درسنامه آموزشی شیمی (1) کلاس دهم رشته ریاضی و تجربی
فصل سوم: آیا نمکها به یک اندازه در آب حل میشوند؟
آمارها نشان میدهند که نزدیک به 3 درصد از جمعیت کشورمان سنگ کلیه دارند. این بیماری افزون بر زمینۀ ژنشناختی میتواند به دلیل تغذیۀ نامناسب، کمتحرکی، مصرف بیش از حد نمک خوراکی، نوشیدن کم آب، مصرف پروتئین حیوانی و لبنیات و نیز اختلالات هورمونی ایجاد شود. آیا بین میزان حل شدن نمکها در آب و تشکیل سنگ کلیه رابطهای وجود دارد؟ برای پاسخ به این پرسش، دانستن و درک مفهوم انحلالپذیری ضروری است.
شیمیدانها بیشترین مقدار از یک حل شونده را که در 100 گرم حلال و دمای معین حل میشود، انحلال پذیری آن ماده مینامند. در این عبارت، واژۀ «بیشترین» نشان دهندۀ رسیدن محلول به حالت سیرشده است، محلولی که نمیتواند حل شوندۀ بیشتری را در خود حل کند.
جدول 1، انحلال پذیری برخی مواد را در آب و دمای $25{}^\circ C$ نشان میدهد.
| نام حل شونده | فرمول شیمیایی | انحلال پذیری (گرم حل شونده / $100g H_2O$) |
|---|---|---|
| شکر | ${{C}_{12}}{{H}_{22}}{{O}_{11}}$ | $205$ |
| سدیم نیترات | $NaN{{O}_{3}}$ | $92$ |
| سدیم کلرید | $NaCl$ | $36$ |
| کلسیم سولفات | $NaS{{O}_{4}}$ | $0/23$ |
| کلسیم فسفات | $C{{a}_{3}}{{(P{{O}_{4}})}_{2}}$ | $5\times {{10}^{-4}}$ |
| نقره کلرید | $AgCl$ | $2/1\times {{10}^{-4}}$ |
| باریم سولفات | $BaS{{O}_{4}}$ | $1/9\times {{10}^{-4}}$ |
جدول 1، نشان میدهد که در دمای $25{}^\circ C$ در 100g آب، هر مقدار کمتری از 36g سدیم کلرید میتواند در آب حل شود، اما یک محلول سیر نشده پدید میآید. در حالی که در این دما، حداکثر 36g سدیم کلرید میتواند در 100g آب حل شود تا 136g محلول سیر شده به دست آید. بدیهی است که در این دما برای تهیۀ محلول سیر شدهای از کلسیم سولفات باید 0/23g از آن را در 100g آب حل شود.
خود را بیازمایید (صفحهٔ 101 کتاب درسی)
اگر 190g سدیم نیترات را در دمای $25{}^\circ C$ درون 200g آب بریزیم، پس از تشکیل محلول سیر شده:
آ) چند گرم محلول به دست میآید؟
با توجه به جدول انحلال پذیری $200g{{H}_{2}}O\times \frac{92g}{100g}=184gNaN{{O}_{3}}$
جرم محلول $384 = 184 + 200$
ب) چند گرم سدیم نیترات در ته ظرف باقی میماند؟
یک محلول سیر شده شامل $184$ گرم نمک در $200$ گرم آب، همراه با $6$ گرم رسوب خواهیم داشت. $190-184=6g$
2- اغلب سنگهای کلیه از رسوب برخی نمکهای کلسیمدار در کلیهها تشکیل میشوند، با این توصیف:
آ) مقدار این نمکها در ادرار افراد سالم از انحلالپذیری آنها کمتر است یا بیشتر؟ چرا؟
کمتر - شرط عدم تشکیل رسوب این است که مقدار آن باید کمتر از انحلال پذیری نمک باشد (سیر نشده)
ب) در افرادی که به تشکیل سنگ کلیه مبتلا میشوند، مقدار این نمکها در ادرار از انحلال پذیری آنها کمتر است یا بیشتر؟ چرا؟
بیشتر - سنگ کلیه زمانی تشکیل میشود که غلظت نمکهای کلسیم دار در ادرار بالا باشد. (بیشتر از میزان انحلال پذیری نمک) در نتیجه باعث رسوب و ایجاد سنگ میشود.
3- شیمیدانها مواد حل شوندۀ جامد را براساس انحلالپذیری در آب و دمای معین به صورت زیر دستهبندی میکنند:
هر یک از ترکیبهای جدول 1 را در این دستهبندی جای دهید.
مواد محلول: شکر - سدیم نیترات - سدیم کلرید
مواد کم محلول: کلسیم سولفات
مواد نامحلول: کلسیم فسفات، نقره کلرید، باریم سولفات
آیا میدانید
بیماری نقرس به دلیل رسوب کردن نمک متبلور سدیم اورات در مفاصل به ویژه انگشتان دستها و پاهاست. این نمک دارای بلورهای تیز و سوزنی شکل است که باعث ایجاد درد شدیدی در این مفاصل میشود. این عیوب هنگامی پدید میآید که مقدار این نمک از انحلال پذیری آن در $37{}^\circ C$ و در خوناب (پلاسمای خون) بیشتر باشد.
