كيفية تحديد قابلية الذوبان

تنزيل المقال

تنزيل المقال

يستخدم مُصطلح "القابلية للذوبان" في الكيمياء لوصف خواص مركب صلب يُخلط بسائل ويذوب فيه بالكامل دون ترك أي جزيئات غير ذائبة. المركبات الأيونية (ذات الشحنات) فقط هي القابلة للذوبان، ولأغراض عملية، يساعدك تذكر بضعة قواعد أو مراجعة قائمة بهذه المركبات على تعلم إذا ما كانت معظم المركبات الأيونية ستظل صلبة عند إسقاطها في الماء أم أن جزءً كبيرًا منها سيذوب. سيذوب عدد من الجزيئات في الواقع حتى لو لم تستطع رؤية التغير، لذا تحتاج لتعلم كيفية حساب هذه الكمية (القابلة للذوبان) لتنجح في جراء تجارب دقيقة.

الخطوات

طريقة 1

طريقة 1 من 2:

استخدام القواعد السريعة

تنزيل المقال

1. 
   1
   اعرف ما يتعلق بالمركبات الأيونية. يوجد لكل ذرة عدد محدد من الإلكترونات في الأحوال العادية، لكنها أحيانًا تكتسب إلكترونًا إضافيًا أو تفقده لتصبح النتيجة أيون وهو شحنة كهربائية. تتكون رابطة عند التقاء أيون سالب الشحنة (إلكترون مكتسب) مع أيون موجب الشحنة (فقد إلكترون)، كأقطاب المغناطيس السالبة والموجبة والنتيجة مركب أيوني.

   • تسمى الأيونات سالبة الشحنة أنيونات بينما الأيونات موجبة الشحنة كاتيونات.
   • يكون عدد الإلكترونات في الذرة مساويًا لعدد البروتونات في الأحوال الطبيعية مما يعادل الشحنات الكهربية.
2. 
   2
   افهم القابلية للذوبان. توجد لجزيئات الماء (H₂O) بنية غير عادية مما يجعلها شبيهة بالمغناطيس؛ واحد من طرفيه موجب الشحنة بينما الآخر سالب. حين تُسقط مركبًا أيونيًا في الماء، فإن هذه "المغناطيسات" المائية ستتجمع حوله محاولة فصل الشحنات الموجبة والسالبة. لا تكون بعض المركبات الأيونية مترابطة بدرجة قوية وتكون قابلة للذوبان لأن الماء سيفتتها ويُذيبها. ترتبط المركبات الأخرى بقوة أكبر وهي غير قابلة للذوبان لأنها قد تظل مترابطة رغم جزيئات الماء.

   • توجد لبعض المركبات روابط داخلية قوتها شبيهة بجذب الماء. تسمى هذه المركبات قابلة للذوبان الطفيف، فجزء كبير منها سيتفتت، ولكن البقية ستظل متماسكة معًا.
3. 
   3
   ادرس قواعد الذوبان. لن تكون معرفة أي المركبات قابلة وأيها غير قابل للذوبان كافيًا وصالحًا للتطبيق على الدوام، نظرًا للتعقيد الشديد في التفاعلات بين الذرات. ابحث عن الأيون الأول في لائحة المركبات أدناه، لمعرفة سلوكه في الأحوال العادية، ثم تفقد الاستثناءات لتتأكد من أن الأيون الثاني لا يتفاعل بشكل غير مألوف.

   • ابحث عن الكلور cl أو السترونشيوم sr لتفقد كلوريد السترونتيوم (SrCl₂) في الخطوات الموضحة أدناه. الكلور "قابل للذوبان" في الغالب، لكن تفقد أدناه لمعرفة الاستثناءات. السترونتيوم غير مذكور كاستثناء، لذا فإن SrCl₂ لابد أن يكون قابلًا للذوبان.
   • الاستثناء الأكثر شيوعًا لكل قاعدة مدوّن تحتها. توجد استثناءات أخرى لكن من غير الوارد أن تصادفها في صف كيمياء عادي أو في المعمل.
4. 
   4
   تعتبر المركبات قابلة للذوبان إذا كانت تحتوي على فلزات قلوية، بما في ذلك Li⁺و Na⁺و K⁺و Rb⁺ و Cs⁺. تسمى أيضًا بعناصر المجموعة IA وهي الليثيوم والصوديوم والبوتاسيوم والريبيديوم والسيزيوم، وكل مركب تقريبًا يحتوي على أحد هذه الأيونات قابل للذوبان.

