نمونه انواع محلول
سؤال
نمونه انواع محلول
برای هر کدام از محلول‌های حالت جامد و مایع و گاز، دو مثال بزنید.
جواب
مثال برای هر نوع محلول
حالت جامد:
- آلیاژ مس در طلا (جامد در جامد)
- آلیاژ فسفربرنز (جامد در جامد)
حالت مایع:
- گلاب در آب (مایع در مایع)
- آب نمک (جامد در مایع)
- نوشابه گازدار (گاز در مایع)
حالت گاز:
- هوا (گاز در گاز)
- اتمسفر مریخ (گاز در گاز)
نکته کلیدی
محلول‌ها فقط به جامد در مایع محدود نمی‌شوند؛ ترکیب حالت‌های مختلفِ جامد، مایع و گاز می‌تواند ۹ نوع محلول مختلف ایجاد کند که تغییر حالت فیزیکی و توزیع یکنواخت ذرات حل‌شونده، محلول‌ها را بسیار مهم و کاربردی کرده است.
بیشتر بدانیم
یک قدم فراتر از پاسخ کوتاه سؤال
محلول‌های همگن و انواع آنها
بسیاری از موادی که در زندگی روزمره با آنها سر و کار داریم، یک مادهٔ خالص نیستند؛ بلکه از مخلوط شدن چند ماده با یکدیگر به وجود آمده‌اند. محلول یکی از مهم‌ترین انواع مخلوط‌هاست. در یک محلول، ذرات یک ماده در مادهٔ دیگری به‌طور یکنواخت پخش می‌شوند؛ به‌گونه‌ای که در همهٔ قسمت‌های آن، ترکیب یکسانی داریم.
برای مثال، وقتی مقداری شکر را در آب می‌ریزیم و آن را هم می‌زنیم، دانه‌های شکر کم‌کم ناپدید می‌شوند. البته شکر از بین نرفته است؛ مولکول‌های شکر یعنی ساکاروز (C12H22O11) در میان مولکول‌های آب پخش شده‌اند. اگر از قسمت‌های مختلف این محلول نمونه برداریم، در همهٔ آنها آب و ساکاروز وجود دارد و ظاهر محلول نیز در همه‌جا یکسان است. به چنین مخلوطی محلول همگن می‌گوییم.
در محلول، ماده‌ای که در مادهٔ دیگر پخش می‌شود حل‌شونده و ماده‌ای که حل‌شونده در آن پخش می‌شود حلال نام دارد. در مثال شکر و آب، شکر حل‌شونده و آب حلال است.
البته محلول‌ها فقط «جامد در مایع» نیستند. حالت فیزیکی حل‌شونده و حلال می‌تواند جامد، مایع یا گاز باشد. بنابراین می‌توان محلول‌های همگن را بر اساس حالت فیزیکی این دو ماده دسته‌بندی کرد.
اگر برای هرکدام از حل‌شونده و حلال، سه حالت جامد، مایع و گاز را در نظر بگیریم، در مجموع ۹ حالت خواهیم داشت:
- جامد در جامد
- جامد در مایع
- جامد در گاز
- مایع در جامد
- مایع در مایع
- مایع در گاز
- گاز در جامد
- گاز در مایع
- گاز در گاز
چرا محلول‌سازی اهمیت دارد؟
محلول‌سازی فقط یک روش برای مخلوط کردن مواد نیست. وقتی یک ماده در مادهٔ دیگری پخش می‌شود، شکل توزیع ماده و گاهی ویژگی‌ها و کاربردهای آن تغییر می‌کند.
فرض کنید ماده‌ای جامد است و می‌خواهیم مقدار مشخصی از آن را به‌طور یکنواخت در یک محیط پخش کنیم. اگر آن را به همان شکل جامد استفاده کنیم، ممکن است فقط در یک قسمت جمع شود. اما اگر بتوانیم آن را در یک مایع حل کنیم، ماده در سراسر محلول پخش می‌شود و می‌توان از آن به شکل یکنواخت استفاده کرد.
شکر نمونهٔ ساده‌ای است. یک تکه یا دانهٔ شکر جامد را نمی‌توان به‌طور یکنواخت در تمام یک لیوان نوشیدنی پخش کرد؛ اما وقتی شکر در آب حل می‌شود، ساکاروز در سراسر نوشیدنی پخش می‌شود.
