گاما رو نصب کن!

{{ number }}
اعلان ها
اعلان جدیدی وجود ندارد!
کاربر جدید

جستجو

پربازدیدها: #{{ tag.title }}

میتونی لایو بذاری!

نمودار حلالیت: نموداری که رابطه دما و مقدار حل‌شدن را نشان می‌دهد.

بروزرسانی شده در: 10:41 1404/10/3 مشاهده: 9     دسته بندی: کپسول آموزشی

نمودار حلالیت؛ نقشهٔ ارتباط دما و محلول‌ها

چگونه دمای آب روی حل شدن شکر، نمک و جوهرلیمو اثر می‌گذارد؟ یک راهنمای ساده و مصور.
خلاصه: نمودار حلالیت1 یک ابزار علمی ساده اما قدرتمند است که رابطهٔ بین دما و بیشترین مقدار ماده‌ای که در یک حلال خاص2 (مانند آب) حل می‌شود را نشان می‌دهد. این نمودار به ما کمک می‌کند تا بفهمیم چرا در چای داغ شکر راحت‌تر حل می‌شود یا چرا گاهی اوقات در ته لیوان، نمک باقی می‌ماند. در این مقاله با مفهوم حلالیت3، انواع نمودارها و کاربردهای جالب آن در زندگی روزمره آشنا خواهیم شد.

حلالیت چیست و چگونه اندازه‌گیری می‌شود؟

تصور کن می‌خواهی برای مهمانی شربت درست کنی. اگر یک قاشق شکر را در یک لیوان آب سرد بریزی، حل می‌شود. اگر قاشق دوم را هم اضافه کنی، باز هم احتمالاً حل می‌شود. اما اگر به اضافه کردن ادامه دهی، بالاخره نقطه‌ای می‌رسی که دیگر شکر حل نمی‌شود و در ته لیوان رسوب4 می‌کند. به این نقطه، حد اشباع5 می‌گویند.

حلالیت در واقع همان حداکثر جرم ماده‌ای (به گرم) است که در 100 گرم از یک حلال (معمولاً آب) در یک دمای مشخص حل می‌شود و محلول اشباع6 به وجود می‌آورد. برای مثال، حلالیت نمک خوراکی7 در دمای 20 درجه سانتی‌گراد، حدود 36 گرم است. یعنی در این دما، حداکثر 36 گرم نمک در 100 گرم آب می‌تواند حل شود.

نکته: فرمول کلی برای نشان دادن حلالیت (S) به صورت زیر است:
$S = \frac{جرم\ ماده\ حل\ شونده\ (گرم)}{جرم\ حلال\ (گرم)} \times 100$
اما در نمودارهای ساده، معمولاً مستقیماً "گرم ماده حل‌شونده در 100 گرم آب" روی محور عمودی نوشته می‌شود.

خواندن و تفسیر نمودار حلالیت

یک نمودار حلالیت معمولی، یک گراف خطی است که دو محور دارد:

  • محور افقی (ایکس): دمای حلال (معمولاً بر حسب درجه سانتی‌گراد).
  • محور عمودی (وای): مقدار ماده حل‌شونده (بر حسب گرم در 100 گرم آب).

هر خط در این نمودار، رفتار یک مادهٔ خاص را نشان می‌دهد. با نگاه کردن به شیب این خط‌ها، می‌توانیم بفهمیم دمای آب چگونه روی حلالیت آن ماده اثر می‌گذارد.

نام ماده حلالیت در 20°C (گرم در 100 گرم آب) حلالیت در 80°C (گرم در 100 گرم آب) تأثیر دما مثال روزمره
شکر (ساکارز)8 ~204 ~362 افزایش شدید درست کردن شربت غلیظ با آب داغ
نمک خوراکی (سدیم کلرید)7 36 38 افزایش جزئی پختن پاستا؛ دمای آب تفاوت چندانی در مقدار نمک حل شده ایجاد نمی‌کند.
گاز اکسیژن ($O_2$) 0.004 0.001 کاهش ماهی‌های آکواریوم در آب سرد راحت‌تر نفس می‌کشند تا در آب گرم.

همان طور که در جدول می‌بینید، رفتار همه مواد یکسان نیست. خط نمودار شکر شیب تندی به سمت بالا دارد (حلالیت با دما افزایش می‌یابد). خط نمک تقریباً صاف است (تأثیر دما کم است). اما خط گاز اکسیژن شیب نزولی دارد (حلالیت با دما کاهش می‌یابد).

نمودار حلالیت در آشپزخانه و طبیعت

بیا چند مثال ملموس از کاربرد این نمودار را با هم مرور کنیم:

۱. درست کردن آبنبات نخودی یا سوهان عسلی: برای درست کردن شیرینی‌های جامد و شکرک زده، ابتدا شکر را در آب داغ کاملاً حل می‌کنند تا یک محلول خیلی غلیظ (فراسیرشده9) درست شود. وقتی این محلول سرد می‌شود، از آن‌جایی که حلالیت شکر در دمای پایین کمتر است، شکر اضافی به شکل کریستال‌های ریز (همان آبنبات یا بافت سوهان) از محلول خارج می‌شود.