   • استثناء : Li₃PO₄ غير قابل للذوبان.
5. 
   5
   المركبات NO₃^-و C₂H₃O₂^-وNO₂^-و ClO₃^- و ClO₄^- قابلة للذوبان. هذه الأيونات بالترتيب؛ أيونات النترات والأسيتات والنيتريت والكلورات والبيركلورات. لاحظ أن الأسيتات تختصر عادةOAC.

   • استثناء : Ag(OAc)(أسيتات الفضة) و Hg(OAc)₂ (أسيتات الزئبق) غير قابلة للذوبان.
   • AgNO₂^- وKClO₄^-قابلة للذوبان الطفيف فقط.
6. 
   6
   المركبات Cl^-و Br^-و and I^- قابلة للذوبان في الغالب. تصنع أيونات الكلور والبروم واليود مركبات قابلة للذوبان دومًا -تقريبًا- وتسمى الأملاح الهالوجينية.

   • استثناء: إذا اقترن أي منها بأيونات الفضة Ag⁺ أو الزئبق Hg₂²⁺ أو الرصاص Pb²⁺ فسيكون الناتج غير قابل للذوبان. ينطبق الأمر ذاته على مركبات أقل شيوعًا ناتجة عن الاقتران بالنحاس Cu⁺ والثاليوم Tl⁺.
7. 
   7
   اعرف أن المكونات المحتوية على SO₄^2- قابلة للذوبان في الغالب. يشكل أيون الكبريتات مركبات قابلة للذوبان في الغالب، لكن هناك عدة استثناءات.

   • الاستثناءات: يكوّن أيون الكبريتات مركبات غير قابلة للذوبان في الماء مع الأيونات التالية: السترونيوم Sr²⁺والباريوم Ba²⁺و الرصاص Pb²⁺والفضة Ag⁺و الكالسيوم Ca²⁺والراديوم Ra²⁺والفضة ثنائية الذرة Ag₂²⁺.
8. 
   8
   اعرف أن المركبات المحتوية على OH^- أو S^2- غير قابلة للذوبان وهي أيونات الهيدروكسيد والكبريتيد بالترتيب.

   • استثناءات : أتذكر المعادن القلوية (مجموعة I-A) وإلى أي درجة تحب تكوين المركبات القابلة للذوبان؟ Li⁺و Na⁺و K⁺و Rb⁺و and Cs⁺ تكون جميعها مركبات قابلة للذوبان مع أيونات الكبريتيد أو الهيدروكسيد، بالإضافة لذلك فإن الهيدروكسيد يكون أملاحًا قابلة للذوبان مع الأيونات الأرضية القلوية (المجموعة II-A): calcium Ca²⁺و strontium Sr²⁺و and barium Ba²⁺. لاحظ أن المركبات الناتجة عن القلويات الأرضية والهيدروكسيد تتميز بجزيئات تبقى مترابطة لدرجة اعتبارها "قابلة للذوبان الطفيف" أحيانًا.
9. 
   9
   اعرف أن المركبات المحتوية على CO₃^2- أو PO₄^3- غير قابلة للذوبان. ألق نظرة أخيرة على أيونات الكربونات والفوسفات وستعرف ما عليك توقعه من مركبك.

   • استثناءات: تشكل هذه الأيونات مركبات قابلة للذوبان مع المشتبه بهم التقليدين؛ أي الفلزات القلوية Li⁺و Na⁺و K⁺و Rb⁺و Cs⁺ وكذلك النشادرNH₄⁺ .

طريقة 2

طريقة 2 من 2:

حساب الذوبان بواسطة حاصل الإذابة (K_sp)

تنزيل المقال

1. 
   1
   اطلع على ثابت ذوبان المركب K_sp. يختلف هذا الثابت من مركب لآخر، لذا ستحتاج لإلقاء نظرة على الجدول الموضح في كتابك الدراسي أو من خلال الإنترنت. قد تختلف هذه القيم بشدة من جدول لآخر، لأنها تُحَدّد بطريقة تجريبية، لذا يُنصح بالالتزام بالجدول المدرج في كتابك الدراسي إذا وجد. تفترض معظم الجداول أنك تعمل عند درجة حرارة 25 سليزيوس ما لم يذكر غير ذلك.

   • دوّن ثابت ذوبان يوديد الرصاص إذا كنت تذيبه مثلًا أو PbI₂. استخدم الثابت 7.1×10^–9 إذا كان مرجعك هو الجدول الموجود على موقع: bilbo.chm.uri.edu.
2. 
   2
   اكتب المعادلة الكيميائية. أولًا حدد كيفية انقسام المركب إلى أيونات عند ذوبانه، ثم اكتب معادلة تضع K_sp على أحد جانبيها والأيونات المؤسسة له على الجانب الآخر.

