صمم تجربة اشرح كيف يمكن تصميم تجربة لتحديد القانون العام لسرعة التفاعل باستعمال طريقة مقارنة السرعات الابتدائية للتفاعل نواتج
تطلق تسمية المحاليل على الجمل التي تتوزع فيها إحدى المواد توزعا متساويا في وسط مادة أو مواد أخرى . وبوجه عام يمكن أن تنسب هذه التسمية إلى أية حالة من الحالات التجمعية للجملة . فهي تسري على خلائط الغازات والمحاليل السائلة والمحاليل الصلبة أو البلورات المختلطة .
إن عملية الذوبان بوجه عام ليست مجرد توزع بسيط لجزئيات أو أيونات مادة ما ضمن جزيئات أو أيونات مادة أخرى بل أنها مرتبطة في أغلب الأحيان بحدوث تأثيرات متبادلة بين هذه الجزئيات . وهذه التأثيرات ذات طبيعة كيميائية وفيزيائية .
إن أهم صفة من صفات المحلول هي تركيبه الذي يميزه سواء من الناحية النوعية (نوع المكونات التي يتألف منها المحلول) أو الكمية (الكميات النسبية من هذا المكون أو ذاك الموجودة في المحلول) . وهناك عدة طرق للتعبير عن التركيب الكمي للمحاليل ,
ومن الشائع أن يعبر عن تركيب المحلول بالكسور الوزنية والنسب الوزنية . فمثلا يقال بأن محلول حامض الكبريتيك تركيزه 100% عندما تحتوي 100 جرام منه على 10 جرامات من حامض الكبريتيك و90 جراما من الماء . ويمكن أيضا تعيين تركيب هذا المحلول بالقول بأن الكسر الوزني لحامض الكبريتيك يساوي 0.1.
إن الكسر الوزني Ci للمكون i في محلول يحوي K مكونا يتعين بالعلاقة التالية : (IX.1) gi ــــــــــــــــــــــــــــــــــــ = Ci g1 + g2 + g3 + … + gi + gk
حيث ترمز g1 ، g2 ، g3 ، ... ، gk إلى كميات المكونات المناظرة حيث يعبر عنها بالجرامات أو الكيلوجرامات أو بأية وحدات وزنية أخرى .
وبعبارة أخرى ، فإن الكسر الوزني Ci يساوي عدد جرامات المكون I الموجودة في جرام واحد منا لمحلول وتساوي النسبة الوزنية 100Ci .
ولقد تبين أنه من الأفضل لإظهار العلاقات القانونية في خواص المحاليل أن يقارن بين الكميات الجزئية للمكونات وليس بين كمياتها الوزنية ، أضف إلى ذلك أنه في هذه الحالة أيضا يمكن التعبير عن التركيب بالكسور الجزيئية والنسب الجزيئية على حد سواء .
فالكسر الجزيئي (molar fraction) Ni للمكون i يساوي النسبة بين عدد الجزيئات الجرامية ni من هذا المكون ومجموع أعداد الجزيئات الجرامية (ni + n2 + n3 + … + ng) لجميع مكونات المحلول k ، وهو يتعين بالعلاقة التالية : (IX.2) ni ــــــــــــــــــــــــــــــ = Ni n1 + n2 + n3 + … + ng وفي حالة الغازات المثالية يمكن أن يعبر عن الكسر الجزيئي بدلالة الضغوط الجزئية للمكونات p3, p2, p1 ... والضغط الكلي للخليط p وذلك استنادا إلى العلاقة (III.11) : (IX.3) Pi = Pi = Ni P P1 + P2 + P3 + … + Pg
وتساوي النسبة الجزيئية c 100 Ni عندما تكون مكونات المحلول السائل عبارة عن مواد سائلة أو عندما يدور الكلام حول الخلائط الغازية فإنه في بعض الحالات لاتؤخذ الكميات الوزنية او الجزيئية للمكونات بل يستعان بالكميات الحجمية لهذه المكونات ، وعندئذ يعبر عن التركيب إما بالكسور الحجمية أو بالنسب الحجمية . وهكذا فإنه تعبر درجة قوة المائية الكحولية عن النسبة الحجمية للكحول في المحلول .
يتعين الكسر الحجمي Øi للمكون i بالعلاقة : (IX4) Ui = Øi U1 + U2 + ... + Ug حيث ترمز U1, U2, ... , Uk إلى الكميات الحجمية للمكونات . وتساوي النسبة الحجمية 100Øi .
