محلول ها

مي دانيد که بيشتر واکنشهاي شيميايي در طبيعت در حال محلول انجام مي شوند، زيرا لازمه انجام واکنشهاي شيميايي برخورد موثر بين ذره هاي واکنش دهنده است. محلولها در واقع همان مخلوطهاي همگن هستند.

 

فاز چيست ؟ فاز بخشي از ماده است که تمام آن از نظر ترکيب شيميايي و خواص فيزيکي يکسان است. مثلاً يک محلول آب و نمک يک محلول تک فازي است که رنگ ، طعم ، چگالي و بقيه خواص آن در کل محلول يکسان است. وقتي جامدي ذوب مي شود يا مايعي تبخير مي شود تغيير فاز انجام مي شود. ماهيت شيميايي ماده در تغيير فاز تغيير نمي کند و بنابراين تغيير فاز يک تغيير فيزيکي است.

                   

                       

 

انواع محلولها کدامند؟ محلولها مي توانند مايع (آب و نمک) ، گاز (هوا) و جامد (آلياژ فلزات) باشند. بدون شک آب مهمترين حلال در طبيعت است. محلولهايي را که آب حلال آنهاست ، محلولهاي آبي مي نامند. از حلالهاي مهم غيرآبي مي توان اتانول ، استون و هگزان را نام برد.

 

انحلال پذيري در آب : عبارت است از بيشترين مقدار يک ماده که در دماي معين در 100 گرم آب حل مي شود.

 

 

پيش بيني انحلال پذيري دو ماده در يک ديگر

دانشمندان اغلب براي انحلال پذيري مواد در يکديگر عبارت «شبيه ، شبيه را در خود حل مي کند» را به کار مي برند. اين تشابه از نظر ميزان و نوع نيروي جاذبه بين ذره هاي تشکيل دهنده حلال و حل شونده است.

 

هنگامي که جسمي در يک حلال حل مي شود هم ذرات حل شونده از هم دور مي شوند و هم ذرات حلال از هم دور مي شوند. بنابراين لازمه حل شدن جسم در حلال اين است که جاذبه بين ذرههاي حلال و حل شونده به وجود بيايد. مثلا ً نمک NaCL در آب خيلي خوب حل مي شود چون به يونهاي Na+ و cl- تفکيک مي شود و به دو سر مولکول آب جذب مي شود ( سر مثبت مولکول قطبي آب به سوي آنيون cl- و سر منفي مولکول آب به سوي کاتيون Na+  جذب مي شود) مثال ديگر کربن تتراکلريد ccl4 است که يک ماده ناقطبي است. اين ماده ناقطبي در آب حل نمي شود چون نيروي جاذبه بين مولکولهاي آب خيلي قويتر از نيروهاي جذبه بين مولکولهاي کربن تتراکلريد است. به عبارت ديگر بين مولکولهاي آب و کربن تتراکلريد جاذبه قوي برقرار نمي شود. اما يد که يک ماده ناقطبي است مي تواند در کربن تتراکلريد حل شود زيرا نيروي جاذبه بين مولکولهاي يد و مولکولهاي کربن تتراکلريد مشابه است.

 

بنابر اين مي توان گفت معمولاً مواد قطبي در حلالهاي قطبي ، مواد ناقطبي در حلالهاي ناقطبي و جامدهاي يوني در آب و حلالهاي قطبي حل مي شوند.

 

برخي از مولکولها ساختارشان دو بخش دارند يک بخش قطبي و يک بخش  ناقطبي مانند الکلها ، اين مواد بسته به آنکه کدام بخش غلبه بيشتري در ديگري داشته باشد در حلال ها حل مي شوند مثلاً در بوتانول بخش ناقطبي بر قطبي غلبه دارد بنابراين در آب و حلالهاي قطبي به مقدار کم حل مي شود.

 

بخش ناقطبي از قطبي بزرگتر است بنابراين در کل مولکول آن تقريباً ناقطبي است.

 

گازها  هم مي توانند در آب حل شوند. انحلال پذيري گازها در آب تابع فشار و دما است. هر چه فشار بيشتر باشد و دما کمتر باشد گاز بيشتري در آب مي تواند حل شود.

 

                           تصویر

تمرین های پایان بخش دوم

۱ – با در دست داشتن معادله هاي زير

FeO(S) +  H2(g)  ® Fe(s) + H2O (g)   ΔH =  24/7 KJ

 FeO (S)  +   ½ O2 (g)   ®   Fe3O4 (S)   ΔH = -317/6Kj

H2(g) + ½ O2 (g)   ®  H2O (g)           ΔH =  -24/18 kj

مقدار ΔH  واکنش زير را محاسبه کنيد.

3 (Fe(s) + 4H2O(g)   ®   Fe3O4 (S) + 4 H2(g)

 149/9 KJ- :پاسخ

 

۲ – تعيين کنيد چه مقدار گرما لازم است تا بتوانيم ۰۱ گرم آب مايع با دماي  ْc ۹۲ را به بخار آب با دماي 115 ْc تبديل کنيم. (گرماي تبخير آب برابر 2260 j/g مي باشد و ظرفيت گرمايي ويژه ي آب برابر 4/184 است )

  ۲۳۲۴= q  : پاسخ

 

 

3– با توجه به مقادير آنتالپي هاي سوختن داده شده براي مواد مقدار H Δ واکنش زير را تعيين کنيد.