آیا میدانید
در برخی نقاط جهان چشمههای آب گرم برای رسیدن به سطح زمین با عبور از میان سنگهای آهکی مقداری از این سنگها را در خود حل میکند. آب این چشمهها با رسیدن به سطح زمین و کاهش دمای آن، چشم اندازهای زیبایی پدید میآورند، زیرا انحلال پذیری $25{}^\circ C$ در آب و دمای $25{}^\circ C$ در حدود $7\times {{10}^{-4}}$ گرم است. و هر مقدار بیشتر از آن به صورت جامد از محلول سیر شده جدا میشود.
دریافتید که انحلال پذیری نمکها به نوع آنها و دما بستگی دارد اما تأثیر دما بر میزان انحلالپذیری آنها یکسان نیست (نمودار 2).
نمودار 2، نمودار «انحلال پذیری - دما» نامیده میشود که برای هر نمک بر اساس آزمایش و دادههای تجربی آن به دست آمده است. مطابق این نمودار با افزایش دما، انحلال پذیری اغلب نمکها افزایش مییابد.
با هم بیندیشیم (صفحهٔ 102 کتاب درسی)
با توجه به نمودار 2، به پرسشهای زیر پاسخ دهید.
آ) انحلال پذیری لیتیم سولفات در $85{}^\circ C$ چند گرم است؟ در چه دمایی انحلال پذیری آن برابر با 28g است؟
انحلال پذیری لیتیم سولفات در دمای 85 درجه ← 23 گرم
ب) هریک از نقطههای B و C نسبت به منحنی انحلال پذیری KCl نشان دهندۀ چه نوع محلولی است؟ توضیح دهید.
انحلال پذیری برابر با 28 گرم در دمای حدوداً $40{}^\circ C$ میباشد.
پ) هنگامی که 133g محلول سیرشدۀ لیتیم سولفات را از دمای $20{}^\circ C$ تا دمای $70{}^\circ C$ گرم میکنیم، چه رخ میدهد؟ توضیح دهید.
منحنی انحلال پذیری لیتیم سولفات نزولی است پس با افزایش دما از 20 تا 70 درجه، انحلال پذیری آن کم میشود و مقداری از نمک رسوب میکند. $33-25=8g$
ت) انحلال پذیری کدام ترکیب یونی کمتر به دما وابسته است؟ چرا؟
$NaC{{l}^{-}}$ چون با افزایش دما، انحلال پذیری آن تغییر چندانی نکرده است و منحنی آن تقریباً یک خط راست است.
ث) نقطۀ A روی نمودار انحلال پذیری KCl عرض از مبدأ آن نام دارد. این نقطه نشان دهندۀ چیست؟ توضیح دهید.
محل برخورد نمودار با محور yها را عرض از مبدأ میگویند و میزان انحلال پذیری نمک در دمای صفر درجه را نشان میدهد.
پیوند با ریاضی (صفحهٔ 103 کتاب درسی)
1- دانش آموزی از منابع علمی، انحلال پذیری (S) سدیم نیترات را در دماهای گوناگون $(\theta )$ مطابق جدول زیر استخراج کرده است.
او توانست با استفاده از دادههای این جدول، معادلۀ «$ S=0/8\theta +72 $» را به دست آورد.
آ) توضیح دهید او چگونه به این معادله دست یافته است؟
برای بدست آوردن معادلهی انحلال پذیری باید شیب نمودار و عرض از مبدأ را محاسبه کرد.
عرض از مبدأ برابر 72 است.
شیب نمودار $\frac{{{S}_{2}}-{{S}_{1}}}{{{\theta }_{2}}-{{\theta }_{1}}}=\frac{80-72}{10-0}=\frac{8}{10}\to S=72+0/8\theta $
ب) انحلال پذیری سدیم نیترات را در $70{}^\circ C$ پیش بینی کنید.
$S=72+0/8(70)=128g$
2- با توجه به جدول زیر، معادلهای برای انحلالپذیری پتاسیم کلرید برحسب دما به دست آورید.
$\frac{32-27}{20-0}=\frac{6}{20}=0/3$ شیب نمودار
عرض از مبدأ برابر 27 است
$S=0/3\theta +27$
3- با مقایسۀ دو معادلۀ به دست آمده برای سدیم نیترات و پتاسیم کلرید:
آ) تأثیر دما بر انحلال پذیری این دو ماده را مقایسه کنید.
با افزایش دما انحلال پذیری سدیم نیترات و پتاسیم کلرید افزایش مییابد ولی تأثیر دما بر انحلال پذیری سدیم نیترات بیشتر است.
ب) توضیح دهید چرا در هر دمایی، انحلال پذیری سدیم نیترات بیشتر از پتاسیم کلرید است؟
زیرا شیب نمودار و عرض از مبدأ آن بیشتر است در نتیجه تأثیر دما بر انحلال پذیری افزایش مییابد.