۲. سنگ‌های رسوبی در طبیعت: آب زیرزمینی وقتی از میان لایه‌های سنگ عبور می‌کند، مواد معدنی مانند کربنات کلسیم ($CaCO_3$) را در خود حل می‌کند. وقتی این آب به غارهای خنک می‌رسد یا تبخیر می‌شود، از آن‌جایی که حلالیت این مواد در آب سرد کمتر است، به مرور زمان رسوب می‌کنند و چیزهای زیبایی مثل استالاکتیت و استالاگمیت را در غارها می‌سازند.

۳. کیسه‌های گرمازا: داخل بعضی از این کیسه‌ها، یک ماده مانند سدیم استات10 به صورت فراسیرشده وجود دارد. وقتی صفحهٔ فلزی داخل کیسه را فشار می‌دهی، بلورهای ریز تشکیل می‌شوند و چون عمل حل شدن سدیم استات گرماده11 است، گرمای دلپذیدی تولید می‌کند.

یک آزمایش ساده در خانه: دو لیوان بردار. در هر دو، به یک اندازه (مثلاً ۵ قاشق چای‌خوری) نمک بریز. در یکی آب سرد و در دیگری آب گرم (نه جوش) بریز و هم بزن. مشاهده می‌کنی که در آب گرم، نمک سریع‌تر حل می‌شود، اما مقدار نهایی نمک حل شده در هر دو لیوان تقریباً یکسان است. سرعت با مقدار نهایی (حلالیت) فرق دارد!

سوالات رایج و باورهای نادرست

سوال: آیا هر ماده‌ای با افزایش دما، بیشتر در آب حل می‌شود؟

پاسخ: خیر. این یک باور نادرست رایج است. همان‌طور که در جدول دیدیم، حلالیت گازها (مانند اکسیژن یا دی‌اکسید کربن در نوشابه) با افزایش دما کاهش می‌یابد. به همین دلیل است که نوشابه گرم، زودتر "بادش" می‌پرد و گاز کمتری دارد.

سوال: اگر ماده‌ای در دمای پایین به سختی حل شود، آیا می‌توانیم به هر مقدار که بخواهیم از آن را در آب گرم حل کنیم؟

پاسخ: نه. هر ماده‌ای یک حد نهایی برای حلالیت دارد، حتی در آب جوش. نمودار حلالیت این حد نهایی را در دماهای مختلف نشان می‌دهد. پس بی‌نهایت نمی‌توان ماده را در آب حل کرد.

سوال: تفاوت "محلول اشباع" و "محلول فراسیرشده" چیست؟

پاسخ: محلول اشباع، در یک دمای مشخص، حداکثر مقدار ماده را به طور پایدار در خود حل کرده است. اگر به آن ماده اضافه کنیم، دیگر حل نمی‌شود. اما محلول فراسیرشده ناپایدار است و بیشتر از حد اشباع ماده را در خود دارد. مثل شربت خیلی غلیظی که با کوچکترین ضربه یا اضافه کردن یک ذره شکر، بلورهای شکر شروع به تشکیل می‌کنند و شربت شکرک می‌زند.

جمع‌بندی: نمودار حلالیت یک زبان تصویری برای صحبت در مورد حل شدن مواد است. این نمودار به ما می‌گوید:
  • دمای آب چگونه روی مقدار حل شدن مواد جامد (مانند شکر) و گازها (مانند اکسیژن) اثر می‌گذارد.
  • برای هر ماده یک الگوی خاص وجود دارد که می‌توان آن را روی نمودار به صورت یک خط دید.
  • با کمک این نمودار می‌توانیم پدیده‌های ساده‌ای مثل درست کردن شربت، شکرک زدن عسل یا نفس کشیدن ماهی‌ها را بهتر درک کنیم.
پس دفعهٔ بعد که چای داغی می‌نوشی یا در حال درست کردن محلول آب‌نمک هستی، به یاد داشته باش که در پشت این اتفاق ساده، یک علم جذاب و یک نمودار راهنما نهفته است.

پاورقی

1 نمودار حلالیت (Solubility Curve)
2 حلال (Solvent): مایعی که ماده دیگری را در خود حل می‌کند.
3 حلالیت (Solubility)
4 رسوب (Precipitate): ماده جامدی که از محلول جدا می‌شود.
5 حد اشباع (Saturation Point)
6 محلول اشباع (Saturated Solution)
7 سدیم کلرید (Sodium Chloride)
8 ساکارز (Sucrose)
9 فراسیرشده یا ابراشباع (Supersaturated)
10 سدیم استات (Sodium Acetate)
11 گرماده (Exothermic): فرآیندی که همراه با آزاد شدن گرما است.

حلالیتنمودار علمیمحلول اشباعآزمایش شیمیدمای آب