حلالیت خاصیت ماده ای است که به عنوان املاح شناخته می شود که به آن اجازه می دهد در یک حلال حل شود. تقریباً همه مواد در یک حلال خاص یا به طور جزئی یا کاملاً محلول هستند.
در بسیاری از موارد، یک املاح بر اساس تناسب آن با یک املاح، می تواند یک حلال نیز باشد. به عنوان مثال، هنگامی که غلظت الکل در یک محلول بیشتر از آب باشد، آب به جای حلال، به حلال تبدیل می شود.
چه عواملی بر حلالیت تأثیر می گذارد؟
عوامل متعددی بر حلالیت یک املاح تأثیر می گذارد. در درجه اول، نوع حلال عامل اصلی است.
-
- قطبیت حلال یا املاح: به عنوان مثال، بنزین یک حلال غیرقطبی است، به این معنی که نمی تواند مواد قطبی مانند نمک خوراکی (کلرید سدیم) را حل کند. با این حال، می تواند به راحتی مواد غیر قطبی مانند فوم های پلی اتیلن را حل کند.
-
- غلظت املاح: املاح معمولاً جامدی است که در مایع حل می شود. با این حال، می تواند گازی باشد که در مایع حل می شود یا جامدی که در جامد دیگری حل می شود. صرف نظر از نوع املاح، معمولاً دارای یک حد یا نقطه اشباع است. وقتی به این حد رسید، کمتر یا هیچ املاح اضافی را نمی توان در دما و فشار معمولی حل کرد.
-
- درجه حرارت: چرا برای دم کردن قهوه باید از آب داغ استفاده کرد؟ خب، پاسخ ساده حلالیت است. اگر آب در حال جوشیدن باشد، می توان بیشتر مواد ضروری دانه های قهوه را در آب حل کرد. این به این دلیل است که افزایش دما می تواند یک محلول را فوق اشباع کند. دمای بالاتر به این معنی است که ذرات سریعتر حرکت می کنند. هرچه سرعت ذرات بیشتر باشد، احتمال برخورد ذرات با یکدیگر بیشتر است.
-
- فشار: حلالیت گاز در مایع تحت تأثیر فشار است. در واقع حلالیت گاز نسبت مستقیمی با فشار دارد. به عنوان مثال، اگر مقداری فشار وارد شود، دی اکسید کربن به راحتی در آب سودا حل می شود. به همین دلیل است که هنگام باز کردن یک بطری یا یک بطری باید مراقب باشید قوطی نوشابه، که می تواند با خروج گاز دی اکسید کربن از ظرف سرریز شود.
-
- اندازه مولکول یا ذره: حل شدن مواد با مولکول های بزرگتر، حتی به صورت پودر، دشوارتر است. مثلا، شکر سفره یا ساکارزحل شدن نسبتاً آسان در آب حتی بدون اعمال حرارت. از طرف دیگر نشاسته ذرت به سختی حل می شود. از نظر فنی، هر دو کربوهیدرات هستند، اما دومی مولکول های بزرگتری دارد. اگر بخواهید نشاسته ذرت را در آب حل کنید، به جای تبدیل شدن به محلول، در نهایت اگر دست نخورده بماند رسوب می کند.
-
- هم زدن یا هم زدن مخلوط: هم زدن حلال در حین افزودن املاح حلالیت را افزایش می دهد. این اثر مشابه اما ضعیف تر به عنوان گرم کردن محلول دارد. اساساً یک املاح هنگام هم زدن سریعتر در یک حلال متلاشی می شود زیرا عمل هم زدن ذرات املاح را به طور مؤثرتری توزیع می کند.
حلالیت مایع در مایع
بسیاری از مایعات بدون توجه به غلظت محلول مایع در یک حلال خاص قابل امتزاج یا بسیار محلول هستند. یک مثال خوب از این اتانول یا اتیل الکل است که به شدت با آب قابل اختلاط است.
اتانول می تواند به نسبت آب موجود در محلول از آب فراتر رود که از نظر فنی برهمکنش حل شونده و حلال را معکوس می کند. هنگامی که اتانول در محلول از آب فراتر رود، مثلاً در مورد ودکا اسپیریتوسکه 192 پروف یا 96 درصد الکل حجمی است، به این معنی است که آب فقط 4 درصد حجمی دارد و آب را به جای حلال، حل شونده می کند.
