منتدى الكيميائين المبدعين
أنت غير مسجل لدينا ويسعدنا إنضمامك لنا
لتستفيد من جميع خدمات المنتدى ولايكون
أمامك محتوى مخفي أو ممنوع التحميل ننتظرك صديقاً دائماً
طارق حسين

منتدى الكيميائين المبدعين

منتدى خاص بالكيمياء و المواد العلمية يدخله المبدعون فقط ..
 
الرئيسيةاليوميةس .و .جبحـثالأعضاءالمجموعاتالتسجيلرفع الصوردخولتسجيل دخول

شاطر | 
 

 طرق فصل المخاليط

استعرض الموضوع السابق استعرض الموضوع التالي اذهب الى الأسفل 
كاتب الموضوعرسالة
محمد الدريس
مشرف
مشرف
avatar

ذكر
عدد المساهمات : 57
نقاطي: : 177
تاريخ التسجيل : 23/03/2011

مُساهمةموضوع: طرق فصل المخاليط   الخميس مارس 24, 2011 5:40 am



الماء والمحاليل


ها قد عدنا لاستكمال تطبيق التجارب المتضمنة في برنامج التمساح والتدريب عليها لتسخيرها في حصصنا الصفية لاثرائها بالأنشطة الحاسوبية وإتنمية مهارات تطويع الحاسوب في خدمة الكيمياء.

وهذه الوحدة ستتضمن عدة دروس :

1 – كيف يتم استخلاص الملح من ماء البحر؟

2 – المشروبات الغازية (fizzy drinks )

3 – التقطير التجزيئي

4 - عسر الماء

5 - التوصيل الكهربي للمحاليل

6 - التركيز بالمولارية

7 - الذائبية



1 – كيف يتم استخلاص الملح من ماء البحر؟



التبخير :

هي عملية تحول السائل إلى الحالة الغازية ( بخار ) ببطء وهي بعكس تحول السائل إلى غاز بسرعة التي تسمى بالغليان. يتميّز الماء بدرجة غليان عالية بالنسبة لدرجة حرارة مناخ الأرض , لذا إن معظم الكتل المائية على وجه الأرض معرضة للتبخر طالما تمتص المواد الطاقة الحرارية من الشمس إلا أن هذه العملية بطيئة جدا.


إن استخلاص الملح من مياه البحر طريقة قديمة جداحيث تحفر برك ضحلة متصلة بالبحر بقنوات قصيرة. ذات مساحات عريضة وعمق قليل وحجم مناسب من الماء يمكنه أن يمتص كميات كبيرة من أشعة الشمس. يتم ملأ الأحواض ثم تغلق القنوات. لتعمل الشمس على تبخير الماء. يتطاير الماء تاركا خلفه الملح وجاعلا الماء المتبقي أكثر ملوحة. وفي النهاية, وبعدما تتبخر الكميات الكافية من الماء يترك خلفه طبقة من بلورات ملح البحر التي يمكن جمعها.
أما الطريقة الحديثة في عملية استخراج ملح البحرتتكّون بشكل نموذجي عدد من هذه البرك متركزة في موقع محدد ومفصولة عن بعضها البعض بسدود. إن من العوامل المهمة جدا التي يجب أن تؤخذ بعين الاعتبار في مثل هذه العملية هي مراعاة الزمن. فسقوط الامطار في غير أوانه يمكن أن يدمّر حصاد أيام من التبخير. لذا في بعض أماكن التبخير يصمم باب داخلي ضخم للبرك يسمى pans, حتى يحمي من تقلبات الجو.


طرق استخراج ملح البحر في بلاد مختلفة

كيفية استخراج المِلح الملح لا يستخرج على صورة واحدة في البلاد المختلفة ففي بلاد النمسا مثلا كانوا يحفرون الارض إلى أغوار عميقة حتى يصلوا إلى معادنه فيها حيث يكون على هيئة طبقة سميكة جدا فيحفرون فيها ما يشبه الغرف ويملأونها بالماء فيذوب فيه جزء عظيم من الملح فيستخرجون ذلك الماء إلى سطح الارض ويضعونه في مراجل على النار فيتطاير الماء ويبقى الملح على هيئة حبوب بلورية.
وكانوا يستخرجونه في فرنسا بطريقة أسهل من هذه وهي أنهم يعمدون إلى الارض التي تحتوي على الملح في باطنها فيحفرون فيها آبارا حتى تصل إلى الطبقات الملحية ثم يملأون تلك الآبار بالماء فيذوب الملح في ذلك الماء فيستخرج ويغلى في مراجل( قزانات) حتى يتبخر الماء ويبقى الملح .
ولكن في البلاد الباردة التي لا يسمح الجو فيها بتبخر الماء على الدرجة المعتادة وليس لاهلها من الوسائل ما يمكنهم من اغلاء الماء الملح لتبخير الماء بالحرارة يعمدون إلى تثليج الماء الملح ويساعدهم على ذلك كثرة الثلج عندهم وشدة البرد في بلادهم فيتثلج الماء النقي ويترك الملح في قاع الاحواض فيجنونه ويستعملونه.
أما في البلاد العربية فيستخرج الملح بأيسر الطرق وأسهل الوسائل وذلك انه توجد بجوار البحر الملح أحواض متسعة قليلة العمق تسمى بالملاحات فتملأ تلك الاحواض بمياه البحر في الصيف وتترك قليلا حتى يرسب ما يكون فيها من الاقذار ثم تنقل منها إلى أحواض مجاورة لها وتترك فيها فبعد مروره مدة كافية يتطاير الماء من تلك الاحواض بتأثير حرارة الجو العادية ويبقى الملح راسبا في قاعها فيؤخذ ويكون أكواما بجانبها ليتصفى مما يكون عالقا فيه من الماء فيؤخذ ويرسل إلى الجهات ليستعمله الناس


والآن بإمكان طلبتنا إجراء تجربة افتراضية لعملية استخراج الملح من البحر




2 – المشروبات الغازية (fizzy drinks )



تصنع المشروبات الغازية بإذابة CO2 في العصائر عند درجات حرارة منخفضة وضغط عالي. ولحفظ المشروب تحت الضغط العالي تغلق القنينة بإحكام. وعند فتحها سيخف الضغط مما يسبب خروج الفقاعات الغازية وتشكيل الرغوة المعروفة. كما وأن ترك القنينة مفتوحة لفترة طويلة ستسبب تطاير كل CO2 من السائل فيصبح عصيرا عاديا.
أما كيميائيا, فالذي يجعل المشروب غازيا هي عملية الكربنة . وهي إذابة ثاني أكسيد الكربون في الماء بشكل مكثف , فإن جزيئات CO2 ستتحد مع جزيئات الماء H2O لتكوّن حمض الكربونيك H2CO3.
إلا أن المحلول الذي يحتوى على الكثير من CO2 , فإن حمض الكربونيك ستتحلل إلى غاز CO2 وماء مسببة الفقاعات الغازية المعهودة بالمشروب.


