اثر دما و فشار بر انحلال پذيري مواد جامد

در اين مطلب مي خواهيم به ادامه عوامل مهم و موثر در انحلال يعني اثر دما و فشار بر انحلال پذيري مواد جامد، مايع و گاز بپردازيم.

 دما:

تغييرات دما حتما روي انحلال پذيري مواد جامد، مايع و گاز تأثير مي گذارد. البته اين اثرات فقط به طور محدود براي گازها و جامدات تعيين شده اند.

مواد جامد:

اثر دما روي مواد جامد، بسته به اين كه واكنش گرماگير است يا گرمازا، فرق مي كند. با استفاده از اصل لوشاتليه مي توانيم اثر دما روي هر دو واكنش را معين كنيم.

در يك واكنش گرماگير (كه گرما روي طرف واكنش دهنده هايي كه جامدند، اعمال مي شود)، افزايش دما تغييري روي طرف واكنش دهنده ها ايجاد مي كند؛ طبق اصل لوشاتليه براي تعادل دوباره، معادله به سمت طرف محصولات پيش مي رود. با اين كار، ماده جامد بيش تر  تجزيه مي شود و تعادل جديدي حاصل مي شود كه در آن انحلال پذيري جامد افزايش يافته است.

 در واكنش گرمازا (كه گرما به قسمت محصولات واكنش كه همان يون هاي تجزيه شده مواد جامد واكنش دهنده هستند، اعمال مي شود)، افزايش دما در قسمت محصولات، يك تغيير در حالت تعادلي واكنش ايجاد مي كند، طبق اصل لوشاتليه واكنش به سمت واكنش دهنده ها پيش مي رود. با اين جابجايي و تعادل جديد، مقدار كمي از مواد جامد واكنش دهنده تجزيه مي شوند و انحلال پذيري كاهش پيدا مي كند.

مايعات:

تغييرات دما، هيچ رفتار مشخصي روي انحلال پذيري مايعات ندارد. شايد هيچ گاه تركيب حلال – حل شونده اي كه هر دو به صورت مايع هستند، با مشكل مواجه نشود.

گازها:

در مورد مواد، نخست به ياد داشته باشد كه دما، مقياس و ميزاني از انرژي جنبشي متوسط ماده را نشان مي دهد. وقتي دما افزايش پيدا مي كند، حركت مولكول هاي گاز بيش تر شده و بنابراين احتمال اين كه ذرات گاز حل شده در مايع، به فاز گازي فرار كنند بيش تر مي شود و ذرات گاز موجود، كم تر حل مي شوند.

نمونه اي از تاثير دما بر انحلال پذيري گاز اكسيژن و دي اكسيد كربن

بنابراين افزايش دما به معناي انحلال پذيري كم تر و كاهش دما به معناي انحلال پذيري بيش تر براي گازهاست.

 طبق اصل لوشاتليه، اين رفتار گازها را بهتر مي توان فهميد. ابتدا دقت كنيد كه حل شدن گاز در مايع معمولا گرمازا است؛ بنابراين افزايش دماي اعمال شده به سمت محصولات اين واكنش، يك تغيير در سيستم به وجود مي آورد. پس سيستم به سمت واكنش دهنده ها پيش مي رود تا اين تغيير را كم تر كند. در نتيجه، غلظت تعادلي ذرات گاز در فاز گازي افزايش پيدا خواهد كرد و انحلال پذيري گاز، كم تر خواهد شد. برعكس اين حالت نيز براي كاهش دما در سمت محصولات براي گاز اتفاق مي افتد. يعني كاهش دما طبق اصل لوشاتليه باعث افزايش انحلال پذيري گاز مي شود.

فشار:

اثر فشار بر روي انحلال پذيري مواد جامد و مايع بسيار كوچك است؛ بنابراين از اثر فشار بر روي گازها صحبت خواهيم كرد:

در مورد گازها با تركيب اصل لوشاتليه و قانون هنري مي توان اثر فشار را روي انحلال پذيري آن ها بررسي كرد. قانون هنري بيان مي كند هنگامي كه دما ثابت است، انحلال پذيري گاز با فشار جزئي آن متناسب است:

 كه p فشار جزئي گاز موجود در بالاي مايع است، k_h ثابت هنري و c غلظت گاز در مايع است.

در دماي ثابت، از اين فرمول مي توان نتيجه گرفت؛ زماني كه فشار جزئي كاهش پيدا مي كند، غلظت گاز در مايع نيز كاهش پيدا خواهد كرد و اين به معناي كاهش انحلال پذيري نيز هست و برعكس.

سيستمي را در نظر بگيريد كه در آن مقداري گاز در مايع حل شده است. افزايش فشار باعث افزايش فشار جزئي (فشار وارد بر هر قسمت از اين تركيب) مي شود و گاز بيش تر متراكم مي شود. افزايش فشار جزئي به اين معناست كه ذرات گازي بيش تري وارد مايع مي شوند (گاز بالاي مايع در اين حالت، كم تر مي شود) و فشار جزئي نيز با اين تغيير، كاهش پيدا مي كند؛ يعني براي كم كردن اثر اين تغيير در افزايش فشار، واكنش خود را به گونه اي تغيير مي دهد كه انحلال پذيري بيش تر شود.

با افزايش فشار، انحلال پذيري مولكول هاي گاز بيش تر مي شود.

 اگر در همين حالت، فشار وارد بر سيستم را كاهش مي داديم، مولكول هاي گازي بيش تري از مايع فرار مي كردند و براي همين انحلال پذيري كم تر مي شد.

  براي فهم مطالب بالا بهتر است اين واكنش تعادلي را با هم بررسي كنيم:

 انحلال پذيري دي اكسيد كربن با تغييرات زير چه تغييري مي كند؟

  الف) دما افزايش پيدا كند.

ب) فشار و دما افزايش پيدا كنند.

ج) فشار، افزايش ولي دما كاهش پيدا كند.

د) فشار كاهش پيدا كند.

جواب:

الف) واكنش گرما زا است؛ بنابراين افزايش در دما به معناي كاهش انحلال پذيري است.

ب) افزايش در هر دو عامل فشار و دما در اين واكنش به معناي انحلال پذيري بيش تر است.

ج) با اطلاعات داده شده، نمي توان فهميد انحلال پذيري چه تغييري مي كند.

د) افزايش در فشار، باعث وارد شدن مولكول هاي گازي بيش تري به مايع مي شود تا فشار جزئي را كاهش دهد؛ بنابراين انحلال پذيري افزايش پيدا مي كند.