در محلول های مایع-مایع بسیار قابل امتزاج، تنها راه جداسازی مایعات از طریق است تقطیر. به طور خلاصه، اینجا جایی است که مایع موجود در محلول با کمترین نقطه جوش تبخیر و متراکم می شود تا بتوان آن را در ظرف جداگانه ای جمع آوری کرد.
قطبیت در حلالیت مایعات در مایعات دیگر نقش اساسی دارد. به عنوان مثال، بنزین مخلوطی همگن از سایر فرآورده های نفتی است. اجزای بنزین را می توان از طریق تقطیر جدا کرد. وقتی نقطه جوش هر جزء را بدانید، مایعات خاصی را می توان جدا کرد.
حلالیت یک جامد در مایع
حلالیت جامدات در مایع عمدتاً توسط قطبیت مواد درگیر تعیین می شود. عوامل دیگری مانند اندازه ذرات، دما و فشار نیز نقش مهمی دارند. تقریباً همه جامدات در درجات مختلف بسته به نوع حلال محلول هستند. آب به طور کلی یک حلال جهانی در نظر گرفته می شود زیرا می تواند تقریباً تمام مواد قطبی و یونی را حل کند.
با این حال، نباید حلالیت را با خاصیت یک ماده برای حل شدن ساده در یک حلال اشتباه بگیرید. حلالیت شامل نمی شود واکنش های شیمیایی. به عنوان مثال، هنگامی که شکر در آب حل می شود، شکر از نظر شیمیایی ثابت می ماند. این حلالیت است. از سوی دیگر، هنگامی که فلزی مانند آلومینیوم در اسید هیدروکلریک حل می شود، یک واکنش شیمیایی گرمازا رخ می دهد. واکنش را می توان به صورت زیر خلاصه کرد:
HCl + Al → AlCl3 + اچ2
همانطور که در معادله شیمیایی متعادل می بینید، گاز هیدروژن آزاد می شود و کلرید آلومینیوم زمانی که آلومینیوم فلزی با اسید هیدروکلریک واکنش می دهد تشکیل می شود. با این حال، این فلز نه تنها از نظر فیزیکی حل می شود، بلکه از نظر شیمیایی نیز به یک ترکیب تبدیل می شود.
آلومینیوم همچنین در آب به حداقل می رسد بین pH 5.5 و pH 6.0. غلظت آلومینیوم محلول با تغییر در آن نسبت مستقیم دارد pH بالاتر یا پایین تر از این محدوده واکنش شیمیایی بین آب و آلومینیوم را می توان به صورت زیر خلاصه کرد:
2Al + 3H2O → 3H2 + ال2O3
در این مثال، املاح جامد با املاحی که آمفوتریک است واکنش می دهد. در pH خنثی، آب نه اسید است و نه باز، اما بسته به املاح، می تواند یون هیدرونیوم را اهدا یا بپذیرد.
حلالیت گازها در مایع
گازها در صورت اعمال فشار کافی به راحتی در آب و سایر حلالهای مایع حل می شوند. در دمای معمولی اتاق و فشار اتمسفر سطح دریا، اگر آب به سادگی هم زده شود، هوا به راحتی در آب حل می شود. به همین دلیل است که حباب های گاز قبل از رسیدن آب به نقطه جوش خود تشکیل می شوند. به همین ترتیب، اگر فقط اجازه دهید آب بدون مزاحمت در یک ظرف بنشیند، متوجه خواهید شد که حباب هایی در سطح داخلی ظرف در تماس با آب شکل می گیرد.
وقتی صحبت از املاح مایع و جامد می شود، قطبیت حلال اهمیت زیادی دارد. با این حال، این مورد در مورد حلالیت گازها در مایعات صادق نیست. مثلا، متان یک گاز غیر قطبی است که نه تنها محلول است، بلکه در آب نیز قابل اختلاط است در فشار 3.5 گیگا پاسکال در 100 درجه سانتیگراد دما.
حلالیت مواد توسط عوامل مختلفی تعیین می شود که در تعیین فرآیندهای مختلف فیزیکی و بیولوژیکی ضروری هستند.