والآن بإمكان طلبتنا إجراء تجربة افتراضية يثبت فيها حمضية المشروبات الغازية


تجربة اثرائية عن ذائبية ثاني أكسيد الكربون في الماء

الذائبية هي أكبر كمية من المذاب يمكن أن تذاب في كمية معلومة من المذيب لتكوين محلول ثابت.وقد لوحظ ان الضغط له تأثير يذكرعلى ذائبية المواد الصلبة أو المحاليل السائلة في المذيبات السائلة , إنما يكون تأثيره واضحا في ذائبية الغازات في المحاليل. من الظواهر التي تثبت ما ذكرناه هو الفوران الحادث في قنينة المشروب الغازي عند فتحها. فالصودا تصنع من إذابة غاز ثاني اكسيد الكربون في الماء تحت ضغط عالي, وعند فتح القنينة سيقل الضغط الواقع على المحلول. فيبدأ غاز ثاني أكسيد الكربون الذائب والمضغوط بالانطلاق محدث هذا الفوران.
إذن .. نستخلص من ذلك أن ذائبية غاز ثاني أكسيد الكربون في الماء تعتمد طرديا على الضغط عند ثبات درجة الحرارة وهذا ببساطة يمثل قانون هنري.
هل هناك عوامل أخرى تؤثر على ثائبية الغازات .. ؟؟


والآن .. هل بإمكان طلبتنا التفكير في اجابات منطقية علمية للأسئلة التالية :-

• كيف يعود ثاني أكسيد الكربون إلى الجو؟
• كيف يخرج ثاني أكسيد الكربون من الجسم ؟
• كيف يسبب ثاني أكسيد الكربون الضرر للجسم؟
• هل لثاني أكسيد الكربون دورا في الأمطار الحمضية؟








3 – التقطير التجزيئي



التقطير التجزيئي هي عملية فصل المخاليط إلى مكوناتها, مثل فصل المركبات الكيميائية اعتمادا على اختلاف درجات غليانها.

الهدف من التجربة :

فصل الإيثانول عن الماء من مخلوطيهما باستخدام التقطير التجزيئي.
اعتمادا على أن الإيثانول درجة غليانه = 78.4 °C بينما درجة غليان الماء = 100 °C



الادوات اللازمة لاجراء التجربة :

- مسخن كهربائي أو لهب بنزن
- دورق كروي
- مكثف
- دورق مخروطي
- ترمومتر
- خليط من الماء والإيثانول


خطوات العمل:

- قم بتركيب الجهاز الذي في الصورة ( الاعلى )
- ضع مخلوط الماء/ والإيثانول في الدورق الكروي وسخن المزيج
- راقب الترمومتر عندما تصل درجة الحرارة من 75 ْس واجمع الغاز المتكثف في الدورق المخروطي.
- ما اسم السائل الذي تم جمعه في الدورق المخروطي أو الانبوبة ؟ وما اسم السائل المتبقي بالدورق الكروي ؟
- هل هما نقيان ؟ ما اقتراحك في الموضوع ؟


بإمكان الآن لطلبتنا من إجراء تجربة التقطير التجزيئي افتراضيا ..


تجارب اثرائية افتراضية توجد في برنامج التمساح
- فصل السوائل

- فصل المذاب من المحلول

- فصل المذيب من المحلول

- فصل المواد الصلبة غير الذائبة

- فصل المواد الصلبة من السائلة


4 عسر الماء



ما هو لفرق بين الماء العسر والماء اليسر ؟

لابد وأنك سمعت عن بعض الناس يشتكون من انهم يضطرون لاستخدام الكثير من الصابون حتى يحصلوا على الرغوة المناسبه لتنظيف الأوساخ. أو أنك سمعتهم يتذمرون من أن جلودهم تصبح خشنه أو أنها اصبحت ناعمه.
بالطبع هذا يعتمد على نوعية الماء المستخدم , إن كان عسرا أو يسرا يمكنه أن يسبب مثل تلك الظواهر. ومعرفة الاختلاف هو الأمر الحاسم في تفسيرها.

يحتوي الماء العسر على تركيز عالي من أيونات الكاليسيوم والمغنيسيوم, بينما الماء اليسر يحتوى عليهما ولكن بنسبة قليلة جدا. يتكون الماء العسر عندما يمر الماء عبر الصخور الرقيقة ليقوم بتذويب المعادن المحتوية على أيونات الكاليسيوم والماغنيسيوم قبل أن تصل لأنانيب التمديد للبيوت. من جانب الآخر, يمر الماء اليسر عبر الصخور الصلدة مثل الجرانيت, لذا فإنها تجمع كمية قليلة من المعادن والاملاح أثناء جريانها. لذا يصل الماء اليسر إلى الأنابيب بدون أو بكمية قليلة من الأملاح فيه. يسبب الماء العسر خشونة في الجلد , كما وأنه يلزمه كمية كبيرة من الصابون لإزالة بقع الوسخ أو حتى لو كانت على الجلد. في الجانب الآخر فمن المعروف عن الماء اليسر أنه يجعل الجلد ناعما وذا ملمس ناعم, والصابون يرغي بسهولة معه.

