يمكن فهم محلول الملح في الماء بالنظر إلى الجسيمات التي يصعب رؤيتها في الكأس. في حالة كلوريد الصوديوم، تنفصل الأيونات عن شبكة الصلب وتنتشر بين جزيئات الماء، فيتكون خليط متجانس على المستوى الذي ندرس به المحلول. اختفاء البلورات عن النظر لا يعني اختفاء الملح من المادة، كما أن وجود شحنات لا يعني أن المحلول كله صار موجبًا أو سالبًا. سنفسر الإماهة والتوصيل ونحسب مثالًا لتوازن الأيونات. [1][2][3]
ما المذيب وما المذاب؟
يكون الماء هو المذيب في المثال، وكلوريد الصوديوم هو المادة المذابة. المحلول خليط متجانس: تتوزع جسيمات المذاب بين جسيمات المذيب على مقياس صغير، ويكون تركيب المحلول المتجانس متسقًا عند أخذ أجزائه في الظروف نفسها. [1]
أما الصيغة NaCl فتعبر عن نسبة 1:1 بين أيونات الصوديوم الموجبة وأيونات الكلوريد السالبة في الملح. لا تتكون البلورة من أزواج جزيئية مستقلة معزولة؛ تتصل الأيونات في ترتيب ممتد بتجاذبات كهربائية. [3][4]
وعند الذوبان، لا نحول الرمز Cl إلى اسم عنصر آخر، ولا تختفي ذرات الصوديوم والكلور. الذي يتغير هو ترتيب الأيونات وحركتها وصلتها بالماء. نميز بهذا وصف المحلول من وصف الصلب. [2]
كيف تحيط جزيئات الماء بالأيونات؟
جزيء الماء قطبي؛ قرب الأكسجين شحنة جزئية سالبة، وقرب الهيدروجين شحنة جزئية موجبة. ليست هذه الشحنات الجزئية أيونات أكسجين أو هيدروجين منفصلة، بل تصف توزيع الشحنة داخل الجزيء. [2]
يجذب Na⁺ ناحية الأكسجين في جزيئات الماء، ويجذب Cl⁻ ناحية الهيدروجين. يمكن أن تحيط الجزيئات بالأيون، فنقول إنه مميه. يبين الرسم الداخلي الاتجاهين، لكنه لا يحدد عددًا ثابتًا من جزيئات الماء يرافق كل أيون في جميع الظروف. [2]
وتساعد تجاذبات الأيون مع الجزيئات القطبية على تفسير انفصاله من الشبكة وانتشاره في المحلول. لا يعني ذلك أن كل ملح يذوب بلا حد؛ مقدار ما يذوب يتأثر بهوية المادة والظروف، ويختلف من مركب إلى آخر. [1][2]
لماذا يختلف التوصيل بين البلورة والمحلول؟
تحتوي البلورة نفسها شحنات، لكن الأيونات فيها مقيدة بمواقعها، فلا تحمل تيارًا بالطريقة التي يمكنها بها الحركة في المحلول. يقرر المرجع أن الصلب الأيوني لا يوصل، بينما تستطيع أيوناته الحركة عند الذوبان أو الانصهار. [3]
وفي المحلول، تسمح الأيونات المتحركة بنقل الشحنة؛ تتحرك الموجبة والسالبة باتجاهات يحددها المجال الكهربائي. لا يلزم أن تتحرك الشحنتان في الاتجاه نفسه كي تساهما في التيار. وهذا يختلف عن وصف النقل الإلكتروني في سلك معدني. [2]
تسمى المواد التي تعطي أيونات عند الذوبان إلكتروليتات. أما قوة الإلكتروليت فتتعلق بمدى تكوّن الأيونات من الجزء الذائب، ولا تساوي وحدها مقدار الملوحة أو حجم الكأس. الماء النقي ضعيف التوصيل جدًا، ولا نصفه بأنه خالٍ تمامًا من الأيونات. [2]
مثال أصلي على عدد الأيونات وتوازن الشحنة
افترض مقدارًا ذائبًا من NaCl يساوي 0.020 مولًا في مثال حسابي مخفف. تعطي كل وحدة صيغة أيون Na⁺ وأيون Cl⁻، فتكون كمية كل نوع 0.020mol. يصبح مجموع مولات هذين النوعين 0.020+0.020=0.040mol.
لكن هذا لا يعني أن كمية NaCl الأصلية صارت 0.040 مولًا. عد الأيونات المفردة يختلف عن عد وحدات الصيغة التي تنفصل إلى نوعين. وبالمثل، يوضح الرسم الرئيس 6 من كل نوع، أي 12 أيونًا في النموذج، مأخوذة من 6 وحدات صيغة.
وتتوازن شحنات الأيونات: يقابل العدد نفسه من الشحنات الموجبة والسالبة، فيكون المحلول متعادل الشحنة ككل في هذا النموذج. التعادل الكلي لا يمنع وجود أيونات منفردة أو قدرتها على نقل التيار. [4]
المحلول ليس اسمًا لمركب جديد
يمكن تغيير نسبة المذاب إلى الماء ضمن حدود الذوبان دون أن تصبح كل نسبة اسم مركب مختلف. ولهذا نصف المحلول بأنه خليط، مع تحديد المكونات ومقاديرها حين نحتاج مقارنة عينتين. [1]
ولا تعني شفافية سائل أو تجانسه أن الماء فيه نقي أو أن المذاب معدوم. الجسيمات المذابة أصغر من أن تظهر كحبيبات منفصلة للعين، ويختلف هذا عن بقاء صلب غير ذائب في قاع الوعاء. [1]
فهم NaCl المذاب يجمع ثلاث أفكار: نسبة الأيونات في الملح، وإحاطتها بجزيئات الماء، وحركتها في المحلول. أما الحكم على استعمال منتج معين فيحتاج بيانات ذلك المنتج والغرض المخصص له؛ الاسم الكيميائي وحده لا يحدد هذه المواصفات.
المصادر ومتابعة القراءة
- OpenStax Chemistry 2e: المحاليل المتجانسة والمذيب والمذاب (يفتح في نافذة جديدة)openstax.org
- OpenStax Chemistry 2e: الأيونات المميهة والتوصيل والفرق عن النقل الإلكتروني (يفتح في نافذة جديدة)openstax.org
- OpenStax Chemistry 2e: الصلب الأيوني وحركة الشحنات (يفتح في نافذة جديدة)openstax.org
- OpenStax Chemistry 2e: تعادل الشحنة في الصيغة الأيونية (يفتح في نافذة جديدة)openstax.org
أُعدّ هذا المقال بصياغة عربية أصلية بالاستناد إلى المصادر أعلاه، وهو مدخل تمهيدي إلى الموضوع. اقرأ منهجية المحتوى وحدوده.