است. محلولهاي غليظ محلولهايي که غلظت نسبتا زياد دارند. محلول سير شده اگر مقدار ماده حل شده در يک محلول برابر با انحلال پذيري آن در حلال باشد، آن محلول را محلول سير شده مي‌ناميم. اگر به مقداري از يک حلال مايع ، مقدار زيادي ماده حل شونده (بيشتر از مقدار انحلال پذيري آن) بيفزاييم، بين ماده حل شده و حل شونده باقيمانده تعادل برقرار مي‌شود. ماده حل شونده باقيمانده ممکن است جامد ، مايع يا گاز باشد. در تعادل چنين سيستمي ، سرعت انحلال ماده حل شونده برابر با سرعت خارج شدن ماده حل شده از محلول است. بنابراين در حالت تعادل ، غلظت ماده حل شده مقداري ثابت است. محلول سير نشده غلظت ماده حل شده در يک محلول سير نشده کمتر از غلظت آن در يک محلول سير شده است. محلول فراسيرشده مي‌توان از يک ماده حل شونده جامد ، محلول فراسير شده تهيه کرد که در آن، غلظت ماده حل شده بيشتر از غلظت آن در محلول سير شده است. اين محلول ، حالتي نيم پايدار دارد و اگر مقدار بسيار کمي از ماده حل شونده خالص بدان افزوده شود، مقداري از ماده حل شده که بيش از مقدار لازم براي سيرشدن محلول در آن وجود دارد، رسوب مي‌کند. خواص فيزيکي محلولها بعضي از خواص محلولها به دو عامل ، نوع ماده حل شده و غلظت آن در محلول بستگي دارند. اين مطلب براي بسياري خواص فيزيکي محلولها از جمله ، محلولهاي آبي درست به نظر مي‌رسد. براي مثال، محلول نمک طعام در آب بي رنگ پرمنگنات پتاسيم در آب، بنفش صورتي است (در اينجا نوع ماده حل شده مطرح است). افزون بر اين ، مي‌دانيم که هر چه بر محلول پرمنگنات آب بريزيم و آن را رقيقتر کنيم، از شدت رنگ آن کاسته مي‌شود (اينجا غلظت محلول مطرح است). يکي ديگر از خواص فيزيکي که به اين دو عامل بستگي دارد، قابليت هدايت الکتريکي محلول آبي مواد گوناگون است. چهار خاصه فيزيکي ديگر از محلولها وجود دارد که به نوع و ماهيت ذرات حل شده بستگي ندارد، بلکه فقط به مجموع اين ذرات وابسته است. به عبارت ديگر ، تنها عامل موثر بر خواص محلول در اينجا ، غلظت است. چنين خواصي از محلول را معمولا "خواص جمعي محلولها" (خواص کوليگاتيو Colligative properties) مي‌نامند و عبارتند از کاهش فشار بخار ، صعود نقطه جوش ، نزول نقطه انجماد و فشار اسمزي. کاهش فشار بخار وقتي يک حل شونده غير فرار در يک حلال حل مي‌شود، فشار بخار آن کاهش مي‌يابد و مقدار کاهش به مقدار حل شونده بستگي دارد. هر چه ميزان حل شونده بيشتر باشد، ميزان کاهش در فشار بخار بيشتر است. براي مثال اگر دو ظرف را در نظر بگيريم که در آنها مقدار مساوي مايع وجود دارد که يکي محتوي مولکولهاي آب خالص و ديگري محتوي محلول قند در آب است، بديهي است که تعداد مولکولهاي آب در واحد حجم از آب قند ، کمتر از آب خالص است. به همين نسبت ، تعداد مولکولهاي آب در سطح آب قند ، نيز کمتر مي‌باشد. بنابراين، نسبت مولکولهاي پرانرژي آب که قادر به تبخير از سطح آب قند هستند، کمتر مي‌باشد و در نتيجه فشار بخار محلول کمتر مي‌شود. افزايش نقطه جوش در اثر حل شدن مقداري حل شونده غير فرار در يک حلال ، نقطه جوش آن افزايش مي‌يابد. مقدار افزايش فقط به مقدار حل شونده بستگي دارد. براي مثال ، آب در شرايط متعارفي (دماي 25 درجه سانتيگراد و فشار بخار يک اتمسفر يا 760 ميلي متر جيوه) در 100 درجه سانتيگراد مي جوشد. اما اگر در آب، مقداري قند مثلا به غلظت يک مولال (يک مول در 1000 گرم آب) بريزيم، فشار بخار محلول آب قند به اندازه 14 ميلي متر جيوه کاهش مي‌يابد و در نتيجه محلول در 52/100درجه سانتيگراد مي‌جوشد. کاهش نقطه انجماد وقتي يک حل شونده غير فرار در يک حلال حل مي‌شود، نقطه انجماد آن کاهش مي‌يابد. بنابراين دماي انجماد محلولهاي آبي هميشه کمتر از دماي انجماد آب خالص است. استفاده از اين خاصيت در رادياتور اتومبيل مي‌باشد که براي جلوگيري از يخ زدن آب رادياتور اتومبيل در زمستان ، به آن مقداري مايع به نام ضد يخ مي‌افزايند. همچنين با اضافه کردن نمک (مانند کلريد سديم) همراه با شن ريز روي آسفالت خيابانهاي شهر ، هيدراته شدن يونهاي نمکها مستلزم مصرف مقداري آب است که از ذوب شدن برف فراهم مي گردد. بنابراين آب نمک غليظي فراهم مي‌شود که حتي در 20 درجه زير صفر منجمد نمي‌شود. فشار اسمزي اگر در ظرف U شکلي ، حلال A از مخلوط حلال و حل شونده (B + A) به وسيله يک غشاي نيمه تراوا ، جدا شود، چون فقط حلال از غشا عبور مي‌کند، بعد از رسيدن به حالت تعادل ، ارتفاع مايع در قسمت (حاوي B + A) که حل شونده وجود دارد بالا مي رود. اگر به اين ستون فشار وارد شود تا سطح مايع در دو طرف يکسان شود، اين فشاراسمزي است که به علت حل شدن حل شونده غير فرار در حلال ايجاد شده است. به عکس فرآيند اسمز ، اسمز معکوس گويند که براي شيرين کردن آب استفاده مي شود. همچنين براي تعيين جرم مولکولي پليمرها ، پروتئينها و بطور کلي مولکولهاي سنگين از فشار اسمزي استفاده مي‌شود.