از رفتار آب تا زبان محلولها
پایهٔ ۱۰ · فصل ۳مخرج، یکا و نوع ذره را جا نینداز.
اول مفهوم را بخوان، بعد دام همان مبحث را کنارش بررسی کن.
آب طبیعی معمولاً ماده خالص نیست؛ یونهای نمکها و مولکولهایی مانند گازهای حلشده در آن حضور دارند. محلول مخلوط همگن است و شفافبودن الزاماً خالصبودن را ثابت نمیکند. در محلول NaCl، یونهای Na⁺ و Cl⁻ داریم. فرمول نمک، نسبت یونها را میگوید؛ محلول CaCl₂ در مدل تفکیک کامل به ازای هر کاتیون دو آنیون دارد.
شفافیت وجود یونهای حلشده را رد نمیکند؛ آب نمک میتواند شفاف و در عین حال مخلوط باشد.
هنگام انحلال نمک محلول، یونها از شبکه جدا و با آب برهمکنش میکنند. اما در انحلال مولکولی مانند حل شدن شکر، مولکول حلشونده هویت مولکولی خود را حفظ میکند. محلول یونی میتواند جریان برق را با حرکت یونها منتقل کند. وجود حلشونده بهتنهایی کافی نیست که محلول رسانایی قابل توجهی داشته باشد.
شکر در آب عمدتاً به صورت مولکول پخش میشود؛ انحلال الزاماً یونسازی نیست.
اول مفهوم را بخوان، بعد دام همان مبحث را کنارش بررسی کن.
درصد جرمی یعنی جرم حلشونده در صد واحد جرم محلول. مخرج، جرم کل محلول است: جرم حلال به اضافه جرم حلشونده. برای محلول ۱۰ درصد، در ۱۰۰ گرم محلول ۱۰ گرم حلشونده و ۹۰ گرم حلال داریم. افزودن آب جرم حلشونده را عوض نمیکند، اما درصد را کاهش میدهد.
مخرج درصد جرمی، جرم کل محلول یعنی حلال به اضافه حلشونده است؛ نسبت به حلال درصد جرمی محلول نیست.
ppm جرمی نسبت جرم حلشونده به جرم محلول ضرب در یک میلیون است. یک میلیگرم در یک کیلوگرم محلول برابر یک ppm جرمی است. برای محلول آبی بسیار رقیق با چگالی تقریباً ۱ kg/L، مقدار عددی mg/L تقریباً با ppm برابر میشود. این برابری یک تقریب مبتنی بر چگالی است، نه تعریف همیشگی ppm.
برای ppm جرمی باید mg/L را بر چگالی بر حسب kg/L تقسیم کرد؛ برابری عددی فقط با چگالی نزدیک یک برقرار است.
اول مفهوم را بخوان، بعد دام همان مبحث را کنارش بررسی کن.
غلظت مولی C برابر مول حلشونده تقسیم بر حجم نهایی محلول بر حسب لیتر است. حجم آب اولیه الزاماً برابر حجم محلول نیست. برای ساخت محلول، مقدار ماده را حساب میکنیم و پس از حل شدن، حجم نهایی را به مقدار هدف میرسانیم. رابطه C = m/(M×V) اتصال مستقیم جرم، جرم مولی و حجم محلول به غلظت است.
اگر مول را بر میلیلیتر تقسیم کنی واحد mol/mL میشود؛ برای mol/L حجم را به لیتر تبدیل کن یا نتیجه را در هزار ضرب کن.
در رقیقسازی با حلال و بدون واکنش یا اتلاف، مول حلشونده ثابت است؛ پس C₁V₁=C₂V₂. هر دو حجم باید واحد یکسان داشته باشند. در اختلاط محلولهای یک حلشونده نیز ابتدا مولها را جمع میکنیم و بر حجم نهایی دادهشده تقسیم میکنیم. جمعپذیری حجمها یک فرض است و باید در سؤال بیان شود. در محاسبهٔ عددی، ابتدا عوامل مشترک را ساده و گردکردن را تا پایان کار عقب بینداز تا خطای پاسخ جمع نشود.