لكل من الماء العسر والماء اليسر فوائده . إن الماء اليسر يسبب النعومة للجلد ويمنع أمراض الجلد . أما الماء العسر فبإمكانه منع أمراض القلب , وانخفاض ضغط الدم ويقوي عظام الجسم ويمدها بالكاليسيوم. وعادة ما يوصى بالماء العسر بأنه أفضل من الماء اليسر.
مع انتشار الماء العسر والتردد في أفضلية استخدام الماء العسر أواليسر حسب الحاجة, كان الصالح لعام هو استخدام الماء اليسر بشكل عام, وتنقية الماء العسر إلى يسر. بشكل أساسي من السهولة إزالة المعادن التي في الماء العسر وذلك بإضافة الصوديوم الذي يخلصه منها ليصبح يسرا, طالما أن استخدمه بكميات قليله لن يهدد الصحة العامة. وقد أثبت عمليا في الجانب الآخر أن الماء اليسر يقوم بإذابة الرصاص من الأنابيب القديمة في نظام التمديد وهذا خطره أعظم. ولهذا تم تبني فكرة أن الماء العسر هو الأكثر فائدة للصحة وطعمه مستساغ , أما الماء اليسربإمكاننا استخدامه للأغراض المنزلية المتعددة من غسيل واستحمام.


الملخص :

1. الماء العسر يحتوي على أيونات الماغنيسيوم والكاليسيوم بكثرة بينما الماء اليسر يحتوي عليها بكميات ضئيلة جدا.
2. الماء العسر له فوائد صحية بجانب طعمه المستساغ.
3. يفضل استخدام الماء اليسر للغسيل والاستحمام.


بإمكان لطلبتنا الآن من إجراء تجربة افتراضية لمعالجة الماء العسر بإضافة كربونات الصوديوم التي تسبب ترسيب أيونات الكاليسيوم والمغنيسيوم على شكل كربونات .. ويصبح الماء يسر ..







5 التوصيل الكهربي للمحاليل


من أروع الفلاشات التي تتناول هذا الموضوع هو الفلاش الذي يوجد في مشاركة الاستاذ عمر

وسنقوم هنا بمناقشة الفكرة العلمية للموضوع وتطبيقها افتراضيا باستخدام برنامج التمساح

الفكرة العلمية:

المركبات الأيونية لا تتكون من جزيئات و لكنها عبارة عن تجمعات للأيونات السالبة و الموجبة داخل نظام هندسي معين (بلورة). في البلورة, يوجد رابطة أيونية قوية بين الأيونات و بالتالي فهي مقيدة و غير حرة الحركة, و بالتالي, فالمركبات الأيونية غير موصلة في الحالة الصلبة. الأملاح هي مثال على المركبات الأيونية. من المعروف أن العديد من الأملاح تذوب في الماء، و لكن، ليست كل المركبات الأيونية تذوب في الماء. على سبيل المثال كربونات الكالسيوم CaCO3 , والتي تكون الجزء الأكبر من حجر الكالسيت,تذوب بشكل قليل جدا في الماء. عندما يذوب المركب الأيوني في الماء أو يصهر بالحرارة, تصبح الأيونات حرة الحركة و تحمل شحنة كهربائية. و نتيجة لذلك, المحاليل المائية و سوائل المركبات الأيونية توصل التيار الكهربائي. بعض المركبات الأيونية تتكون نتيجة لتفاعل الفلزات مع اللافلزات كالأكاسيد. عند إذابة أكسيد الفلز في الماء، يتكون محلول قاعدي لأن الأكسيد في الماء يتحول إلى هيدروكسيد. كل المركبات الأيونية مواد صلبة عند درجة حرارة الغرفة و لديها درجات انصهار و غليان مرتفعة.

تصنف المحاليل – بشكل عام - من حيث درجة توصيلها للتيار الكهربائي إلى نوعين :
أ- محاليل إلكتروليتيه : Electrolyte
ب- محاليل غير إلكتروليتيه : electrolytes Non -


أ- المحاليل الإلكتروليتية تتكون من مادة مذابة لها المقدرة على التأين في المذيب ، وبذلك تكون لها القدرة على توصيل التيار الكهربائي ، وتختلف درجة التأين من مادة لها المقدرة على التأين الكلي أو بنسبة عالية ، وفي هذه الحالة تسمى إلكتروليت قوي strong electrolytes مثل محاليل الأحماض والقواعد والأملاح في الماء ، ومادة تتأين جزئياً وتسمى إلكتروليت ضعيف .
ومن أمثلة الأحماض القوية حمض البيركلوريك ، حمض النيتريك وحمض الهيدوكلوريك في الوسط المائي كالآتي :






مكونات جهاز كاشف التوصيل :

أميتر ، وسلكين ( قطبين) ، وبطارية

التجربة:

الهدف من التجربة : التعرف على المحاليل الإليكتروليتية القوية و الإليكتروليتية الضعيفة والغير الكتروليتية

خطوات إجراء التجربة :

• املأ الحوض بالماء
• اختر أحد المركبات المراد فحصه وأضفه لحوض الماء .. ماذا يحصل لقراءة الأميتر
• كرر الخطوات السابقة مع المركبات الأخرى لتستنتج أيها الكتروليت قوى وأيها ضعيف وايها محلول غير إلكتروليتى


نظّم مشاهداتك في جدول مع التفسير
تجربة الأيونات في برنامج التمساح



التركيز بالمولارية


أنا متأكد بأنك قد تعاملت مع مفهوم تركيز المحلول في حياتك اليومية. فهل اضطررت يوما ما أن تشرب مشروبا صنع من خليط بودرة مثل النسكافيه أو القهوة. فمن المألوف لديك وصفها بالثقيلة و الخفيفة أو المرة والحلوة. والمولارية ببساطة هي مقياس لقوة المحلول. والمحلول الذي ستصفه بأنه ثقيل تكون لديه المولارية عالية أما الذي توصفه بالخفيف هو المحلول الذي مولاريته قليلة.
الآن , المحاليل تتكون من جزئين المذاب والمذيب تخلط معا, كما نذيب السكر في القهوة. فلنفترض أننا وضعنا 4 ملاعق صغيرة لمقدار فنجانين من القهوة فيكون لدينا
قوة السكر في القهوة = 4 ملاعق / 2 فنجان من القهوة
فإذا أردنا مضاعفة الكمية .. وأردنا تحضير 4 فناجين قهوة بنفس قوة السكر فيه .. يكون ذلك :
قوة السكر في القهوة = 4 ملاعق / 2 فنجان من القهوة = 8 ملاعق / 4 فنجان من القهوة

