الذائبية والعوامل المؤثرة عليها

تعريف الذائبية

• في الكيمياء الذائبية هي عبارة عن قدرة المادة الكيميائية سواء كانت صلبة أو سائلة أو غازية (حيث يشار إليها باسم المذاب) على الذوبان في مذيب (إذ يكون سائل عادة) وتشكيل المحلول، وتعتمد قابلية ذوبان المادة بشكل أساسي على نوع المذيب المستخدم بالإضافة إلى درجة الحرارة والضغط، كما وتقاس قابلية ذوبان مادة في مذيب معين بتركيز المحلول المشبع، ويعتبر المحلول مشبعًا عندما تصبح أي إضافة إضافية لا يغير من تركيز المحلول.

• من المحتمل أنك واجهت أسئلة متعلقة بقابلية الذوبان في حياتك اليومية، مثلا إن الشوكولاتة الساخنة أو خلطات المشروبات الجافة المنكهة التي لا تذوب بالتساوي في الماء ستكون أمثلة على الرواسب غير المرغوب فيها، الرواسب الكلسية أو رواسب الصابون هي عبارة عن رواسب تُترك عندما تتبخر المياه ذات المحتوى المعدني العالي وتدخل الكاتيونات المعدنية المذابة سابقًا إلى الكربونات أو أنيونات الصابون.

• من المهم جدا معرفة كيفية تفاعل المواد الكيميائية مع بعضها البعض في المحاليل المائية، حيث ستذوب بعض المركبات أو المواد المذابة بينما ينتج البعض الآخر راسبًا أو صلبًا ويتفاعل القليل مع الماء.

• تتراوح درجة الذائبية على نطاق واسع اعتمادًا على المواد من الذوبان اللانهائي (الامتزاج الكامل) مثل الإيثانول في الماء، إلى القابل للذوبان بشكل سيئ مثل كلوريد الفضة في الماء، وغالبًا ما يتم تطبيق مصطلح “غير قابلة للذوبان” على المركبات ضعيفة الذوبان، تحت بعض الظروف المعينة يكون من المحتمل تجاوز قابلية الذوبان في التوازن مما ينتج عنه محلول مفرط التشبع.

• الذائبية في الواقع لا تعتمد على حجم الجسيمات لأنه مع الوقت الكافي ستذوب حتى الجسيمات الكبيرة في النهاية.

العوامل المؤثرة في الذائبية

درجة حرارة

عادةً ما تعتمد قابلية ذائبية مادة مذابة معينة في مذيب معين على درجة الحرارة، إذ أنه بالنسبة للعديد من المواد الصلبة الذائبة في الماء السائل، تميل القابلية للذوبان إلى التوافق مع تزايد الارتفاع في درجة الحرارة، أي أنه مع أجراء عملية التسخين لجزيئات الماء فإنها ما يحدث للجزيئات أنها تهتز بسرعة أكبر وتكون أكثر قدرة على التفاعل مع المذاب وتفكيكه.

بالنسبة لقابلية ذائبية للمواد المختلفة مع تغير درجة الحرارة، فإن العلاقة طردية حيث تزداد القابلية للذائبية مع درجة الحرارة لمعظم المواد وعلى سبيل المثال سيذوب المزيد من السكر في الماء الساخن أكثر من الماء البارد، لكن تظهر قابلية ذائبية الغازات علاقة عكسية مع درجة الحرارة، حيث أنه مع ارتفاع درجة الحرارة تميل قابلية ذائبية الغاز إلى الانخفاض.

الضغط

أما بالنسبة لعامل الضغط فإن له تأثير ضئيل على قابلية الذائبية في المواد الصلبة والسائلة، ولكنه يمتلك تأثير كبير على المواد الغازية، وهذا واضح للغاية في كل مرة تفتح فيها علبة صودا يرجع صوت الهسهسة من العلبة إلى حقيقة أن محتوياتها تكون تحت الضغط مما يضمن بقاء الصودا مكربنة (أي أن ثاني أكسيد الكربون يظل مذابًا في المحلول)، والخلاصة من ذلك أن قابلية الذائبية للغازات تميل إلى الارتباط بزيادة الضغط.

القطبية

هناك قول شائع يستخدم للتنبؤ بقابلية الذائبية وهو “الشبيه يذيب الشبيه”، حيث يشير هذا إلى أن المذاب سوف يذوب بشكل أفضل في مذيب له بنية كيميائية مماثلة، إذ تعتمد قدرة المذيب على إذابة المركبات المختلفة بشكل أساسي على قطبيته.