هذا وتتطابق التعابير الحجمية والجزيئية للتركيب عند الخلائط الغازية وذلك ضمن الحدود التي تطبق فيها قوانين الغازات المثالية على هذه الخلائط .
يعبر عن التركيب بشكل واسع في التحليل الحجمي مثلا بالكمية الوزنية أو الجزيئية أو المكافئة للمادة المذابة والمنسوبة إلى وحدة حجم المحلول . ونذكر على الأقل أنه يمكن التعبير عن تركيب المحلول بدلالة العيارية (normality) أو العيار الحجمي (titre) .
ترمز العبارة إلى تركيز المحلول المعبر عنه بعدد المكافئات الجرامية (gram equivalents) من المادة المذابة والموجودة في لتر واحد من المحلول . وفي طريقة التعبير عن التركيب بمولية (molarity) المحلول أو التركيز الحجمي الجزيئي يعبر عن التركيز بعدد الجزيئات الجرامية من المادة المذابة في لتر واحد . أما العيار الحجمي ، فيطلق غالبا على تركيب المحلول المعبر عنه بعدد الجرامات من المادة المذابة والموجودة في مليلتر واحد من المحلول .
يعرف التركيز الوزني الجزيئي أو الموالاية (molality) بأنه عدد الجزيئات الجرامية من المادة المذابة في 1000 جرام من المذيب .
يستخدم أحيانا مفهوم شرطي هو الوزن الجزيئي الوسطي للمحلول ، وذلك انطلاقا من العلاقة : Mav = N1 M1 + N2M2 + ... + NgMg = Σ NiMi (IX.5)
حيث M1 ، M2 ، ... ، Mg الأوزان الجزيئية للمكونات و N1 ، N2 ، ... ، Ng كسورها الجزيئية في المحلول .
وقياسا على ذلك فإنه يطلق على كمية المحلول التي يساوي عدديا وزنها بالجرامات الوزن الجزيئي الوسطي للمحلول الجزيء الجرامي أو مول المحلول .
بند 109 – المحاليل السائلة
كانت دراسة خواص المحاليل موضع اهتمام منذ أمد بعيد ، فقد خصص لدراستها عدد كبير من الأبحاث . كما ساهم في دراستها بهذه الدرجة أو تلك أشهر الكيميائيين الفيزيائيين : وكان من نتيجة الدراسة الدقيقة لخواص كل من المحاليل المائية لحامض الكبريتيك والمحاليل المائية للكحول الأثيلي وعدد من الجمل الأخرى ، أن بين منديلييف ، لأول مرة ، (1865-1887) ، الأهمية الكبرى لجميع أنواع التأثير المتبادل بين جسيمات المكونات ومدى تأثيرها على خواص المحاليل .
كان مندلييف ينظر إلى المحاليل كمركبات كيميائية غير مستقرة ذات تركيب ثابت وتوجد في حالة تفكك (dissociation_ جزئي ، حيث أن التوازن في هذه العمليات توازن دينامي . واستنادا إلى ذلك تم وضع الأساس لنظرية المحاليل التي لاتأخذ بعين الاعتبار أهمية الناحية الفيزيائية للظواهر فحسب بل وأهمية التأثير الكيميائي المتبادل بين جسيمات المكونات . ولقد أشار د. منديلييف مرارا إلى أن هاتين الناحيتين للظواهر في المحاليل مرتبطتان فيما بينهما ارتباطا وثيقا .
إن التطور اللاحق لمعلوماتنا حول طبيعة المحاليل أكد كليا أهمية التأثير المتبادل الكيميائي أثناء تكون المحاليل . فقد أثبت ن. كورنا كوف أن تشكل مركبات ذات تركيب متغير يلعب أيضا دورا كبيرا في المحاليل.
تعتمد دراسة المحاليل في الوقت الحاضر إلى حد كبير على استخدام طرق التحليل الكيميائي الفيزيائي .
فالتحليل الكيميائي الفيزيائي طريقة تدرس الخواص الكيميائية الفيزيائية تختلف الجمل وتبحث العلاقات بين خواص الجمل وتركيبها وظورف وجودها . وتساعد دراسة هذه العلاقات على توضيح خصائص الحالة الداخلية للجملة والتغيرات الحادثة فيها وكذلك تشكل هذه المركبات أو تلك وغير ذلك .