المولارية .. هي مثل هذه القوة للمحلول ,إلا أننا نكون دقيقين أكثر في الحسابات والمقاييس. فالكمية من الملعقة أو الفنجان غير دقيقة وبخاصة إذا احتجنا لعمل أي تحليل كمي في المختبر فيجب أن تكون القياسات دقيقة لأبعد الحدود. لذا المعادلة الرياضية للمولارية أكثر دقة من معادلة قوة السكر في القهوة .. ويمكن التعبير عنها :


المولارية = عدد المولات ( المول ) / حجم المحلول ( باللتر )
وحدة قياس المولارية = M .. وتعني ( مول/لتر )



من خلال تجربة المولارية في برنامج التمساح .. اصبح بالامكان تحضير محاليل معلومة التركيز

حسابات على التركيز المولاري :

حسابات التركيز المولاري متعددة ومتنوعة. لذا انتبه للصياغة المسألة, وركّز على ما هو متوفر من معلومات وما يطلب منك في المسألة. بداية دائما أكتب المعادلة الرياضية لحساب المولارية وتهيئ لأن تقوم بإعادة تشكيله إذا ما احتاج الأمر. وسنقوم بعرض عدد من الأمثلة لتدريبك لاحقا على حل المسائل المختلفة من المولارية .

1 – مسائل المولارية الأساسية عندما تكون المولارية مجهولة

مثال1 :


كم مولارية 5 لتر محلول يحتوي على 10 مول من KBr ؟

الحل :

المولارية = عدد المولات / حجم المحلول
المولارية = 10 مول / 5 لتر = 2 M


مثال 2 :

محلول حجمه 250 مل يحتوي على 0,5 مول من NaCl . احسب التركيز المولاري للمحلول ؟

الحل :

المولارية = عدد المولات / حجم المحلول
المولارية = 0,5 مول / 0,25 لتر = 2 M



2 – مسائل المولارية الأساسية عندما يكون الحجم مجهولا

هنا تصبح الصيغة الرياضية .. كالتالي :


حجم المحلول ( باللتر ) = عدد المولات ( مول) / المولارية ( M )


مثال 3 :

كم سيكون حجم محلول تركيزه 2 M ويحتوي على 6 مول من LiF ؟

الحل: 3.00 L

توقع أن بعض المسائل لا يعطيك عدد المولات مباشرة في المسألة. وعليك عندئذ تحويل كتلة المذاب إلى عدد مولات بالمعادلة الرياضية التالية :

عدد المولات ( مول ) = كتلة المذاب ( غم ) / الكتلة المولية ( غم/مول )

مثال 2 :

كم سيكون حجم 3.0 M من محلول تم تحضيره باذابة 526g من NaCl ؟

الحل : 3.0 L

3 – مسائل المولارية الأساسية عندما يكون عدد المولات مجهولا

وستكون المعادلة الرياضية المستخدمة هي :

عدد مولات المذاب ( مول ) = التركيز المولاري ( M ) × حجم المحلول ( باللتر )


مثال 1 :

كم عدد المولات لــ CaCl2 المستخدمة لتحضير 5.00 x 102 سم 3 من محلول تركيزه 5.0M ؟

الحل : 2,5 مول من CaCl2

مثال 2 :


كم كتلة الــ CaCl2 المستخدمة لتحضير 5.00 x 102 سم 3 من محلول تركيزه 5.0M ؟

الحل : 280 g

مسائل للتدريب :


1 – احسب عدد الغرامات من CaCl2اللازمة لتحضير 3.5 M من حلوله ويكون حجمه = 2.0 L؟
2 – احسب مولارية محلول حجمه 5.00 x 102 ml ويحتوي على 249 g من KI ؟
3 – احسب عدد مولات المذاب LiF اللازمة لتحضير محلول تركيزه 2.5 M وحجمه 1.5 L ؟


الحلول للتقويم الذاتي :
1) 780 g
2 ) 3.00 M
3 ) 3.75 مول


اختبار قصير :

1 – احسب عدد الغرامات من NaI الواجب استخدامها لتحضير محلول تركيزه 2.0 M وحجمه 1 لتر؟
2 – احسب التركيز المولاري لمحلول حجمه 2.50 x 102 cm3 يحتوي 45.0 g من C6H12O6 ؟
3 – كم عدد مولات Sr(NO3)2 المستخدمة لتحضير 2.50 L من محلول تركيزه 3.5 M ؟




الذائبية :

بشكل عام الذائبية هي قدرة المواد على الذوبان. وفي عملية الذوبان , نسمى المادة التي ذابت المذاب والمادة التي ذاب فيها المذاب بالمذيب. والخليط المتكون من المذاب والمذيب يسمى المحلول.

فمثلا :

عندما نضع السكر في الماء فإنا ستذوب. وفي هذه العملية :
• السكر هو المذاب
• الماء هو المذيب
من خصائص السكر هو قابليته للذوبان في الماء, وهذا هو المفهوم الشائع العامي للذائبية .
ولكن .. كيف يتعامل الكيميائيون مع مفهوم الذائبية؟؟
يتعامل الكيميائيون مفهوم الذائبية كمقياس. ويتم تعريف الذائبية بأنها أكبر كمية من المذاب التي يمكنها أن تذوب في المذيب حتى تصل للاتزان. وحالة الاتزان عندما تثبت كميات المتفاعلات والنواتج , ولا يستطيع المذيب أن يستوعب كميات أخرى من المذاب في ظروف ثابته من الحرارة والضغط . وعندها نسمي المحلول بالمحلول المشبع.


