انحلال پذیری

نگاه اجمالی

میزان انحلال پذیری یک ماده حل شونده در یک  حلالبه طور قابل توجهیبه ماهیت و قدرت نیروهای جاذبه بین ذرات حل شونده - حل شونده ، حلال - حلال و حلشده - حلال بستگی دارد. بیشترین انحلال وقتی مشاهده می‌شود که این نیروها همانندباشند، یعنی نخستین قاعده انحلال پذیری این است که "نظیر در نظیر حل می شود." بطور کلی ، مواد قطبی فقط درحلالهای قطبی و مواد ناقطبی فقط در حلالهای ناقطبی حل می‌شوند. یعنی مواد ناقطبی ومواد قطبی معمولا امتزاج ناپذیرند . 

مثلاتتراکلریدکربن (یک ماده ناقطبی) در آبنامحلول است. زیرا نیروی جاذبه به یک مولکول آب نسبت به یک مولکول دیگر قویتیر ازنیروی جاذبه بین یک مولکول تتراکلریدکربن و یک مولکول آب است از این رو، مولکولهایتتراکلریدکربن رانده می‌شوند و این دو ماده ، یک سیستم مایع دو لایه‌ای تشکیلمی‌دهد.

بلورهای مشبک (مثلاالماس) که درآنها اتمهای تشکیل دهنده بلور باپیوندکووالانسیبه یکدیگر پیوسته‌اند، در تمام مایعات نامحلول‌اند. این ساختاربلورین بسیار پایدارتر از آن است که با فرآیند انحلال از هم بگسلد یعنی هیچ جاذبهبالقوه بین حلال - حل شونده نمی‌تواند به قدرت پیوند کووالانسی موجود در این نوعبلور برسد.

فرایند انحلال

میانمولکولهایکووالانسیناقطبی ، تنها نیروهای بین مولکولی موجود ،نیرویلاندناست. ولی نیروهای جاذبه بین مولکولهای کووالانسی قطبی علاوه بر نیروهایلاندن ، نیروهای دو قطبی - دو قطبی را نیز شامل می‌شود. در مواردی کهپیوندهیدروژنیوجود دارد، نیروهای بین مولکولی بطور غیر عادی قوی است. از آنجایی کهمواد ناقطبی فقط در حلالهای ناقطبی حل می‌شوند،یدکه یک ماده ناقطبی است، درتتراکلریدکربن حل می‌شود.

نیروی جاذبه بین مولکولهای I₂ در ید جامد ، تقریبا از همان نوع و اندازه‌ای است که بین مولکولهای CCl₄ در تتراکلریدکربن خالص وجود دارد و از این رو، جاذبه ایقابل توجه بین ید و تتراکلرید کربن ممکن می‌گردد و مولکولهای ید می‌توانند بامولکولهای تتراکلریدکربن ممزوج شوند و محلول حاصل یک مخلوط مولکولی بی نظم است. متیل الکل (CH₃OH) و آب (هر دو ماده قطبی) به هر نسبت در یکدیگر حل می‌شوند. در محلول متیل الکل و آب ،مولکولهای CH₃OH و H₂O با پیوند هیدروژنی بههم پیوسته‌اند که در حالت مایع خالص نیز مولکولهای هر دو مایع بوسیله پیوندهیدروژنی به یکدیگر جذب می‌شوند.

مایعات قطبی (بویژه آب) می‌توانند حلالبسیاری ازترکیبات یونیباشند. یونهای مواد حل شدهتوسط مولکولهای قطبی با نیروی الکتروستاتیکی جذب می‌شوند، یعنی یونهای منفی توسطقطبهای مثبت مولکولهای حلال و یونهای مثبت توسط قطبهای منفی این مولکولها جذبمی‌شوند. این جاذبه یون - دو قطبی ممکن است نیروهای نسبتا قوی باشند و موجب می‌شودکه یونها ازبلورجدا شده و در فازمایع شناور شوند. یونهای حل شده آبپوشیده‌اند و در حالی که با غلافی از مولکولهایآب احاطه شده‌اند در محلول حرکت می‌کند.

اثر دما بر انحلال پذیری

اثر تغییر دما بر انحلال پذیری یک ماده به جذبشدن یا آزاد شدن گرما به هنگام تهیهمحلولسیر شدهآن ماده بستگی دارد. با استفاده ازاصللوشاتلیهمی توان اثر تغییر دما بر روی انحلال پذیری یک ماده را پیش بینی کرد. اگر فرآیند انحلال ماده حل شونده ، فرآیندی گرماگیر باشد، انحلال پذیری آن ماده باافزایش دما افزایش می‌یابد.