   • ينقسم جزئ PbI₂ مثلًا إلى أيونات Pb²⁺ و I^- و I^- آخر. ستحتاج لمعرفة شحنة أحد الأيونين أو الاطلاع عليها إذ أنك تعرف أن شحنة المركب متعادلةٌ دومًا.
   • اكتب المعادلة 7.1×10^–9 = [Pb²⁺][I^-]²
3. 
   3
   عدّل المعادلة لاستخدام المتغيرات. أعد كتابة المعادلة لتكون كمسألة جبر بسيطة باستخدام ما تعرفه عن عدد الجزيئات والأيونات. اجعل x مساوية للكمية الذائبة من المركب وأعد كتابة المتغيرات التي تمثل أعداد الأيونات بالنسبة إلى x.

   • سنحتاج في مثالنا لإعادة كتابة المعادلة هكذا 7.1×10^–9 = [Pb²⁺][I^-]²
   • سيكون عدد جزيئات المركب الذائبة مساويًا لعدد أيونات الرصاص (Pb²⁺) الحرة لأن هناك أيون رصاص واحد في المركب، لذا يمكننا أن نساوي x ب[Pb²⁺].
   • يمكننا أن نساوي عدد ذرات اليود (I^-) ب 2x لأن هناك 2 أيون يود لكل أيون رصاص.
   • أصبحت المعادلة الآن 7.1×10^–9 = (x)(2x)²
4. 
   4
   خذ الأيونات المشتركة في الحسبان إن وجدت. تجاوز هذه الخطوة إذا كنت تذيب المركب في الماء النقي أما إذا كنت تذيبه في مركب يحتوي أحد هذه الأيونات التأسيسية أو أكثر ("أيون مشترك")، فإن قابلية الذوبان تقل بدرجة كبيرة. أكثر الحالات التي يلاحظ فيها تأثير الأيون المشترك هي المركبات غير القابلة للذوبان، ويمكنك في هذه الحالات افتراض أن الأغلبية العظمى من الأيونات في حالة اتزان ترجع للأيون الموجود مسبقًا في المحلول. أعد كتابة المعادلة لتكتب تركيزات الجزيئات المعروفة (المولات لكل لتر أو المولارية أو M) للأيونات الموجودة مسبقًا في المحلول لتحل محل x الذي استخدمته لذلك الأيون.

   • مثلًا إذا أذيب مركب يوديد الرصاص في محلول بتركيز 0.2 مول/ لتر من كلوريد الرصاص (PbCl₂) فسنعيد كتابة معادلتنا لتصبح7.1×10^–9 = (0.2M+x)(2x)²، ثم يمكننا أن نكتب 7.1×10^–9 = (0.2M)(2x)² بأمان لأن 0 و2 مل/ لتر تركيز أعلى بكثير من x.
5. 
   5
   حل المعادلة. حل المعادلة لإيجاد x وستعرف مدى قابلية المركب للذوبان. ستعبر عن إجابتك بعدد المولات المذابة من المركب في كل لتر من الماء بسبب كيفية تحديد ثابت الذوبان. قد تحتاج لآلة حاسبة لإيجاد الإجابة النهائية.

   • ما يلي خاص بالذوبان في الماء النقي وليس مع أي أيونات مشتركة.
   • 7.1×10^–9 = (x)(2x)²
   • 7.1×10^–9 = (x)(4x²)
   • 7.1×10^–9 = 4x³
   • (7.1×10^–9) ÷ 4 = x³
   • x = ∛((7.1×10^–9) ÷ 4)
   • x ستساوي 1.2×10^-3 مول لكل لتر مذاب. هذه الكمية ضئيلة للغاية لذا فأنت تعرف أن هذا المركب غير قابل للذوبان في الأساس.

الأشياء التي ستحتاج إليها

• جدول بقيم ثابت الذوبان(K_sp) للمركبات المختلفة

أفكار مفيدة

• يمكنك استخدام نفس المعادلة وحلها لإيجاد ثابت الذوبان (K_sp) إذا كانت لديك بيانات تجريبية عن مقدار المركب المذاب.

تحذيرات

• لا يوجد تعريف عالمي مقبول لهذه المصطلحات، لكن المتخصصين في الكيمياء يتفقون على أغلبية المركبات. يمكن توصيف بعض المركبات الحرجة التي تتكون من جزيئات كثيرة قابلة وغير قابلة للذوبان بصورة مختلفة في جداول مختلفة لقابلية الذوبان.
• تذكر بعض الكتب القديمة NH₄OH كمركب قابل للذوبان. هذا خاطئ لأنه يمكن تحديد وجود كميات صغيرة من أيونات NH₄⁺ و OH^- لكن لا يمكن عزلها لتكوين مركب.