حلال و حل شونده: دوستانی جدانشدنی در دنیای محلولها
حلال و حلشونده دقیقاً چه هستند؟
تصور کنید میخواهید یک لیوان چای شیرین درست کنید. شما پودر چای و شکر را در آب داغ میریزید و هم میزنید. بعد از چند لحظه، شکر ناپدید میشود و چای شیرین میشود. در اینجا چه اتفاقی افتاد؟
- حلشونده: همان شکر است. مادهای که حل میشود و مقدار آن کمتر است.
- حلال: همان آب داغ است. مادهای که حلشونده را در خود حل میکند و مقدار آن بیشتر است .
- محلول: مخلوط یکنواختی که از ترکیب این دو به دست میآید (چای شیرین).
این تعریف فقط به چای محدود نمیشود. در هوای مرطوب، آب (مایع) در هوا (گاز) حل شده است. در آبنمک، نمک (جامد) در آب (مایع) حل شده است. آلیاژهایی مانند برنز، قلع (جامد) در مس مذاب (جامد مذاب) حل میشود . نکته کلیدی این است که در تمام این موارد، مادهای که مقدار بیشتری دارد، نقش حلال را بازی میکند.
| محلول آشنا | حلال (مقدار بیشتر) | حلشونده (مقدار کمتر) | نوع |
|---|---|---|---|
| هوای خشک | نیتروژن (~78%) | اکسیژن، آرگون و دیگر گازها | گاز در گاز |
| نوشابه گازدار | آب | دیاکسید کربن | گاز در مایع |
| سرکه | آب | استیک اسید (جوهر سرکه) | مایع در مایع |
| طلای ۱۸ عیار | طلای خالص | مس یا نقره | جامد در جامد (آلیاژ) |
آب: حلال جهانی و قانون «شبیه، شبیه را حل میکند»
آب یکی از مهمترین و رایجترین حلالهای کره زمین است. به آن «حلال جهانی» هم میگویند، چون مواد بسیار زیادی را در خود حل میکند . اما آیا تا به حال توجه کردهاید که روغن در آب حل نمیشود؟ یا وقتی لکه چربی روی لباس میافتد، با آب پاک نمیشود؟ اینجا است که قانون مهمی به نام «شبیه، شبیه را در خود حل میکند» وارد صحنه میشود .
مواد از نظر بار الکتریکی به دو دسته کلی تقسیم میشوند:
- مواد قطبی: مانند نمک و شکر. این مواد در آب که آن هم قطبی است، به خوبی حل میشوند.
- مواد غیرقطبی: مانند روغن و چربی. این مواد در آب حل نمیشوند، اما در حلالهای غیرقطبی دیگر (مثل استون برای پاک کردن لاک ناخن) حل میشوند .
پس دفعه بعد که خواستید لکه روغن را پاک کنید، به جای آب از مایع ظرفشویی استفاده میکنید. زیرا مایع ظرفشویی مولکولهایی دارد که یک سر آن قطبی (جذب آب) و سر دیگر آن غیرقطبی (جذب چربی) است و میتواند چربی را از روی ظرف جدا کند.
چقدر میتوان حل کرد؟ داستان انحلالپذیری
آیا تا به حال سعی کردهاید یک استکان کامل شکر را در یک لیوان کوچک چای حل کنید؟ احتمالاً متوجه شدهاید که بعد از افزودن چند قاشق، دیگر شکرها ته نشین میشوند و حل نمیشوند. اینجا با مفهوم انحلالپذیری۳ روبرو میشویم .
انحلالپذیری حداکثر مقداری از یک ماده (حلشونده) است که در مقدار مشخصی از یک حلال (مثلاً 100 گرم آب) در شرایط معین دما و فشار میتواند حل شود و یک محلول یکنواخت ایجاد کند.
بر این اساس، محلولها را به سه نوع تقسیم میکنیم:
- سیرنشده (غیراشباع): اگر مقدار حلشونده کمتر از حد انحلالپذیری باشد. مثل چای کمشیرین.
- سیرشده (اشباع): اگر مقدار حلشونده دقیقاً برابر با حد انحلالپذیری باشد. دیگر هیچ ذرهای اضافه حل نمیشود.