مادة مذابة قطبية مثل السكر تكون شديدة الذوبان في الماء لأنه مركب قطبي أيضا بينما تكون أقل قابلية للذوبان في الميثانول القطبي المعتدل وغير قابلة للذوبان عمليًا في المذيبات غير القطبية مثل البنزين، وعلى النقيض من ذلك فإن المذاب غير القطبي مثل النفثلين غير قابل للذوبان في الماء ولكنه قابل للذوبان بشكل معتدل في الميثانول وقابل للذوبان بدرجة عالية في البنزين وهكذا لبقية المركبات إذ يلعب التركيب الكيميائي للمركب دورا كبيرا ومهما في الذائبية.

مخطط الذائبية

يوضح مخطط الذوبان قابلية ذوبان العديد من الأملاح المختلفة، بالنسبة لأملاح الفلزات القلوية (والأمونيوم) وكذلك أملاح النترات والأسيتات قابلة للذوبان دائمًا، بينما غالبًا ما تكون الكربونات والهيدروكسيدات والكبريتات والفوسفات وأملاح المعادن الثقيلة غير قابلة للذوبان.

القابلية للذوبان وهي الدرجة التي تذوب بها مادة ما في مذيب لصنع محلول (يُعبر عنها عادةً بجرام من المذاب لكل لتر من المذيب)، وقد تكون قابلية ذوبان أحد السوائل (سائل أو غاز) في سائل آخر كاملة (قابلة للامتزاج تمامًا مثل الميثانول والماء) أو جزئية (يذوب الزيت والماء قليلاً فقط)، وبشكل عام الهيدروكربونات العطرية تذوب في بعضها البعض ولكن ليس في الماء.

تعتمد بعض الطرق الخاصة بعمليات الفصل مثل الامتصاص والاستخراج على طبيعة الاختلافات في القدرة على الذائبية، والتي يتم التعبير عنها بما يعرف بمعامل التوزيع والذي هو عبارة عن نسبة ذائبية المادة في مذيبين.

قواعد الذائبية

أولا ما هي الأيونات القابلة للذوبان؟ المعادن القلوية وهي المجموعة الأولى من العناصر مثل +Na و +K وغيرها، أيون الأمونيوم +NH4، النترات والأسيتات والكلورات والبيركلورات على التوالي -NO3 و -C2H3O2 و -ClO3 و -ClO4، المركبات ثنائية من الهالوجينات (كلوريد و بروميد ويوديد وغيرها) مع المعادن -Cl- ، Br- ، I، ما عدا فلوريد الفضة والرصاص والزئبق – F و +Ag و +Pb2 و +Hg2، هاليدات الرصاص قتكون ابلة للذوبان في الماء الساخن، كل الكبريتات -SO42 ما عدا الباريوم والسترونشيوم والكالسيوم والرصاص والفضة والزئبق على التوالي +Ba2 و +Sr2 و +Ca2 و +Pb2 و +Ag و +Hg2.

ثانيا ما هي الأيونات القابلة للذوبان بشكل طفيف؟ كبريتات الرصاص والفضة والزئبق – SO42 مع +Pb2 و +Ag و +Hg2، وتكون كبريتات الرصاص ضعيفة الذوبان، هيدروكسيدات معادن الأرض القلوية (المجموعة الثانية) OH- مع +Ca2 و +Sr2، إلخ، ما عدا الباريوم +Ba2.

ثالثا ما هي الأيونات غير القابلة للذوبان؟ الكبريتيدات -S2 ما عدا الكالسيوم والباريوم والسترونشيوم والمغنيسيوم والصوديوم والبوتاسيوم والأمونيوم +Ca2 و +Ba2 و +Sr2 و +Mg2 و +Na و +K و +NH4، الهيدروكسيدات OH- ما عدا الفلزات القلوية (المجموعة الأولى) والأمونيوم و +Al3، الكربونات والأكسالات والكرومات والفوسفات -CO3^2 و -C2O4^2 و -CrO4^2 و -PO4^3 ما عدا المعادن القلوية (المجموعة الأولى) والأمونيوم وفوسفات الليثيوم ضعيف الذوبان.

كيفية استخدام قواعد الذائبية

• حدد المركب الذي تريد التحقق من قابلية الذائبية له قد يكون من المفيد كتابة الصيغة التجريبية حتى تتمكن من تحديد الأيونات التي يتكون منها المركب.

• ابحث عن كل أيون في قواعد الذائبية، وتحقق للتأكد من أنك لاحظت أي استثناءات.

• قواعد الذائبية ليست شاملة، وقد تحتاج إلى الرجوع إلى الجدول الدوري إذا كنت تبحث عن مركبات أقل شيوعًا.

• قامت منظمة  (USP) وهي منظمة غير ربحية ملتزمة بوضع معايير للأدوية والمكونات الغذائية ومنتجات المكملات الغذائية والمكونات بوضع التعريفات أدناه، حيث يتم استخدام هذه التعريفات من قبل مؤسسات دستور الأدوية الرئيسية الأخرى في جميع أنحاء العالم وغالبًا ما يتم إقرانها بقياسات دقيقة لاحتياجات التطبيق الأكثر دقة.