Week 5 · 1-4 Properties of Aqueous Solutions: solution, solvent and solute, colligative properties (lower vapour pressure, higher boiling point, lower freezing point, osmosis and osmotic pressure); start of 1-5 Biological Importance of Water: water in cells, prokaryotes and eukaryotes, the four kingdoms · 3 lessons
1
المواد المذابة: ضغط البخار ودرجة الغليان
Integrated Science Sec 1 Term 1, Unit 1: pp. 28–32
الهدفأفسّر لماذا تخفض الجسيمات المذابة ضغط البخار وترفع درجة الغليان، وعلى ماذا تعتمد درجة الغليان.
كلمات جديدة
المحلول · مخلوط متجانس من مذيب (في الطبيعة غالبًا الماء) ومذاب واحد أو أكثرالخواص الجمعية · خواص للمحلول تعتمد على عدد الجسيمات المذابة وليس على نوع المذابضغط البخار · ضغط البخار فوق السائل عندما يتوازن التبخر والتكثفدرجة الغليان · درجة الحرارة التي يتساوى عندها ضغط بخار السائل مع الضغط الواقع فوقه
الشرح
ماء البحيرات والمحيطات ليس نقيًا أبدًا: فهو محلول فيه أملاح ومواد أخرى مذابة في المذيب (الماء). وبعض خواص المحلول يتوقف على عدد الجسيمات المذابة فيه فقط (والمذاب هنا لا يتبخر بسهولة) وليس على نوعها. وهذه هي الخواص الجمعية، وتشمل نقص ضغط البخار وزيادة درجة الغليان ونقص درجة التجمد، إضافة إلى الضغط الأسموزي. وفي دورق مغلق تغادر الجزيئات السائل وتعود إليه من البخار بمعدلين متساويين: وهذا هو الاتزان الديناميكي، فالأحداث مستمرة لكن الكميات ثابتة. ويحدث البخار حينئذ ضغط البخار. وتشغل الجسيمات المذابة جزءًا من السطح وتجذب جزيئات الماء، فتغادر جزيئات ماء أقل ويكون ضغط البخار أقل، بما يتناسب مع عدد الجسيمات. ويغلي السائل عندما يتساوى ضغط بخاره مع الضغط فوقه. فالماء النقي يغلي عند ١٠٠ °C تحت الضغط القياسي، وعند درجة أقل على الجبل، وعند درجة أعلى في قدر الضغط. وللمحلول ضغط بخار أقل، فيجب أن تكون حرارته أعلى كي يغلي: أي أن درجة غليانه أعلى من الماء النقي. والملح لا يجعل الماء يغلي أسرع؛ بل يرفع درجة الغليان قليلًا فقط.
جسيمات مذابة عند السطح→تغادر جزيئات ماء أقل→ضغط بخار أقل→يلزم رفع الحرارة أكثر ليغلي→درجة غليان أعلى
أمثلة محلولة
لماذا ما زالت جزيئات الماء «تتحرك» عند الاتزان؟ في الدورق المغلق يساوي عدد الجزيئات التي تغادر السائل كل ثانية عدد التي تعود من البخار، فتبقى كميتا السائل والبخار ثابتتين بينما تظل الجزيئات الفردية تتحرك.
الارتفاع
درجة الغليان تقريبًا
0 m
100 °C
1500 m
95 °C
3000 m
90 °C
نقدّر درجة الغليان على ارتفاع ١٥٠٠ m. قاعدة تقريبية (معلومة إضافية): تنخفض درجة غليان الماء نحو ١ °C لكل ٣٠٠ m. ١٥٠٠ ÷ ٣٠٠ = ٥، فيغلي الماء عند نحو ١٠٠ − ٥ = ٩٥ °C. وهي قاعدة تقريبية فقط. والسبب أن الضغط الجوي أقل فيصل إليه ضغط البخار أبكر.
أيهما أكبر أثرًا في ضغط البخار: ٠٫١ mol من السكر أم ٠٫١ mol من NaCl في كمية الماء نفسها؟ كل وحدة NaCl تعطي أيونين (Na⁺ وCl⁻)، فتعطي ٠٫١ mol جسيمات عددها ٠٫٢ mol، أي نحو ضعف عدد جسيمات السكر الذي لا ينقسم. فأثر NaCl أكبر.
نشاط الفصل
نقاط السطح، على الورق. ارسم سطحًا من ٢٠ نقطة (٥ × ٤) تمثل جزيئات الماء في أعلى السائل. ثم أعد رسمه مع استبدال ٦ نقاط بعلامات × تمثل جسيمات المذاب. عدّ نقاط الماء المتبقية عند السطح واحسب نسبتها: ١٤ من ٢٠. واكتب جملة عن معنى ذلك لعدد جزيئات الماء التي تستطيع الهرب ولضغط البخار.
تدرّب
1
عند أي درجة حرارة يغلي الماء النقي تحت الضغط الجوي القياسي؟
100 °C.
2
لماذا يغلي الماء عند درجة أقل على جبل مرتفع؟
الضغط الجوي على سطحه أقل، فيصل ضغط بخاره إليه عند درجة حرارة أقل.
3
أي المحلولين ضغط بخاره أقل: الذي فيه ٠٫٣ mol أم الذي فيه ٠٫١ mol من الجسيمات المذابة في الماء نفسه؟
الذي فيه ٠٫٣ mol، لأن الانخفاض يتناسب مع عدد الجسيمات.
4
صواب أم خطأ: الملح يجعل الماء يغلي أسرع. صحّحها إن كانت خطأ.
خطأ. الملح يرفع درجة الغليان قليلًا؛ ويحتاج الماء إلى حرارة أكثر قليلًا كي يغلي.