فمثلا :

لو كان لديك لتر من الماء وبدأت بإضافة كميات صغيرة تدريجيا من ملح الطعام NaCl
بحيث تراعي أن :-
• درجة حرارة الماء تكون 25oC
• والضغط الواقع عليه هو 1 ض . ج
عندها ستجد بأنك ستستطيع إذابة 357.00 غم فقط لا أكثر, وباقي الملح سيترسب في القاع ولن يذوب. إذن سنعتبر أن ذائبية ملح الطعام هي 357 غم/ لتر . عند ذوبان هذه الكمية من الملح فإن المحلول سيصل لحالة الاتزان. كل مادة كيميائية لديها ذائبية ثابته في الماء . وإذا كانت لا تذوب في الماء فإن ذائبيتها = صفر.
الكثير من قيم ذائبية المواد قد تم قياسها وتنظيمها في جداول خاصة .. بإمكانك رؤية عينة
هنـــــــــــــــــــا

لماذا تذوب الأشياء في الماء ؟

الكثير منا تساءل يوما ما, لماذا يذوب السكر في الماء ؟
ولكن هنا لن نجعل السكر هو قضيتنا, إنما لنسأل ما سبب ذوبان مواد معينة في الماء بينما لا تذوب المواد الاخرى؟


قوى الترابط الجزيئي:

في عملية الذوبان, تتداخل جزيئات المذاب ما بين جزيئات المذيب وتحيط بها. لذا , لحدوث هذه العملية يجب أن تتكسر الروابط التي بين جزيئات المذاب ويتأثّر التروابط ما بين جزيئات المذيب. وكلا تلك العمليتين بحاجة لطاقة.

مثال السكر :

عندما يذوب السكر في الماء, ترابط جديد يتكون ما بين جزيئات السكر والماء. وأثناء هذه العملية فإن الطاقة ستنطلق, وستكون كافية لأن تكسر الالترابط الذي بين جزيئات السكر وجزيئات الماء. وهذا ينطبق على أي مذاب أو مذيب آخر. أما إذا كان الترابط في كل من المذاب أو المذيب قوية بحيث لم تتوفر لها الطاقة الكافية لكسرها أثناء عملية اللإذابة, فالمذاب عندئذ لن يذوب .

مثال المركبات الأيونية :

نفس قاعدة الطاقة السابقة يمكن ان نطبقها على الأملاح. تتكون المركبات الأيونية من أيونات سالبة وموجبة التي تكون مترابطة مع بعضها البعض بقوى تجاذب كهربائية لاختلاف شحنتيهما. فإذا كانت الطاقة اللازمة لتكسير الرابطة الأيونية أقل من الطاقة المنطلقة من تجاذب الأيونات مع المذيب ( الماء ) فيتفكك المذاب ويتداخل مع المذيب فيذوب المذاب.

الأملاح الذائبة في الماء :

• عناصر المجموعة الأولى ومركبات الأمونيوم NH4+
• النترات
• الايثانوات
• كلوريد والبروميد واليوديد ما عدا الفضة Ag+ والرصاص اا Pb2+ والزئبق ا Hg22+ والنحاس Cu+
• كبريتات ما عدا : الفضة Ag+ والرصاص Pb2+ والباريوم Ba2+ والسنترينيوم Sr2+ ، والكاليسيوم Ca2+


الأملاح الغير ذائبة في الماء:

• الكربونات ما عدا عناصر المجموعة الأولى والأمونيوم NH4+ , ومركبات Uranyl [UO2]2+
• الكبريتات ما عدا عناصر المجموعة الأولى والأمونيوم NH4+
• الفوسفات ما عدا المجموعة الأولى ومركبات الأمونيوم NH4+
• الهيدروكسيدات والأكاسيد ما عدا المجموعة الأولى والأمونيوم NH4+ والباريويوم Ba2+ والسنترينشيوم Sr2+ والتاليوم Tl+
• الكبريتيد ما عدا المجموعة الأولى والثانية والأمونيوم NH4+


بإمكان طلبتنا الآن .. التعرف على مفهوم الذائبية باجراء التجارب افتراضيا في برنامج التمساح :
- تعريف الذائبية
- التفكك
- الذائبية النسبية
- الذوبان


العوامل المؤثرة على الذائبية


المقدمة العلمية


• كيف يعود ثاني أكسيد الكربون إلى الجو؟
• كيف يخرج ثاني أكسيد الكربون من الجسم ؟
• كيف يسبب ثاني أكسيد الكربون الضرر للجسم؟
• هل لثاني أكسيد الكربون دورا في الأمطار الحمضية؟

الذائبية هي أكبر كمية من المذاب يمكن أن تذاب في كمية معلومة من المذيب لتكوين محلول ثابت.وقد لوحظ ان الضغط ليس له تأثير يذكرعلى ذائبية المواد الصلبة أو المحاليل السائلة في المذيبات السائلة , إنما يكون تأثيره واضحا في ذائبية الغازات في المحاليل. من الظواهر التي تثبت ما ذكرناه هو الفوران الحادث في قنينة المشروب الغازي عند فتحها. فالصودا تصنع من إذابة غاز ثاني اكسيد الكربون في الماء تحت ضغط عالي, وعند فتح القنينة سيقل الضغط الواقع على المحلول. فيبدأ غاز ثاني أكسيد الكربون الذائب والمضغوط بالانطلاق محدث هذا الفوران.
إذن .. نستخلص من ذلك أن ذائبية غاز ثاني أكسيد الكربون في الماء تعتمد طرديا على الضغط عند ثبات درجة الحرارة وهذا ببساطة يمثل قانون هنري.