- فراسیرشده (فوق اشباع): محلولی که به طور موقت، حلشونده بیشتری از حد معمول را در خود نگه داشته است. یک مثال آشنا، نوشابه گازدار است. در کارخانه تحت فشار، گاز دیاکسید کربن زیادی در آن حل میشود. وقتی در بطری را باز میکنید، فشار کم میشود و گاز اضافی به شکل حباب خارج میشود .
عوامل موثر بر انحلال: دما و فشار چگونه بازی را تغییر میدهند؟
میزان حلشدن یک ماده ثابت نیست و تحت تأثیر عواملی مانند دما و فشار قرار میگیرد .
| نوع حلشونده | تاثیر افزایش دما | مثال کاربردی | تاثیر فشار (فقط برای گازها) |
|---|---|---|---|
| بیشتر جامدات (مانند شکر، نمک) | افزایش انحلالپذیری | حل کردن شکر در چای یا قهوه داغ بسیار راحتتر از آب سرد است. | بیتاثیر |
| گازها (مانند دیاکسید کربن، اکسیژن) | کاهش انحلالپذیری | نوشابه گرم شده سریعتر گاز خود را از دست میدهد (باد میکند). ماهیها در آب گرم به اکسیژن بیشتری نیاز دارند چون اکسیژن کمتری در آب حل شده است. | افزایش فشار، انحلال را زیاد میکند. همان دلیلی که در کارخانه نوشابه، گاز را تحت فشار وارد بطری میکنند . |
حلالها در خدمت زندگی: از پاککنندگی تا درمان
شناخت حلالها فقط یک بحث علمی نیست، بلکه کاربردهای گستردهای در زندگی ما دارد :
- پاککنندگی: مایع ظرفشویی، صابون و شویندههای دیگر با استفاده از خاصیت حلالی چربیها را در خود حل میکنند.
- سلامت و درمان: الکل (اتانول) یک حلال و ضدعفونیکننده رایج است. بسیاری از داروها نیز در حلالهای مناسب حل میشوند تا قابل تزریق یا مصرف باشند .
- صنعت و هنر: حلالهایی مثل تینر (معمولاً حاوی هگزان یا تولوئن) برای رقیق کردن رنگهای روغنی استفاده میشوند. استون نیز حلال رایج لاک ناخن است .
- تولید مواد غذایی: استخراج روغن از دانههای گیاهی مانند سویا یا آفتابگردان اغلب با استفاده از حلالهای خاصی انجام میشود.
سوالات رایج و اشتباهات متداول
پاسخ: خیر. تعریف حلال به مقدار بستگی دارد، نه به ماهیت ماده. در محلولی که از مخلوط 60 میلیلیتر الکل و 40 میلیلیتر آب درست شده، الکل حلال است چون مقدار بیشتری دارد. فقط هنگامی که آب مقدار غالب را داشته باشد، حلال محسوب میشود .
پاسخ: خیر، این یک تغییر فیزیکی است. زیرا مولکولهای شکر فقط از هم جدا شده و بین مولکولهای آب پخش میشوند. اگر آب را تبخیر کنید، دوباره شکر به صورت جامد و با همان خاصیت به دست میآید. در تغییر شیمیایی، ماده به ماده جدیدی تبدیل میشود .
پاسخ: نوشابه یک محلول فراسیرشده از گاز دیاکسید کربن در آب است. این گاز تحت فشار بالا در کارخانه در نوشابه حل شده است. با باز کردن درب، فشار روی مایع کم میشود. طبق قانون انحلال گازها، با کاهش فشار، انحلالپذیری گاز کاهش یافته و گاز اضافی به شکل حباب از محلول خارج میشود .
پاورقی
۱. حلال (Solvent): مادهای که یک یا چند ماده دیگر (حلشونده) را در خود حل میکند و مقدار آن در محلول بیشتر است .
۲. حلشونده (Solute): مادهای که در یک حلال حل میشود و مقدار آن در محلول کمتر است.
۳. انحلالپذیری (Solubility): حداکثر مقدار از یک حلشونده که میتواند در مقدار معینی از یک حلال، در شرایط مشخص دما و فشار، حل شود و یک محلول پایدار تشکیل دهد .
