دانلود تحقیق محلول

مقدمه: 

محلولها ، مخلوطهایی همگن هستند. محلولها را معمولا بر حسب حالت فیزیکی آنها طبقه بندی می‌کنند: محلولهای گازی ، محلولهای مایع و محلولهای جامد. بعضی از آلیاژها محلولهای جامدند؛ سکه‌های نقره‌ای محلولهایی از مس و نقره‌اند و برنج محلولی جامد از روی در مس است. هر آلیاژی محلول جامد نیست، بعضی از آلیاژها مخلوطهایی ناهمگن اند. محلولهای مایع متداولترین محلولها هستند و بیشترین کاربرد را در بررسیهای شیمیایی دارند. هوا هم مثالی برای محلولهای گازی می‌باشد.

ماهیت محلولها

در یک محلول ، معمولا جزئی که از لحاظ کمیت بیشترین مقدار را دارد، حلال و سایر اجزا را مواد حل شده (حل شونده) می‌گوییم. اما گاهی آسانتر آن است که جزئی از محلول را با آنکه مقدارش کم است، حلال بنامیم و گاهی اصولا اطلاق نام حلال و حل شونده به اجزای یک محلول (مثلا محلولهای گازی) چندان اهمیتی ندارد. بعضی از مواد به هر نسبت در یکدیگر حل می‌شوند.

امتزاج پذیری کامل از ویژگیهای اجزای تمام محلولهای گازی و بعضی از اجزای محلولهای مایع و جامد است. ولی غالبا، مقدار ماده ای که در حلال معینی حل می شود، محدود است. انحلال پذیری یک ماده در یک حلال مخصوص و در دمای معین، بیشترین مقداری از آن ماده است که در مقدار معینی از آن حلال حل می شود و یک سیستم پایدار به وجود می آورد.

غلظت محلول

برای یک محلول معین ، مقدار ماده حل شده در واحد حجم حلال یا در واحد حجم محلول را غلظت ماده حل شده می‌گوییم. مهمترین نوع غلظتها که در آزمایشگاه بکار می‌رود مولاریته و نرمالیته است. مولاریته عبارت است از تعداد مولهای یک ماده که در یک لیتر محلول وجود دارد. به همین دلیل آن را مول بر لیتر یا M/L می‌گیرند. نرمالیته یک محلول عبارتست از تعداد هم ارز گرمهای (اکی والان گرم های) ماده موجود در یک لیتر محلول. نرمالیته را با N نشان می‌دهند.

انواع محلولها

محلولهای رقیق

محلولهایی که غلظت ماده حل شده آنها نسبتا کم است.

محلولهای غلیظ

محلولهایی که غلظت نسبتا زیاد دارند.

محلول سیر شده

اگر مقدار ماده حل شده در یک محلول برابر با انحلال پذیری آن در حلال باشد، آن محلول را محلول سیر شده می‌نامیم. اگر به مقداری از یک حلال مایع ، مقدار زیادی ماده حل شونده (بیشتر از مقدار انحلال پذیری آن) بیفزاییم، بین ماده حل شده و حل شونده باقیمانده تعادل برقرار می‌شود. ماده حل شونده باقیمانده ممکن است جامد ، مایع یا گاز باشد. در تعادل چنین سیستمی ، سرعت انحلال ماده حل شونده برابر با سرعت خارج شدن ماده حل شده از محلول است. بنابراین در حالت تعادل ، غلظت ماده حل شده مقداری ثابت است.

محلول سیر نشده

غلظت ماده حل شده در یک محلول سیر نشده کمتر از غلظت آن در یک محلول سیر شده است.

محلول فراسیرشده

می‌توان از یک ماده حل شونده جامد ، محلول فراسیر شده تهیه کرد که در آن، غلظت ماده حل شده بیشتر از غلظت آن در محلول سیر شده است. این محلول ، حالتی نیم پایدار دارد و اگر مقدار بسیار کمی از ماده حل شونده خالص بدان افزوده شود، مقداری از ماده حل شده که بیش از مقدار لازم برای سیرشدن محلول در آن وجود دارد، رسوب می‌کند.