در رقیقسازی بدون اتلاف یا واکنش، n ثابت است؛ افزایش حجم سبب کاهش n/V میشود.
اول مفهوم را بخوان، بعد دام همان مبحث را کنارش بررسی کن.
انحلالپذیری در دمای معین، بیشترین جرم حلشونده برای مقدار مشخص حلال در محلول سیرشده است. وقتی واحد گرم در ۱۰۰ گرم آب است، مخرج حلال است، نه محلول. روند وابسته به ماده است؛ انحلالپذیری همه جامدها با دما به یک اندازه یا حتی در یک جهت تغییر نمیکند. برای رسوب ناشی از سرد کردن، دو دما و جرم آب را به کار میبریم.
واحد محور را بخوان؛ در قرارداد گرم ماده در صد گرم آب، مخرج حلال است و نباید آن را محلول نامید.
در آب، اکسیژن الکترونهای پیوند را بیشتر جذب میکند و ساختار خمیده باعث میشود دوقطبیها خنثی نشوند. آب مولکول قطبی است. میان مولکولها پیوند هیدروژنی برقرار میشود که با پیوند اشتراکی O–H داخل مولکول فرق دارد. جوشیدن معمول آب جدایی مولکولها از یکدیگر است، نه تبدیل آنها به هیدروژن و اکسیژن.
در جوشیدن مولکولهای H₂O حفظ میشوند؛ غلبه بر جاذبه میان مولکولها رخ میدهد، نه تجزیه شیمیایی آب.
اول مفهوم را بخوان، بعد دام همان مبحث را کنارش بررسی کن.
شبکه پیوند هیدروژنی یخ معمولی، آرایش بازتری نسبت به آب مایع نزدیک نقطه ذوب دارد؛ بنابراین چگالی یخ کمتر است و شناور میماند. برای حل شدن مواد، برهمکنش حلشونده و حلال اهمیت دارد. عبارت «شبیه در شبیه حل میشود» راهنمای کیفی است؛ همه مواد قطبی یا همه نمکها لزوماً به مقدار زیاد در آب حل نمیشوند.
یونی بودن تضمین انحلال زیاد نیست؛ برای نمونه AgCl کممحلول است و باید داده انحلالپذیری را دید.
در شرایط قابل مقایسه، افزایش دما معمولاً انحلالپذیری گازهایی مانند O₂ را در آب کم میکند و افزایش فشار جزئی گاز بالای محلول میتواند آن را افزایش دهد. گاز حلشده با عنصر اکسیژن در خود مولکول آب فرق دارد. تصفیه و شیرینسازی نیز یک عملیات واحد نیستند؛ حذف میکروب الزاماً نمکها را حذف نمیکند و حذف نمک بهتنهایی همه آلودگیها را برطرف نمیسازد.
گندزدایی هدف میکروبی دارد؛ حذف نمکهای محلول به فرایند جداسازی مناسب مانند نمکزدایی نیاز دارد.
در حل شدن شکر، واحدهای مولکولی میان مولکولهای آب پخش میشوند. در حل شدن سدیم کلرید، یونهای موجود در شبکه از هم جدا و آبپوشی میشوند. هر دو فرایند میتوانند محلول همگن بدهند، اما نوع ذره حلشده یکسان نیست.
برای توضیح رسانایی، دو مرحله فکر کن: ذره باردار داریم؟ میتواند حرکت کند؟ محلول آبی یک نمک محلول در آب، مانند سدیم کلرید، معمولاً یونهای متحرک فراوان دارد. محلول شکر چنین مقدار فراوانی یون ایجاد نمیکند. پس «حل شدن» را بهتنهایی معادل «رسانا شدن زیاد» نگیر.