3 C2H2  ® C6H6

ΔH سوختن   C2H2 =  -1305 KJ.mol -1

ΔH سوختن  C6H6 = - 327KJ . mol-1

 KJ 642- = Δ: پاسخ

 

 

4 – وقتي يک مول CH4 در فشار ثابت مي سوزد مقدار 890 KJ انرژي گرمايي توليد مي کند. اگر 5/8 g از گاز متان در فشار ثابت بسوزد مقدار H Δ مربوط به آن را محاسبه کنيد.

ΔH =  -گرماي آزاد شده   = 320

5– يک سيستم با حجم 25 ليتر ، مقدار kj ۱ گرما جذب مي کند. مقدار ΔE سيستم را در حالتهاي زير محاسبه کنيد.

الف ) اگر گرما در حجم ثابت توسط سيستم جذب شود. 1KJ = ΔE : پاسخ

ب ) اگر سيستم در فشار ۱ amt منبسط شود و به حجم 28/95 ليتر برسد.

ΔE =  0/6 KJ

ج) اگر سيستم منبسط شود در فشار 0/56 Atm و به حجم 42/36 ليتر برسد.

  پاسخΔE =  0

6– در يک ظرف گرماسنج 50 g از محلول سديم هيدورکسيد و 50g از محلول هيدروکلريک اسيد با دماي ۲۲ cْ را واکنش مي دهيم. دما افزايش مي يابد و به  28/87 ْc  مي رسد. اگر از ظرفيت گرمايي ويژه ي گرما سنج صرف نظر شود مقدار گرماي آزاد شده در واکنش زير را محاسبه کنيد.

HCL (aq) + NaOH (aq)  ®  NaCL (aq) + H2O (l)

(ظرفيت گرمايي ويژه محلول برابر 4/18 مي باشد)

  پاسخ q = -    2871/66 j

7– با دردست داشتن معادله هاي زير :

2NH3(g)+3 N20 (g) ®  4 N2(g)+ 3 H2 O (g)   ΔH =  -1010 KJ

4NH3 (g)+ 3 o2 (g)   ® 2N2(g)+ 6H2O (L)    ΔH =  -153 KJ

مقدار ΔH واکنش مقابل را محاسبه کنيد.

N2(g) + ½ o2  ®  N2O(g)

ΔH =   81/5 KJ

8– مقدار 15g  از يک نمونه از فلز طلا ( با ظرفيت گرمايي مولي برابر با   j. c-1.mol-1۲۵/۴  ) حرارت داده مي شود تا از دماي 16/1  ْc به دماي 49/3 ْC  برسد. مقدار گرماي جذب شده توسط طلا را محاسبه کنيد.

AU = 197 g/mol

q = 64/2 j

۱۰ – يک قطعه فلز آهن به جرم 25 و دماي 14/4 Cْدر تماس با يک قطعه طلا به جرم 35g  و دماي 64/1 قرار گرفته است

 (0/129 j -1 . g. c -1 = طلا C  و  j . g -1 . c 1-  ( آهن C = 0/451

الف ) با فرض اين که هيج گرمايي توسط سيستم مشترک از دست نرفته دماي نهاي آهن را تعيين کنيد.

ب ) فلز آهن چه مقدار گرمابه دست آورده است؟

ج ) فلز طلا چه مقدار گرما از دست داده است ؟

الف )28/6  ْC         

ب )۲  ۱۰× 1/6 j

ج)۲۱۰× j1/6

در پيشرفت خود به خودي يک فرآيند دو عامل دخالت دارند

۱)کاهش سطح انرژي دروني مواد موجود در سيستم (از طريق آزاد ساختن انرژي و يا گرماده بودن)

۲)افزايش ميزان بي نظمي يا آنتروپي سيستم (کاهش نظم سيستم)

با در نظر گرفتن دو عامل بالا چهار حالت ممکن است بوجود بيايد.

پيش رفت واکنش خود به خود است   ®  ΔS>0  و  ΔH<0      اگر

واکنش خود به خود پيشرفت نمي کند  ®ΔS<0    و  ΔH>0   اگر

از عوامل آنتروپي و انرژي دروني هر کدام اثر بيشتري داشته باشند واکنش را کنترل مي کنند.

ΔH <0 و Δ S<0      يا   ΔH >0   و  ΔS> 0

عواملي چون افزايش دما ، افزايش حجم ، افزايش تعداد ذره هاي موجود در سيستم و افزايش تعداد مولهاي گازي در فرآورده ها به افزايش بي نظمي سيستم و پيشرفت خود به خود واکنش کمک مي کند.

آنتروپي و تعيين جهت واکنش ها

مقدار بي نظمي يک سيستم يا بي نظمي مولکولي را آنتروپي مي نامند. آنتروپي را با حرف «S» نشان مي دهيم.

آنتروپي هم يک تابع حالت است. تغيير آنتروپي يک سيستم را مي توان به صورت زير نوشت :

ΔS = S  - پايانيSآغازي