خواص فیزیکی محلولها

بعضی از خواص محلولها به دو عامل ، نوع ماده حل شده و غلظت آن در محلول بستگی دارند. این مطلب برای بسیاری خواص فیزیکی محلولها از جمله ، محلولهای آبی درست به نظر می‌رسد. برای مثال، محلول نمک طعام در آب بی رنگ پرمنگنات پتاسیم در آب، بنفش صورتی است (در اینجا نوع ماده حل شده مطرح است). افزون بر این ، می‌دانیم که هر چه بر محلول پرمنگنات آب بریزیم و آن را رقیقتر کنیم، از شدت رنگ آن کاسته می‌شود (اینجا غلظت محلول مطرح است).

یکی دیگر از خواص فیزیکی که به این دو عامل بستگی دارد، قابلیت هدایت الکتریکی محلول آبی مواد گوناگون است. چهار خاصه فیزیکی دیگر از محلولها وجود دارد که به نوع و ماهیت ذرات حل شده بستگی ندارد، بلکه فقط به مجموع این ذرات وابسته است. به عبارت دیگر ، تنها عامل موثر بر خواص محلول در اینجا ، غلظت است. چنین خواصی از محلول را معمولا "خواص جمعی محلولها" (خواص کولیگاتیو Colligative properties) می‌نامند و عبارتند از کاهش فشار بخار ، صعود نقطه جوش ، نزول نقطه انجماد و فشار اسمزی.

کاهش فشار بخار

وقتی یک حل شونده غیر فرار در یک حلال حل می‌شود، فشار بخار آن کاهش می‌یابد و مقدار کاهش به مقدار حل شونده بستگی دارد. هر چه میزان حل شونده بیشتر باشد، میزان کاهش در فشار بخار بیشتر است. برای مثال اگر دو ظرف را در نظر بگیریم که در آنها مقدار مساوی مایع وجود دارد که یکی محتوی مولکولهای آب خالص و دیگری محتوی محلول قند در آب است، بدیهی است که تعداد مولکولهای آب در واحد حجم از آب قند ، کمتر از آب خالص است. به همین نسبت ، تعداد مولکولهای آب در سطح آب قند ، نیز کمتر می‌باشد. بنابراین، نسبت مولکولهای پرانرژی آب که قادر به تبخیر از سطح آب قند هستند، کمتر می‌باشد و در نتیجه فشار بخار محلول کمتر می‌شود.

افزایش نقطه جوش

در اثر حل شدن مقداری حل شونده غیر فرار در یک حلال ، نقطه جوش آن افزایش می‌یابد. مقدار افزایش فقط به مقدار حل شونده بستگی دارد. برای مثال ، آب در شرایط متعارفی (دمای 25 درجه سانتیگراد و فشار بخار یک اتمسفر یا 760 میلی متر جیوه) در 100 درجه سانتیگراد می جوشد. اما اگر در آب، مقداری قند مثلا به غلظت یک مولال (یک مول در 1000 گرم آب) بریزیم، فشار بخار محلول آب قند به اندازه 14 میلی متر جیوه کاهش می‌یابد و در نتیجه محلول در 52/100درجه سانتیگراد می‌جوشد.

کاهش نقطه انجماد

وقتی یک حل شونده غیر فرار در یک حلال حل می‌شود، نقطه انجماد آن کاهش می‌یابد. بنابراین دمای انجماد محلولهای آبی همیشه کمتر از دمای انجماد آب خالص است. استفاده از این خاصیت در رادیاتور اتومبیل می‌باشد که برای جلوگیری از یخ زدن آب رادیاتور اتومبیل در زمستان ، به آن مقداری مایع به نام ضد یخ می‌افزایند. همچنین با اضافه کردن نمک (مانند کلرید سدیم) همراه با شن ریز روی آسفالت خیابانهای شهر ، هیدراته شدن یونهای نمکها مستلزم مصرف مقداری آب است که از ذوب شدن برف فراهم می گردد. بنابراین آب نمک غلیظی فراهم می‌شود که حتی در 20 درجه زیر صفر منجمد نمی‌شود.