چرا محلول شکر مانند محلول NaCl رسانای خوب نیست؟
پاسخ تشریحی: شکر عمدتاً به صورت مولکول حل میشود و یونهای فراوان و متحرک تولید نمیکند.
اکسیژن در پیوند آب، الکترونها را بیشتر به سمت خود میکشد. بنابراین سمت اکسیژن نسبتاً منفیتر و سمت هیدروژنها نسبتاً مثبتتر است. این بارهای جزئی با بار کامل یون فرق دارند. شکل خمیده آب هم باعث میشود اثر دو پیوند همدیگر را خنثی نکند.
وقتی دو مولکول آب نزدیکاند، بخش هیدروژندار مناسب یکی میتواند با اکسیژن دیگری جاذبه هیدروژنی داشته باشد. در شکل، ابتدا تشخیص بده خط، داخل یک مولکول است یا میان دو مولکول. خطچین بین دو مولکول را با خط پیوسته O–H یکی نخوان.
در جوشیدن آب، عمدتاً بر کدام برهمکنشها غلبه میشود؟
پاسخ تشریحی: جاذبههای بینمولکولی؛ پیوندهای اشتراکی O–H در مولکولها حفظ میشوند.
۰٫۰۶ mol ماده با آب مخلوط شده و حجم نهایی محلول ۳۰۰ mL است. دانشآموز چون ۲۵۰ mL آب افزوده شده، C=۰٫۰۶/۰٫۲۵۰ مینویسد. راهحل را نقد و غلظت درست را بیابید.
جواب نهایی: غلظت درست ۰٫۲۰ mol/L است و استفاده از ۲۵۰ mL خطاست.
رابطه رقیقسازی از ثابت ماندن مول حلشونده میآید. V₂ حجم کل محلول پس از رقیقسازی است. تنها وقتی جمعپذیری حجمها پذیرفته شده باشد، حجم حلال افزودهشده برابر V₂−V₁ است.
۱۰۰ mL محلول ۲٫۰ mol/L تا حجم نهایی ۴۰۰ mL رقیق میشود؛ سپس یک نمونه ۱۰۰ mL از محلول نهایی برمیداریم. غلظت نهایی و مول حلشونده در نمونه چقدر است؟
فرضها: حلشونده واکنش نمیدهد، اتلاف نداریم و محلول نهایی یکنواخت است.
جواب نهایی: غلظت نهایی ۰٫۵۰۰ mol/L و مول حلشونده در نمونه ۰٫۰۵۰۰ mol است.
در حل شدن ۰٫۱ مول CaCl₂ با تفکیک کامل چند مول یون حاصل میشود؟
پاسخ: ۰٫۱ مول Ca²⁺ و ۰٫۲ مول Cl⁻؛ مجموع ۰٫۳ مول یون.
با حل کردن ۲۰ گرم نمک در ۱۸۰ گرم آب، درصد جرمی چیست؟
پاسخ: ۲۰/(۲۰+۱۸۰)×۱۰۰=۱۰ درصد.
۰٫۱ مول ماده در ۲۵۰ میلیلیتر محلول چه غلظتی دارد؟
پاسخ: C=۰٫۱/۰٫۲۵۰=۰٫۴ mol/L.
اگر S=۳۰ g/۱۰۰ g آب باشد، در ۲۰۰ گرم آب چه جرم ماده تا اشباع حل میشود؟
پاسخ: ۶۰ گرم است و جرم محلول سیرشده ۲۶۰ گرم است.
چرا یخ روی آب مایع شناور میماند؟
پاسخ: چون در شرایط معمول چگالی کمتری دارد؛ ساختار باز شبکه باعث حجم بیشتر برای جرم برابر میشود.
این صفحه برای جستوجوی «جزوه شیمی دهم فصل ۳»، «نکات ناب شیمی» و مرور سریع کنکور و امتحان نهایی آماده شده است.