كيف تؤثر قوى التجاذب بين الجزيئات في الذوبان

كتابة: اسراء حرب آخر تحديث: 23 فبراير 2021 , 11:51

أنواع قوى التجاذب بين الجزيئات

تتحدد قوة التجاذب بين جزيئات المادة بمقدار التنافر أو التجاذأو قوة التنافر التي تكون بين جسيمات المادة سواء الجزيء أو الذرة أو ايونات المادة، وتكون على أكثر من نوع وهي:

  • قوى ثنائي القطب: وهي التفاعلات الكهروستاتيكية لثنائيات القطب الدائمة في الجزيئات، والتي تتضمن الترابط الهيدروجيني.
  • قوى ثنائي القطب الأيوني: تشكل تفاعل إلكتروستاتيكي يشتمل على ثنائي القطب مشحون جزئيًا لجزيء واحد وأيون مشحون بالكامل.
  • قوى ثنائي القطب التي يسببها ثنائي القطب اللحظي أو قوى تشتت لندن: وهي القوى التي تسببها الحركات المترابطة للإلكترونات في الجزيئات المتفاعلة، وهي أضعف القوى بين الجزيئات وتصنف على أنها قوى فان دير فال.

ومن مفهوم قوى التجاذب نفهم أنّ أحادي القطب الكهربائي هو شحنة واحدة، في حين أن ثنائي القطب عبارة عن شحنتين متعاكستين متقاربتين مع بعضهما البعض
وتسمى الجزيئات التي تحتوي على ثنائيات الأقطاب الجزيئات القطبية وهي وفيرة جدًا في الطبيعة، على سبيل المثال يحتوي جزيء الماء (H2O) على عزم كهربائي دائم ثنائي القطب.
ولا تتركز شحنتها الموجبة والسالبة في نفس النقطة، كما ويتصرف مثل عدد قليل من الشحنات المتساوية والمتقابلة مفصولة بمسافة صغيرة.
وتعطي عوامل الجذب ثنائية القطب هذه الماء العديد من خصائصه، بما في ذلك التوتر السطحي العالي. [2]

مفهوم الذوبان

الذوبان هو قدرة مادة كيميائية صلبة أو سائلة أو غازية، والتي يشار إليها باسم المذاب على الذوبان في المذيب والذي يكون عادة سائل، ما يؤدي إلى تشكيل محلول.
وتعتمد قابلية ذوبان المادة بشكل أساسي على المذيب المستخدم، بالإضافة إلى درجة الحرارة والضغط. تقاس قابلية ذوبان مادة في مذيب معين بتركيز المحلول المشبع، ويعتبر المحلول مشبعًا عند إضافة مادة مذابة إضافية لم يعد يزيد من تركيز المحلول.

تتراوح درجة الذوبان على نطاق واسع اعتمادًا على المواد، وتكون على أكثر من حالة وهي:

  • حالة الذوبان اللانهائي وهو الامتزاج الكامل، مثل الإيثانول في الماء.
  • قليل الذوبان، مثل كلوريد الفضة في الماء.
  • والمواد غير قابلة للذوبان، والتي غالبًا تطلق على المركبات ضعيفة الذوبان.
    وفي ظل ظروف معينة، يمكن تجاوز قابلية الذوبان في التواز، مما ينتج عنه محلول مفرط التشبع.

الذوبان لا يعتمد على حجم الجسيمات؛ مع الوقت الكافي ، ستذوب حتى الجسيمات الكبيرة في النهاية.

العوامل المؤثرة على الذوبان

هناك مجموعة من العوامل التي تؤثر على ذوبان المواد وهي:

  • درجة الحرارة

عادةً ما تعتمد قابلية ذوبان مادة مذابة معينة في مذيب معين على درجة الحرارة، وبالنسبة للعديد من المواد الصلبة الذائبة في الماء السائل، تميل القابلية للذوبان إلى التوافق مع درجة الحرارة المتزايدة.
ومع تسخين جزيئات الماء، فإنها تهتز بسرعة أكبر وتكون أكثر قدرة على التفاعل مع المذاب وتفكيكه.

قابلية الذوبان للمواد المختلفة مقابل تغير درجة الحرارة تزداد في معظم المواد ؛ على سبيل المثال يذوب المزيد من السكر في الماء الساخن أكثر من الماء البارد.
كما وتظهر قابلية ذوبان الغازات العلاقة العكسية مع درجة الحرارة؛ أي ، مع ارتفاع درجة الحرارة، تميل قابلية الذوبان في الغاز إلى الانخفاض.
وفي مخطط الذوبان مقابل درجة الحرارة، تميل القابلية للذوبان إلى الزيادة مع زيادة درجة حرارة الأملاح وتنخفض مع زيادة درجة حرارة الغازات.

  • الضغط

الضغط له تأثير ضئيل على قابلية الذوبان في المواد الصلبة والسائلة، ولكن له تأثير قوي على المحاليل ذات المذابات الغازية.
ويكون هذا واضح في كل مرة تفتح فيها علبة صودا؛ فإنّ الصوت الذي يصدر من العلبة إلى حقيقة أن محتوياتها تحت الضغط، مما يضمن بقاء الصودا مكربنة، أي أن ثاني أكسيد الكربون يظل مذابًا في المحلول. والنتيجة من ذلك أن قابلية الذوبان للغازات تميل إلى الارتباط بزيادة الضغط.