فشار اسمزی

اگر در ظرف U شکلی ، حلال A از مخلوط حلال و حل شونده (B + A) به وسیله یک غشای نیمه تراوا ، جدا شود، چون فقط حلال از غشا عبور می‌کند، بعد از رسیدن به حالت تعادل ، ارتفاع مایع در قسمت (حاوی B + A) که حل شونده وجود دارد بالا می رود.
اگر به این ستون فشار وارد شود تا سطح مایع در دو طرف یکسان شود، این فشاراسمزی است که به علت حل شدن حل شونده غیر فرار در حلال ایجاد شده است.

به عکس فرآیند اسمز ، اسمز معکوس گویند که برای شیرین کردن آب استفاده می شود. همچنین برای تعیین جرم مولکولی پلیمرها ، پروتئینها و بطور کلی مولکولهای سنگین از فشار اسمزی استفاده می‌شود.

عنوان : ویژگی های محلول ها

ویژگى هاى محلول ها

1- محلول ها شفاف هستند و ماده‌ى حل شده در آنها قابل مشاهده نیست .

2- اگر مدتى محلول را در جایى ساکن قرار دهیم هیچ تغییرى در آن رخ نمى دهد و ذرات حل شده با گذشت زمان ته نشین نمى شوند پس محلول ها پایدار هستند .

3- محلول ها کاملاً همگن و تک فازى هستند یعنى خواص آن از یک نقطه به نقطه‌ى دیگر هیچ تفاوتى ندارد .

4- ذرات حل شونده از کاغذ صافى عبور کرده و آنها را بدین طریق نمى توان جدا سازى کرد .

5- نور را از خود عبور مى دهند اما آن را پخش نمى کنند یعنى هنگام عبور نور از آن مسیر نور مشخص نیست .

ویژگى کلوئید ها

کلوئید حداقل از دو فاز یکى فاز پراکنده شونده و دیگرى فاز پراکنده کننده تشکیل شده است مثلاً در کلوئید نشاسته در آب ذره هاى نشاسته فاز پراکنده شونده و آب فاز پراکنده کننده است .

شباهت هاى محلول و کلوئید

1- هر دو شفاف هستند و نور را از خود عبور مى دهند .

2- هر دو پایدارند و ذرات موجود در آنها با گذشت زمان ته نشین نمى شوند .

3- محلول ها از کاغذ صافى عبور مى کنند و ذره هاى کلوئیدى نیز معمولاً مى توانند از کاغذ صافى عبور کنند .

تفاوت هاى محلول و کلوئید

1- ذره‌هاى یک محلول بسیار ریز بوده و به صورت یون ها یا مولکول‌هاى مواد حل شونده مى‌باشند اما ذره‌هاى کلوئیدى معمولاً به صورت مجموعه دور هم انباشته شده‌اند و 10 تا برابر بزرگ تر از انواع یون ها و مولکول هاى حل شونده در محلول هستند .

2- بر خلاف محلول ها کلوئیدها مسیر نور درون خود را مشخص مى کنند در واقع ذره هاى کلوئیدى نور را پخش مى کنند این پخش نور به وسیله ذره هاى کلوئیدى را اثر تیندال گویند.

3- در شرایط ویژه مثل سرد یا گرم کردن یا در مجاورت یک الکترولیت ذره هاى کلوئیدى به یکدیگر چسبیده و ته نشین مى شوند این فرآیند لخته شده نام دارد . در حالى که ذرات حل شونده در محلول تحت این شرایط ته نشین نمى شوند .

4- محلول ها کاملاً تک فازى و همگن هستند در حالى که کلوئیدها حداقل ازدو فازتشکیل شده اند .

ویژگى هاى امولسیون

هنگامى که دو مایع مخلوط نشدنى را باهم مخلوط کنیم به صورت دو لایه جدا از هم در مى‌آیند حال اگر مایع سومى به این دو مایع اضافه کرده و آنها را مخلوط کنیم مایع سوم مانع از دو فازى شدن دو مایع اول شده و آنها را در مجاور هم نگه مى دارد به مایع سوم عامل امولسیون کنند و مخلوط سه ماده را امولسیون گویند .