بشكل عام , تؤثر الحرارة على ذائبية الغازات في المحاليل بشكل مختلف عنها في ذائبية المواد الصلبة في المحاليل, حيث أن ذائبية الغازات تقل بارتفاع درجة حرارة المحلول. مع بعض الاستثناءات , فإن ذائبية المواد الصلبة في السوائل تزداد بزيادة درجة حرارة المحلول. في بعض الحالات تكون الزيادة كبيرة جدا فمثلا، ذائبية نترات البوتاسيوم KNO3عند 25°C = 31 غم /100 غم ماء , وتصبح ذائبيته 83 غم/100 غم ماء عند 50°C. في الجانب الآخر, فهناك بعض المواد مثل ملح الطعام يظهر تغير طفيف في الذائبية مع تغير درجة الحرارة. ومثل هذه التغييرات في الذائبية عادة ما تكون مهمة لغايات تحضير وفصل وتنقية المواد بعملية
تسمى التبلور.
المواد المتبلورة تحتوي تركيبا منتظما لذراته أو أيوناته أو جزيئاته في حالته الصلبة. والقوى التي تجعل البلورة متماسكة تكوّن قوى كهروستاتيكية طبيعية. وحتى تذوب البلورات الأيونية في الماء , يجب أن تكون هناك الطاقة الكافية لجزيئات الماء لأن تحجز وتفصل الأيونات عن بعضها البعض . فقوى التجاذب الكهروستاتيكية الأيونية ( بين الشحنات الموجبة والسالبة ) في المحاليل أقل منها في الحالة الصلبة بسبب جزيئات المذيب, لذا فإن الأيونات تتحرك ولكن بقيد في المحاليل.
بشكل عام, فإن تعتبر خاصية الذوبان في المواد الأيونية مقياس معتمد للقوى الكهروستاتيكية الأيونية التي تربط البلورة معا وتجعلها متماسكة.
السوائل النقية لديها عدد من الخصائص الفيزيائية المميزة لها ( درجة انصهار, ضغط بخاري عند درجة حرارة محددة .. الخ ). والمحاليل أيضا لديها نفس هذه الخصائص ولكن بقيّم مختلفة بسبب وجود المذاب. كما وأن , التغير الملاحظ على هذه الخصائص تعتمد فقط على عدد مولات جسيمات المذاب. وهذه الخصائص تسمى
خصائص colligative.
وهي الخصائص التي تعتمد على عدد الجزيئات في حجم معين من المذيب وليس على الخصائص (مثل حجم أو كتلة) من الجزيئات, ومنها نتنبأ بالتغيرات التي ستحدث إذا ما تم إضافة المذاب على كل من درجة الانصهار ودرجة الغليان والضغط البخاري والضغط الاسموزي.
إن درجة غليان المحاليل أكبر من درجة غليان المذيب النقي ,كما وأن درجة انصهار المحاليل أقل من درجة انصهار المذيب النقي . وهذه الزيادة في درجة غليان المحلول والنقصان في درجة انصهاره سيعتمد على عدد دقائق المذاب في المحلول. وكلما زادت عدد دقائق المذاب ( التركيز مثلا ) كلما ارتفعت درجة الغليان وانخفضت درجة الانصهار. وتطبيق عام لهذه الحقيقة , هي مركبات مضادات التجمد. التي عادة ما تكون سوائل عضوية تخلط مع الماء فتنخفض درجة انصهار الماء ولا يتجمد عند درجات حرارة تحت الصفر وبهذا يتحقق الغرض.
جميع المحاليل تتصف بوجود ضغط بخاري, قيمته تعتمد على درجة حرارة السائل. فمثلا, الماء يغلي عند 100°C, وهذا يعني أن الضغط البخاري للماء يساوي الضغط الجوي الذي عندها سمح لفقاعات بخار الماء الغازية لتتكون وتخرج من الحالة السائلة. في كل الظروف, يكون الضغط البخاري للمحاليل ( عند أي درجة حرارة ) أقل منه للمذيب النقي. لذا, يتوقف غليان الماء أثناء إضافة الملح, لأن المحلول الملحي لديه ضغط بخاري أقل من الماء النقي. فالمحلول المحلي سوف يبدأ في الغليان حينما تزداد درجة حرارة المحلول محدثة زيادة كافية في الضغط البخاري لتشكيل مرة أخرى الفقاعات الغازية. لاحظ أنه في هذا المثال فإن درجة غليان الماء ستزداد مع إضافة الملح. وهذا يعني أنه كلما زادت درجة غليان المحاليل قل الضغط البخاري لها , فالعلاقة عكسية.
خصائص المحاليل هذه لها علاقة أيضا بالضغط الأسموزي.
الضغط الأسموزي هي الخاصية الغير معروفة من خصائص colligative, إنما الأكثر أهمية وتأثيرا. لاحظ العلماء أن أغشية الحيوانات منفذه منتقاه للجزيئات المختلفة. ومنذ تلك اللحظة تم اكتشاف العديد من الأغشية الشبه منفذه , مثل الكلية والأمعاء وبطانة قشرة البيضة وأنسجة بعض الخضروات. الأغشية شبه المنفذة تعرّف بأنها المادة التي تسمح بمرور جزيئات من نوع واحد وتمنع مرور الأنواع الأخرى من الجزيئات أو أنها هي المادة التي تسمح بمرور المذيبات بمعدلات مختلفة. الأغشية عادة ما تسمح بمرور جزيئات المذيبات وتمنع مرور جزيئات المذاب وهذه في عالم الأدوية والأحياء تسمى الظاهرة الأسموزية والتي لها الأهمية في ايجاد علاقات ارتباط بين المساحات. فالعديد من الأغشية في الحيوانات والنباتان شبه منفذه , حيث تلعب هنا العملية الاسموزية دورا كبيرا في نقل المواد عبر جدر الخلايات في العمليات الحيوية . كما وأن الاسموزية مسؤولة تكوين البذور وانتقال العصارات في الأوعية النباتية إلى الأفرع وأوراق الشجر. والمبدأ الذي يقوم عليه حفظ الطعام بالتسكير أو التمليح يعتمد أيضا على الأسموزية.

العوامل المؤثرة على الذائبية :

الحرارة :


في الحالات التي يتم فيها امتصاص طاقة عند إذابة المواد في مذيب محدد, يكون التفاعل ماص للطاقة. هنا يسبب ارتفاع درجة حرارة المحلول زيادة في ذائبية المواد في المذيب. ولكن إن كانت عملية الذوبان طاردة للطاقة, فإن زيادة درجة الحرارة ستقلل من الذائبية.
بشكل عام ترتفع الذائبية بارتفاع درجات الحرارة. وهذه الحالة في معظم المحاليل بالرغم من أنها مغايرة مع الغازات . فذائبية الغازات تقل بارتفاع درجات الحرارة .