  • القطبية

المذاب سوف يذوب بشكل أفضل في مذيب له بنية كيميائية مماثلة؛ وتعتمد قدرة المذيب على إذابة المركبات المختلفة بشكل أساسي على قطبيته.
على سبيل المثال مذاب قطبي مثل السكر شديد الذوبان في الماء القطبي، وأقل قابلية للذوبان في الميثانول القطبي المعتد، وغير قابل للذوبان عمليًا في المذيبات غير القطبية مثل البنزين.
وفي المقابل فإنّ المذاب غير القطبي مثل النفثالين غير قابل للذوبان في الماء، وقابل للذوبان بشكل معتدل في الميثانول ، وقابل للذوبان بدرجة عالية في البنزين. [3]

تأثير قوى التجاذب بين الجزيئات على المواد

تعتمد حالة المادة على التوازن بين الطاقة الحركية للجسيمات الفردية، وهي الجزيئات أو الذرات، والقوى بين الجزيئات.

كما وتُبقي الطاقة الحركية الجزيئات متباعدة وفي حالة حركة، وهي دالة لدرجة حرارة المادة، والقوى بين الجزيئات هي قوى جذابة تحاول ربط الجسيمات معًا.
الغازات حساسة جدًا لدرجات الحرارة والضغط، ومع ذلك فإنّها تؤثر أيضًا على السوائل والمواد الصلبة أيضًا، كما يمكن أن يغير التسخين والتبريد الطاقة الحركية للجسيمات في المادة، وبالتالي يمكننا تغيير الحالة الفيزيائية للمادة عن طريق تسخينها أو تبريدها.
تؤدي زيادة الضغط على مادة ما إلى تقارب الجزيئات معًا، مما يزيد من قوة القوى بين الجزيئات.

وفي بحث عن قوى التجاذب وليتكون لديك الفهم الأكبر حول تأثير قوى التجاذب على المواد إليك نظرة عامة على الخصائص العامة للمراحل الثلاث المختلفة للمادة:

خصائص الغازات

  • مجموعة من الجزيئات المفصولة على نطاق واسع.
  • الطاقة الحركية للجزيئات أكبر من أي قوى جذب بين الجزيئات.
  • يسمح عدم وجود أي قوة جذب كبيرة بين الجزيئات للغاز بالتمدد لملء الحاوية الخاصة به.
  • إذا أصبحت قوى الجذب كبيرة بدرجة كافية، فإنّ الغازات تظهر سلوكًا غير مثالي.

خصائص السوائل

  • تكون قوى الجذب بين الجزيئات قوية بما يكفي لإبقاء الجزيئات قريبة من بعضها.
  • السوائل أكثر كثافة وأقل انضغاطًا من الغازات.
  • السوائل لها حجم محدد، بغض النظر عن حجم وشكل الحاوية الخاصة بها.
  • قوى الجذب ليست قوية بما يكفي للحفاظ على الجزيئات المجاورة في وضع ثابت والجزيئات حرة في التحرك أو الانزلاق فوق بعضها البعض.
  • يمكن سكب السوائل لتأخذ شكل الإناء الذي توضع فيه.

خصائص المواد الصلبة

  • إن القوى بين الجزيئات بين الجزيئات المجاورة قوية بما يكفي لإبقائها ثابتة في موضعها.
  • المواد الصلبة مثل السوائل ليست شديدة الانضغاط بسبب عدم وجود مسافة بين الجزيئات.
  • إذا كانت الجزيئات الموجودة في مادة صلبة تتبنى ترتيب منتظم للغاية، يُقال إنّ الهياكل بلورية.
  • نظرًا للقوى القوية بين الجزيئات المجاورة، فإنّها تكون في حالتها الصلبة.

وهذا هو التأثير المباشر للحرارة أو الضغط على حالة المادة:

  • قد يؤدي تبريد الغاز إلى تغيير الحالة إلى سائل.
  • قد يؤدي تبريد السائل إلى تغيير الحالة إلى مادة صلبة.
  • قد يؤدي زيادة الضغط على الغاز إلى تغيير الحالة إلى سائل.
  • قد تؤدي زيادة الضغط على السائل إلى تغيير الحالة إلى مادة صلبة. [1]

تأثير قوى التجاذب بين الجزيئات في الذوبان

يتم تحديد المدى الذي ستذوب فيه مادة في مادة أخرى من خلال عدة عوامل، بما في ذلك الأنواع والقوى النسبية لقوى الجذب بين الجزيئات التي قد توجد بين ذرات المواد أو أيوناتها أو جزيئاتها.
ويتم تحديد هذا الميل للذوبان باعتبار قابلية ذوبان المادة، وتركيزها الأقصى في محلول عند التوازن في ظل ظروف محددة.
ويحتوي المحلول المشبع على مادة مذابة بتركيز يساوي قابليته للذوبان، بينما المحلول فوق المشبع هو المحلول الذي يتجاوز فيه تركيز المادة المذابة قابليته للذوبان، ويكون في حالة عدم التوازن أي حالته غير مستقرة والتي ستؤدي إلى ترسيب مذاب عندما يكون المحلول مضطربًا بشكل مناسب.
والسوائل القابلة للامتزاج قابلة للذوبان بجميع النسب، والسوائل غير القابلة للامتزاج تظهر قابلية ذوبان متبادلة منخفضة للغاية.
كما وتنخفض قابلية الذوبان في المواد المذابة الغازية مع زيادة درجة الحرارة، بينما تزداد الذوبان في معظم المواد الصلبة، ولكن ليس كلها.
ومع درجة الحرارة يتناسب تركيز المذاب الغازي في محلول مع الضغط الجزئي للغاز الذي يتعرض له المحلو، وهي علاقة تُعرف بقانون هنري. [4]

زر الذهاب إلى الأعلى
إغلاق