حل شده موجود در محلول سیر شده <----> حل شونده جامد + انرژی

اگر انحلال مادهحل شونده فرآیندی گرماده باشد، با افزایش دما ، انحلال پذیری ماده حل شونده کاهشمی‌یابد. معدودی از ترکیبات یونی ( مثل Na₂CO₃ , Li₂CO₃ ) بدین گونه عمل می‌کنند. علاوه بر این ، انحلالپذیری تمام گازها با افزایش دما ، کاهش پیدا می‌کند. مثلا با گرم کردن نوشابه‌هایگازدار ،گازدی‌اکسید کربنموجود در آنها از محلول خارج می‌شود. تغییر انحلال پذیری باتغییر دما به مقدار آنتالپی انحلال بستگی دارد. انحلال پذیری موادی که آنتالپیانحلال آنها کم است، با تغییر دما تغییر چندانی نمی‌کند.

اثر فشار بر انحلال پذیری

اثر تغییر فشار بر انحلال پذیری مواد جامد ومایع معمولا کم است ولی انحلال پذیری گازها در یک محلول با افزایش یا کاهش فشاری کهبه محلول وارد می‌شود، به میزان قابل توجهی تغییر می‌کند. "ویلیام هنری" در سال 1803 میلادی کشف کرد که مقدار گازی که در یک دمای ثابت در مقدار معینی از یکمایع حل می‌شود با فشار جزئی آن گاز در بالای محلول نسبت مستقیم دارد. فقط محلولهایرقیق در فشارهای نسبتا پایین ازقانون هنریبه خوبی پیروی می‌کنند. گازهاییکه انحلال پذیری آنها بسیار زیاد است، عموما با حلال خود ترکیب می‌شود (مثلا گازهیدروژن کلرید وقتی که حل می‌شود، با آن ترکیب شده و هیدروکلریک اسید تولیدمی‌کند). این محلولها از قانون هنری پیروی نمی‌کنند.

خون غواصها در عمق دریاتحت فشار نسبتا زیاد ویژه عمقی که در آن کار می‌کنند با هوا سیر می‌شود. اگر اینفشار ، در اثر بالا آمدن سریع سطح آب به سرعت برداشته شود، هوا به سرعت از محلولخارج شده و حبابهایی را در سیستم جریان خون غواص ایجاد می‌کند. این حالت که "آمبولی هوایی" نام دارد، بر تحریکات عصبی وسیستم جریان خوناثر گذاشته و ممکن است مرگآور باشد. برای پیشگیری از این حادثه از جوهلیومواکسیژنبهجای هوا که بخش عمده آن اکسیژن ونیتروژناست استفاده می‌شود، زیرا انحلال پذیری هلیوم در خون ومایعات بدنبسیار کمتر از نیتروژن است.

تعادلهای انحلال

تعادل مایع - مایع (حل شدن برم در آب)

هر گاه 50 گرمبرمرا که مایعی است قرمز رنگ ، فرار و سمیدر ظرف محتوی یک لیتر آب بریزیم، دو لایه قرمز و بی رنگ پدید می‌آید. با گذشت زمانبرم در آب حل می‌شود و محلول کم کم پر رنگ می‌شود و بالاخره تغییر متوقف می‌شود. گرچه مایع برم هنوز در ته ظرف وجود دارد (در حدود 14 گرم). در این شرایط که محلول برمدر مجاورت برم خالص قرار دارد و هیچگونه تغییری مشهود نیست، می‌گوییم سیستم در حالتعادل است. ویژگی مهم تعادل ، تغییر ناپذیری خواص ماکروسکوپی آن است. خواصماکروسکوپی ، خواصی است که به مقدار زیادی از ماده وابسته است به اندازه‌ای که قابلمشاهده و اندازه گیری باشد و تغییرات آنها آشکار شود.

تعادل جامد - مایع (حل شدن نمک طعام در آب)

هر گاه مقداری زیادی بلورهاینمک طعام (در حدود 500 گرم) را به یک لیتر آب بیفزاییم و مخلوط را بهم بزنیم چون همزدن را تا 10 دقیقه ادامه دهیم، خواهیم دید که مقدار زیاد نمک حل می‌شود و فقط 140گرم آن باقی می‌ماند که با بهم زدن زیاد هم از وزن نمک موجود در ته ظرف کاستهنمی‌شود. بنابراین می‌گوییم که به حالت ثابتی رسیده و سیستم در حال تعادل است، زیراخواص ماکروسکوپی آن تغییر نمی کند. در حقیقت پدیده تعادل در سیستم جامد - مایع آبنمک شامل دو فرآیند است که در حال رقابت با یکدیگرند.

در ابتدا که نمک را درآب ریختیم، فرآیند حل شدن که شامل یونیزه شدن NaCl به کاتیونهای سدیم وآنیونهای کلر است، اغلب در یک جهت معینی از بلور به سوی محلول انجام می‌گیرد. باپیشرفت فرآیند حل شدن و افزایش غلظت یونها درمحلول، واکنش معکوس نیز امکان پذیر می‌شود. یعنی افزوده شدن یونهای محلول به بلور (تبلوریا رسوب کردن) انجام می‌شود. مادام کهموازنه این دو فرایند برقرار است، مقدار نمک حل شده در واحد حجم محلول ثابت خواهدبود و سیستم در تعادل انحلال پذیری باقی خواهد ماند.