القطبية :

في معظم الأحوال تذوب المواد القطبية في المذيبات القطبية ولا تذوب في المذيبات الغير قطبية بقاعدة " الشبيه يذيب الشبيه" . وهكذا فالمواد الغير قطبية لا تذوب في الماء إنما تذوب في المذيبات الغير قطبية.

الضغط:

لا يؤثر تغيير الضغط على ذائبية كل من المواد الصلبة والسائلة إنما يؤثر على ذائبية الغازات على أساس قانون هنري. وينص قانون هنري أن ذائبية الغازات تتناسب طرديا مع ضغط الغاز. ويمكن التعبير عنه رياضيا بالعلاقة : p = kc
حيث أن k هو ثابت التناسب لكل غاز ( ثابت هنري ) وp هو ضغط الغاز وc هي درجة الحرارة
فزيادة الضغط على الغازات تسبب تداخل كبير ما بين الغازات والمذيب فتزداد الذائبية .
وكتطبيق عملي على هذه العلاقة هو ما نراه من فقاعات غازية متصاعدة من المشروبات الغازية عند فتحها لأننا نكون قد قللنا الضغط داخل القنينة , فتسببت بتقليل ذائبية الغازات فيها , فتخرج على هيئة فقاعات غازية.


حجم الحبيبات

كلما زاد حجم الحبيبات كلما كان من الصعوبة على جزيئات المذيب أن يحيط بالجزيئات الكبيرة. وبالتالي " فإن كانت درجة الحرارة والضغط واحدة لمحلولين له نفس القطبية , فإن المحلول الذي يكون فيه حجم حبيبات المذاب أقل هو الأكثر ذائبية مما لو كانت الجزيئات أكبر "

التحريك تزيد من سرعة الاذابة:

التحريك لا أثر له على ذائبية المواد, ولكن معظمنا يعلم أننا إذا وضعنا السكر في الشاي ولم نقوم بالتحريك فإنه لن يذوب. ولكن لو تركنا فنجان الشاي لمدة معينة فإن السكر سيذوب. فعملية التحريك فقط تعمل على تسريع عملية الذوبان.


التجارب المتعلقة بهذا الموضوع في برنامج التمساح .. كما ونرحب بالاطلاع على تصميم تجارب مبتكرة قام بها كل من تدرب على البرنامج

- الذائبية ودرجة الحرارة
- ذوبان السكر
- ذوبان ثاني أكسيد الكربون



- فصل مكونات المخاليط

المقدمة


فصل مكونات المخاليط عملية مهمة يلجأ إليها الكيميائيون عند حاجتهم لبعض المواد التي توجد على شكل مخاليط لاجراء تجاربهم. وفيها يتم تحويل مخلوط من المواد إلى ناتجين أو أكثر من المواد المنفصلة. وقد تختلف المواد الناتجة بالخصائص الكيميائية أو في الخصائص الفيزيائية من حيث الحجم أو شكل البلورات .. إلخ
إن معظم العناصر أو المركبات - باستثناء القليل - توجد في الطبيعة في حالة غير نقية’ كمخلوط مع مواد أخرى. وكثيرا ما نحتاج لفصلها إلى مركباتها المفردة. التطبيقات العملية لفصل المخاليط مهمة جدا في مجال الهندسة الكيميائية. وكمثال عليها فصل مشتقات النفط الخام. فالنفط الخام عبارة عن خليط من المركبات الهيدروكربونية المختلفة وهو غالي الثمن ومطلوب بشدة ليتم فصله إلى مشتقاته من غاز طبيعي وجازولين وديزل وزيت السيارات والاسفلت.
عمليات الفصل تتضمن بشكل أساسي عملية انتقال الكتل. وتصنيفها يعتمد على وسائل الفصل إن كانت ميكانيكية أو كيميائية. وعادة ما يتم استحسان الطرق الميكانيكية لقلة تكاليف تطبيقها مقارنة بالطرق الكيميائية. والنظام الذي في النهاية لا يمكن تنقيته بالطرق الميكانيكية, تكون الطرق الكيميائية هي الحلول المتبقية.
المخاليط قد تكون بعدة حالات : صلب – صلب , صلب – سائل , صلب – غاز, سائل – سائل , سائل – غاز , غاز – غاز , صلب – سائل – غاز .. إلخ
اعتمادا على الحالة الطبيعية للمخلوط, يمكن استخدام طرق مختلفة من عمليات الفصل على نفس المخلوط. فقد يتم الجمع مابين عمليتين للحصول على درجة النقاوة المطلوبة من الفصل. كما ويمكن الجمع ما بين الطرق الميكانيكية والكيميائية لغايات التنقية. فمثلا في فصل مشتقات النفط فقد يلزم أن تعاد عملية التقطير على النواتج أكثر من مرة حتى يتم الحصول على الناتج النهائي النقي.


الامتزازAdsorption:

الامتزاز أو الادمصاص هو تراكم ذرات أو جزيئات على سطح المادة. وتخلق هذه العملية طبقة من الجزيئات أو الذرات التي تراكمت بكثافة على سطح الممتصات.
بعض المواد الصلبة تقيّد الغازات والمواد العضوية إلي سطحها, وتفصلهم عن مخاليطهم, ثم يتم ازالتها بغسلها بالمذيب المناسب ومثال على ذلك فحم الخشب, الذي يمتز العديد من الغازات والسوائل. لذا يتم استخدامه كمضاد عالمي للتسمم وبخاصة في تنقية الماء من الرصاص والنحاس والزئبق والكلور والهيبو كلويت والمواد العضوية. كما ويستخدم لامتزاز المخدرات من دم الشخص الذي تناول جرعة زائدة وجل السيليكا يمتص الرطوبة من الهواء .
وتعرف المادة التي تمتز على السطح بـ
الصنف الممتزAdsorbed phase
أما السطح الصلب الذي يحدث علية الامتزاز فيعرف بــ سطح الامتزاز Adsorbent
تعالج أنظمة الامتزاز المياه بإضافة مادة، مثل الكربون المنشط أو أكسيد الألومنيوم، إلى إمدادت المياه. وتجذب الممتزات (المواد النشطة سطحيا) الملوثات بعمليات كيماوية وفيزيائية تجعلها "تلتصق" بأسطحها للتخلص منها فيما بعد.
وحتى الآن، فإن أكثر الممتزات الشائعة الاستخدام هو الكربون المنشط - وهي مادة تشبه الفحم لكنها مسامية إلى حد كبير. وكثيرا ما يستخدم مسحوق الكربون المنشط عندما تنشأ مشاكل مؤقتة تتعلق بجودة المياه؛ فيمكن ببساطة إضافته إلى الماء والتخلص منه مع المخلفات الطينية. وكثيرا ما يتم ترتيب الكربون الحبيبي المنشط في القاع لتمر مياه المصدر ببطء أو ترشح من خلاله.