وعند دراسة المحاليل يستخدم التمثيل البياني لهذه العلاقات (المخططات والأشكال الكيميائية الفيزيائية) على نطاق واسع في التحليل الكيميائي الفيزيائي .
وفي الوقت الحاضر يزداد الاعتماد لدى البناء الداخلي للمحاليل على الأبحاث المتعلقة بالخواص الطيفية (وخاصة أطياف التشتت المركب وأطياف الامتصاص) وعلى استخدام طريقة الذرات الموسومة وغيرها . فهذه الطرق الجديدة في البحث غالبا ما تساعد على اكتشاف تشكل الروابط بين جزيئيات المكونات وتغير شدة وطبيعة الروابط بين الذرات في جزيئيات المكونات في المحلول . كما تسمح بإثبات وجود تبادل بالذرات بين جزيئيات المكونات وتعيين سرعة هذا التبادل في ظروف مختلفة .
إن العلاقات بين تركيب وخوصا المحاليل السائلة هي بوجه عام علاقات معقدة جدا .
وفي الثمانينات من القرن الماضي أمكن وضع الأساس لنظرية كمية تسمح بتعيين بعض خواص المحاليل حسب تراكيزها المعروفة وذلك من أجل المحاليل المختلفة جدا فقط (ضمن حدود المحاليل المخففة إلى مالا نهاية) . ففي مثل هذه المحاليل تكون جزيئات المادة المذابة مفصولة عن بعضها البعض بعدد كبير من جزيئات المذيب . ولهذا فإن خصائص التأثير المتبادل فيما بينها لاتظهر بشكل ملموس .
بند 110 – المحاليل المخففة بانخفاض ضغط البخار المشبع للمذيب
إن ضغط البخار المشبع خاصية هامة جدا عند المحاليل حيث يتعلق به عدد من الخواص الأخرى .
نفرض للتبسيط أن قوانين الغازات المثالية تطبق على البخار ( وإلا فإنه ينبغي دراسة زوالية الأبخرة بدلا من ضغطها) .
لنستعين بالصورة المبسطة جدا لعملية التبخر ، والتي جرى ذكرها في البند 62 . فإذا أذبنا كمية قليلة من مادة ما في مذيب معين ، فإننا بالطبق نخفض تركيز جزيئيات الأخيرفي وحدة الحجم وتقلل بذلك من عدد الجزيئيات المنطلقة من الطور السائل إلى الطور البخاري في وحدة الزمن . وبالنتيجة ، يتحقق التوازن بين السائل والبخار عند أقل تركيز للبخار ، أي عند أصغر ضغط له . إذن ، فضغط البخار المشيع للمذيب فوق المحلول هو دائما أقل منه فوق المذيب النقي . وعندئذ سيزداد انخفاض ضغط البخار كلما ازداد تركيز المادة المذابة في المحلول .
عندما يتشابه المكونان (المذيب والمادة المذابة) من حيث التركيب وبناء الجزيئات ، فإن قوة التجاذب المتبادل بين جزيئات هلين المكونين تكون متساوية تقريبا . ففي مثل هذه الجمل البسيطة جدا يتناسب ضغط البخار المشبع PA لمكان ما A فوق المحلول تناسبا طرديا مع الكمية النسبية لجزيئاته في المحلول أي مع كسره الجزيئي NA : PA = kNA (IX6) وعندما 1 = NA يكون الضغط PA عبارة عن ضغط البخار المشبع لهذا المكون في الحالة الحرة PºA . ينتج من ذلك أن PºA = K وتأخذ المساواة عندئذ الشكل التالي : PA = NA PºA (IX.7)
وفي حالة المحاليل المخففة لا تنطبق هذه العلاقة على الجمل البسيطة جدا فحسب بل وتنطبق على الجمل الأكثر تعقيدا أيضا . لنرمز بـ B إلى المادة المذابة . أما تركيز المادة المذابة في المحلول عند التعبير عنه بالكسور الجزيئية لهذه المادة Ng ، ووضعناها في العلاقة (IX.7) حصلنا على : PA = (1- Ng) PºA (IX.8)
ويمثل الشكل 98 هذه العلاقة بيانيا . ينتج من هذه العلاقة أن : PºA – PA = Ng (IX.9)