صابون و نقش امولسیون کنندگى آن

چرک لباس و پوست بدن از جنس چربى است که در آب حل نمى شود براى برداشتن بهتر چرک ها باید امولسیون پایدارى از چرک ها در آب ایجاد کرد این کار به کمک پاک کننده ها که صابون یکى از رایج ترین آنهاست انجام مى شود صابون نمک سدیم یا پتاسیم اسیدهاى چرب است اگر صابون نمک سدیم اسید چرب باشد صابون جامد و اگر نمک پتاسیم اسید چرب باشد صابون مایع است. جزء آنیونى صابون دو قسمت دارد یک قسمت زنجیر هیدروکربنى آب گریز است و سرنا قطبى صابون را تشکیل مى‌دهد این قسمت در حلال هاى ناقطبى حل مى‌شود. قسمت دیگر صابون سه قطبى و آب دوست آن است این قسمت مولکول در حلال‌هاى قطبى مانند آب حل مى‌شود.

اسید هاى چرب از جمله اسیدهاى آلى هستند که در روغن های گیاهى یا در چربى جانوران یافت مى شوند . این ترکیب ها داراى زنجیر هیدرو کربن سیر شده یا سیر نشده‌ى بزرگ با 4 تا 22 اتم کربن هستند . همان طور که مى دانید اسیدهاى آلى گروه عاملى کربوکسیل دارند .

در صابون ها معمولاً طول زنجیر هیدروکربنى 17 است یعنى 17 اتم کربن دارد .

پاک کننده هاى غیر صابونى

در این پاک کننده ها به جاى گروه کربوکسیل صابون گروههاى دیگرى از جمله گروه سولفونات ها به کار رفته است . سدیم دودسیل بنزن سولفونات نمونه اى از پاک کننده هاى غیر صابونى است . در این پاک کننده ها چربى به زنجیر آلکیل مى چسبد و گروه سولفونات که انتهاى باردار صابون را تشکیل مى دهد سبب حل شدن چربى ها در آب مى شود شکل زیر ساختار سدیم دودسیل بنزن سولفونات را نشان می‌دهد.

زنجیر هیدروکربنى پاک کننده‌ى هاى غیر صابونى معمولاً 12 کربن دارد .

برترى پاک کننده هاى غیر صابونى

آب سخت غلظت بالایى از یون دارد . وقتى صابون در این نوع آب وارد شود یون هاى جاذبه‌ى قوى با قسمت یونى صابون برقرار مى‌کنند و جایگزین یون‌هاى در آن مى شوند و صابون نا محلول تشکیل مى دهند .

در پاک کننده هاى غیر صابونى از گروه سولفونات به جاى گروه هیدروکسیل استفاده شده است . گروه سولفونات بر خلاف گروه کربوکسیل با یون هاى ترکیب هاى محلول مى دهد . به همین دلیل پاک کننده هاى غیر صابونى به خوبى در آب کف مى کنند .

حرکت براونى در کلوییدها

ذره هاى کلوییدى به طور پیوسته و نامنظم در حال تغییر مسیراند . این ذرات هنگامى که به هم مى رسند به دلیل بارهاى همنامى که در سطح ذرات وجود دارد در برخورد با یکدیگر تغییر مسیر مى دهند به این حرکت دائمى و نامنظم ذره هاى کلوییدى حرکت براونى مى گویند .

ویژگى هاى سوسپانسیون

1- سوسپانسیون مانند محلول و کلویید مخلوطى همگن نیست بلکه مخلوطى ناهمگن است که در آن مجموعه اى از ذرات جامد در حلال معلق اند .

2- اندازه‌ى ذرات در سوسپانسیون از اندازه‌ى ذرات در کلویید و محلول بزرگ تر است و با چشم دیده مى شود .

3- ذرات سوسپانسیون از کاغذ صافى عبور نمی کنند .

4- سوسپانسیون ها پایدار نیستند و ذرات تمایل به ته نشین شده دارند .

5- پخش نور در سوسپانسیون کاملاً محسوس است .

اندازه ذرات مخلوط هاى مختلف بر حسب متر