التكثيف :

تبريد البخار تجعل من المركبات التي لها درجة غليان عالية بأن تتكثف لسائل أولا
كمثال فصل البخار والهواء وفصل الأكسجين والنيتروجين من الهواء


الديلسه Dialysis

الأغشية شبه المنفذه وهي تلك التي تسمح بعض المركبات في المخاليط بالمرور عبرها, ولا تسمح للمركبات الأخر.
كيف تتعرف مثل هذه الأغشية على الجزيئات ؟؟
- بعض من هذه الأغشية تعمل كمنخل للجزيئات فتميّز ما بين الجزيئات الكبيرة والجزيئات الصغيرة.
- بعض من هذه الأغشية تذيب أحد المركبات بشكل أفضل من الأخر
- تنتقل المركبات بشكل تلقائي من منطقة التركيز الأعلى إلى الجانب الذي فيه التركيز الأقل ( وزيادة الضغط في جانب التركيز الأقل يمكن أن يوقف هذه العملية التلقائية أو قد تعكس العملية )





أحرزت تحلية مياه البحر باستخدام تقنية التناضح العكسي قبولا مطردا كطريقة اقتصادية معتمدة، وكأفضل نظام مكمل وبديل لتقنيات التحلية الحرارية (التبخير الوميضي متعدد المراحل والتبخير متعدد المؤثرات) وذلك بسبب:

1- تدني استهلاك الطاقة بالمقارنة مع اغلب نظم التقطير، وذلك نظرا لعدم وجود تغيير في الصورة الفيزيائية للماء .
2- تدني المساحة التي يشغلها بالمقارنة بنظم التحلية الأخرى.
3- انخفاض معدل حدوث الترسبات والتآكل فيه بالمقارنة بنظم التحلية الأخرى.
4- مدة انجاز مشاريع التناضح العكسي اقل مما هي الحال عليه بالنسبة لوحدات التقطير.
5- قلة تكلفة معظم مكونات النظام لكونها بلاستيكية الصنع.
6- سهولة تجميع وتشغيل وصيانة النظام وذلك لتكونه من وحدات قائمة بذاتها.


التدفق

استخدام أغشية مسامية لفصل الغازات الخفيفة عن الغازات الثقيلة.
ومعدل التدفق لجزيئات الغاز تعتمد على كتل جزيئاتها. فالجزيئات الثقيله في المخاليط تتحرك أبطأ بالمعدل من الجزيئات الخفيفة.
فيكون معدل تدفق الغازات الخفيفة أكبر من الغازات الثقيلة


فصل المواد الصلبة بالغسيل

مثال فصل الرمل والملح بغسله بالماء وإزالة البقع العضوية عن الملابس بغسله بمذيب قطبي ( التنظيف الجاف )

التحليل الكهربائي

يمكن الحصول على الفلز من خاماته في عملية الاستخلاص بالمحاليل المذابة عن طريق إضافة فلز آخر إلى المحلول الكيميائي المتكون، إلا أنه في بعض الأحيان يمكن استرجاع الفلز المذاب من محلول الإذابة الذي يطلق عليه المحلول الكيميائي، عن طريق التحليل بالكهرباء. ومن أمثلة استرجاع الفلز من المحلول الكيميائي بعملية التحليل بالكهرباء هو فلز النحاس الذي يُذاب من بعض خاماته باستخدام حمض الكبريتيك. وفي هذه الحالة يوضع المحلول الكيميائي الناتج عن الإذابة في خلية تحليل إلكتروليتي. وينساب التيار الكهربائي في خلية التحليل الإلكتروليتي من مصعد (قطب موجب) مصنوع من الرصاص خلال المحلول الكيميائي ليصل إلى مهبط (قطب سالب) من النحاس. وتكون جسيمات النحاس في المحلول موجبة الشحنة، ولهذا فإن هذه الجسيمات تنجذب إلى الأجسام المضادة لها في الشحنة، أي مهبط النحاس سالب الشحنة. ومن العناصر الأخرى التي تستخلص أو تسترجع بالتحليل بالكهرباء عُنصُرا الألومنيوم والمغنسيوم.

ويستخدم التحليل بالكهرباء أيضًا في تنقية الفلزات. ومن أشهر الأمثلة على ذلك ت
الرجوع الى أعلى الصفحة اذهب الى الأسفل
معاينة صفحة البيانات الشخصي للعضو
طارق حسين
المدير العام

المدير  العام
avatar

ذكر
عدد المساهمات : 386
نقاطي: : 3000
تاريخ التسجيل : 15/12/2010

مُساهمةموضوع: رد: طرق فصل المخاليط   الأحد مارس 27, 2011 1:27 pm

مشكور محمد على الموضوع الجميل والمطعم بالرسومات والمسائل يعطيك العافية


الكــيـمـيــاء فـنٌ وابـداع دائــم لخـيــر البــشـريـة (طــارق حـسـيـن)

الرجوع الى أعلى الصفحة اذهب الى الأسفل
معاينة صفحة البيانات الشخصي للعضو http://chemisttarek-hussein.3oloum.org
 
طرق فصل المخاليط
استعرض الموضوع السابق استعرض الموضوع التالي الرجوع الى أعلى الصفحة 
صفحة 1 من اصل 1

صلاحيات هذا المنتدى:لاتستطيع الرد على المواضيع في هذا المنتدى
منتدى الكيميائين المبدعين :: المنتديات الكيميائية :: كيمياء الصف الأول ثانوي(المنهج السعودي) :: الفصل الدراسي الأول-
انتقل الى: