Back to chapter

16.11:

العوامل المؤثّرة على الذويان

JoVE Core
Chemistry
A subscription to JoVE is required to view this content.  Sign in or start your free trial.
JoVE Core Chemistry
Factors Affecting Solubility

Languages

Share

ذائبية مركب أيوني قد تتفاوت،اعتمادًا على المواد المذابة الأخرى الموجودة في المحلول. قد يكون المذاب أيونًا مشتركًا في المركب،أو حمضًا،أو قاعدة. وهكذا فإن عنصرين رئيسيين يؤثران في ذائبية محلول،هما تأثير الأيون المشترك وقيمة pH للمحلول.إذا أضيف كلوريد الرصاص الثنائي لمحلول كلوريد الصوديوم،فإنا كلا الملحين سيتأينان في الماء،لينتجا أيونات صوديوم ورصاص موجبة،والأيون السالب المشترك وهو أيون الكلوريد. لأن أيونات الكلوريد في المحلول مصدرها التأين الكامل لكلوريد الصوديوم والتأين الجزئي لكلوريد الرصاص الثنائي،سيكون تركيزهما أعلى من تركيز أي من أيونات الصوديوم وأيونات الرصاص. للتعويض يتحرك التوازن بين كلوريد الرصاص الثنائي الصلب وبين أيوناته في المحلول باتجاه الملح الذي لم يتفكك،متسببًا ببقاء المزيد من كلوريد الرصاص الثنائي دون تفكك.بالتالي فإن وجود أيون مشترك يخفض ذائبية مادة شحيحة الذوبان. على سبيل المثال،يمكن حساب الذائبية المولية x لكلوريد الرصاص الثنائي في محلول كلوريد الصوديوم بتركيز 0.100 بواسطة جدول مراقبة التغير ICE. التركيز الأولي لأيونات كلوريد الرصاص الثنائي في المحلول يساوي صفرًا،بينما تركيز الكلوريد يساوي 0.100.سيتفكك كل جزيء من كلوريد الرصاص الثنائي إلى أيون رصاص واحد وأيوني كلوريد. لذا فإن قيمة التغير في أيونات الرصاص ستكون x وفي أيونات الكلوريد ستكون قيمته 2x. ستكون قيمة تركيز أيونات الرصاص عند التوازن x أما أيونات الكلوريد فستكون قيمة تركيزها 2x مضافًا إليه 0.100.عند درجة حرارة 25 مئوية،تكون قيمة Ksp لكلوريد الرصاص الثنائي 1.17×10-وتكون معادلة التوازن نتاج قيم تركيز أيونات الرصاص وأيونات الكلوريد عند التوازن،وهي x مضروبة في مربع لأن قيمة Ksp صغيرة،فإن 2x أصغر بكثير من 0.100 مولار ويمكن تقريب قيمتهما إلى 0.100. بالاستبدال في المعادلة ينتج 1.17 10⁻⁵ تساوي x مضروبة في مربع 0.100 مولار. بحل المعادلة لإيجاد قيمة x،تكون الذائبية المولية لكلوريد الرصاص الثنائي في محلول كلوريد الصوديوم بتركيز 0.100 مولار تساوي 1.17 10-³ مولار.مقارنة بذائبية كلوريد الرصاص الثنائي في الماء،وهي 1.43 10-² مولار،فإن الأيون المشترك يخفض ذائبية كلوريد الرصاص الثنائي بمقدار 12 مرة. يمكن أن تتأثر ذائبية مركب كذلك بقيمة pH للمحلول. لنتأمل التفكك الجزئي لهيدروكسيد الكالسيوم إلى أيونات كالسيوم وهيدروكسيد.إذا رُفعت قيمة pH،بإضافة هيدروكسيد البوتاسيوم على سبيل المثال،فإن أيون الهيدروكسيد المشترك سيخفض ذائبية هيدروكسيد الكالسيوم. وعلى العكس،إذا خُفّضت قيمة pH،بإضافة حمض الهيدروكلوريك،على سبيل المثال،ستتحد البروتونات مع أيونات الهيدروكسيد،مما يخّفض تركيز أيونات الهيدروكسيد في المحلول. وعندها سيتحرك توازن هيدروكسيد الكالسيوم باتجاه النواتج،مما يزيد الذائبية في محلول حمضي.

16.11:

العوامل المؤثّرة على الذويان

بالمقارنة مع الماء النقي، تكون قابلية ذوبان المركب الأيوني أقل في المحاليل المائية التي تحتوي على أيون شائع (واحد ينتج أيضًا عن طريق انحلال المركب الأيوني). هذا مثال لظاهرة تُعرف باسم التأثير الأيوني المشترك، وهو نتيجة لقانون العمل الجماعي الذي يمكن تفسيره باستخدام مبدأ ȃلو شاتيلير’ ضع في اعتبارك انحلال يوديد الفضة:

Eq1

قد يتم إزاحة توازن الذوبان هذا إلى اليسار عن طريق إضافة أيونات الفضة أو اليوديد، مما يؤدي إلى ترسيب AgI وانخفاض تركيزات Ag+ and I المذابة. في المحاليل التي تحتوي بالفعل على أي من هذه الأيونات، قد يتم إذابة كمية أقل من AgI مقارنة بالحلول التي لا تحتوي على هذه الأيونات.

يمكن أيضًا تفسير هذا التأثير من حيث التأثير الكلّي كما هو موضح في تعبير منتج الذوبان:

Eq2

الناتج الحسابي للفضة ومولاريات أيون اليوديد ثابت في خليط التوازن بغض النظر عن مصدر الأيونات، وبالتالي يجب موازنة الزيادة في تركيز أيون’ واحد بانخفاض نسبي في الآخر.

دور الترسيب في معالجة مياه الصرف الصحي

موازنة الذوبان هي أدوات مفيدة في معالجة المياه العادمة التي تتم في المنشآت التي قد تعالج المياه البلدية في مدينة أو بلدة. على وجه التحديد، يتم استخدام الترسيب الانتقائي لإزالة الملوثات من مياه الصرف قبل إطلاقها مرة أخرى في المسطحات المائية الطبيعية. على سبيل المثال، غالبًا ما توجد أيونات الفوسفات (PO43−) في المياه التي يتم تصريفها من مرافق التصنيع. تؤدي وفرة الفوسفات إلى نمو الطحالب الزائدة، مما يؤثر على كمية الأكسجين المتاحة للحياة البحرية بالإضافة إلى جعل المياه غير مناسبة للاستهلاك البشري.

تتمثل إحدى الطرق الشائعة لإزالة الفوسفات من الماء في إضافة هيدروكسيد الكالسيوم أو الجير Ca(OH)2. نظرًا لأن الماء يصبح قاعديًا أكثر، تتفاعل أيونات الكالسيوم مع أيونات الفوسفات لإنتاج هيدروكسيل أباتيت، Ca5(PO4)3·OH، والتي تترسب بعد ذلك من المحلول:

Eq3

نظرًا لأن كمية أيون الكالسيوم المضافة لا تؤدي إلى تجاوز نواتج الذوبان لأملاح الكالسيوم الأخرى، فإن الأنيونات الموجودة في تلك الأملاح تظل متخلفة في مياه الصرف. ثم تتم إزالة الراسب بالترشيح، ويعود الماء إلى درجة حموضة محايدة عن طريق إضافة CO2 في عملية إعادة كربنة. يمكن أيضاً استخدام مواد كيميائية أخرى لإزالة الفوسفات عن طريق الترسيب، بما في ذلك كلوريد الحديد (III) وكبريتات الألومنيوم.

 هذا النص مقتبس من Openstax, Chemistry 2e, Section 15.1: Precipitation and Dissolution.

Suggested Reading

  1. Koubek, E. "Demonstration of the Common Ion Effect." Journal of chemical education 70, no. 2 (1993): 155.
  2. Amaral, L. F., I. R. Oliveira, R. Salomão, E. Frollini, and V. C. Pandolfelli. "Temperature and common-ion effect on magnesium oxide (MgO) hydration." Ceramics International 36, no. 3 (2010): 1047-1054.
  3. Cassens, Jan, Anke Prudic, Feelly Ruether, and Gabriele Sadowski. "Solubility of pharmaceuticals and their salts as a function of pH." Industrial & Engineering Chemistry Research 52, no. 7 (2013): 2721-2731.