همین ایده در بسیاری از کاربردهای علمی و صنعتی دیده می‌شود. گاهی مادهٔ حل‌شونده جامد است اما پس از حل‌شدن، همراه با حلال به شکل یک مایع یکنواخت قابل استفاده است. گاهی یک گاز را در یک مایع حل می‌کنیم تا بتوانیم مقدار مشخصی از آن را در آن مایع داشته باشیم؛ مانند کربن‌دی‌اکسید محلول در آب نوشیدنی گازدار.
در آلیاژها نیز حل‌شدن یک ماده در یک مادهٔ جامد دیگر می‌تواند ویژگی‌های فلز را تغییر دهد. برای مثال، افزودن مقدار کمی کربن به آهن باعث تولید فولاد با استحکام و سختی بیشتر می‌شود. بنابراین محلول‌سازی و تشکیل آلیاژها می‌تواند برای ساخت موادی با ویژگی‌های مورد نیاز بسیار مهم باشد.
۱. جامد در جامد
در این نوع محلول، حل‌شونده جامد و حلال نیز جامد است. بسیاری از آلیاژهای فلزی نمونه‌هایی از این گروه هستند.
فولاد؛ مقدار کمی کربن در آهن
در فولاد، مقدار کمی کربن در آهن وجود دارد. کربن باعث افزایش سختی و استحکام آهن می‌شود. به همین دلیل فولاد در ساخت اسکلت ساختمان‌ها، پل‌ها، خودروها، ماشین‌آلات، ابزارها و بسیاری از وسایل فلزی کاربرد بسیار گسترده‌ای دارد.
این مثال نشان می‌دهد که حتی مقدار کمی از یک ماده می‌تواند ویژگی‌های مادهٔ اصلی را تغییر دهد.
روی در مس؛ برنج
وقتی روی در مس وارد شود، می‌توان آلیاژ برنج به دست آورد. برنج ویژگی‌هایی دارد که آن را برای ساخت شیرآلات، اتصالات، برخی ابزارها و قطعات مختلف مناسب می‌کند.
قلع در مس؛ برنز
برنز آلیاژی از مس و قلع است. برنز از گذشته در ساخت وسایل و ابزارهای مختلف استفاده شده و امروزه نیز در برخی قطعات، تجهیزات و وسایل تزئینی کاربرد دارد.
نقره در طلا
با افزودن فلزهایی مانند نقره به طلا می‌توان آلیاژهایی با ویژگی‌های متفاوت از طلای خالص تهیه کرد. چنین آلیاژهایی در ساخت زیورآلات کاربرد دارند.
مس در نیکل
آلیاژهای مس–نیکل نیز نمونه‌ای از این گروه هستند و به دلیل ویژگی‌هایی مانند مقاومت مناسب در برابر خوردگی، در برخی تجهیزات و کاربردهای صنعتی استفاده می‌شوند.
۲. جامد در مایع
این همان حالتی است که بیشتر از همه در زندگی روزمره با آن روبه‌رو می‌شویم. در اینجا حل‌شونده جامد و حلال مایع است.
شکر یا ساکاروز در آب
یکی از آشناترین مثال‌ها، حل‌شدن قند یا شکر (ساکاروز C12H22O11) در آب است. مولکول‌های ساکاروز در میان مولکول‌های آب پخش می‌شوند و یک محلول یکنواخت ایجاد می‌کنند.
از این ویژگی در تهیهٔ نوشیدنی‌ها، شربت‌ها، دسرها و بسیاری از مواد غذایی استفاده می‌شود.
نمک در آب
نمک نیز می‌تواند در آب حل شود. محلول‌های نمکی در آشپزی، صنایع غذایی و بسیاری از فرایندهای آزمایشگاهی و صنعتی کاربرد دارند.
ید در اتانول
ید یک جامد است و می‌تواند در اتانول حل شود. محلول‌های ید در اتانول در برخی کاربردهای ضدعفونی‌کننده استفاده شده‌اند.
سولفور در دی‌سولفید کربن
گوگرد (سولفور) می‌تواند در دی‌سولفید کربن حل شود. این مثال بیشتر یک نمونهٔ علمی برای نشان دادن جامد در مایع است. دی‌سولفید کربن ماده‌ای سمی و بسیار آتش‌گیر است.
مواد شویندهٔ جامد در آب
برخی مواد شوینده به صورت جامد عرضه می‌شوند و هنگام استفاده در آب حل یا پخش می‌شوند. این کار باعث می‌شود مواد فعال شوینده در آب توزیع شوند و بتوانند به جدا شدن چربی و آلودگی از دست‌ها، لباس‌ها، ظروف و سطوح کمک کنند.
در اینجا محلول‌سازی یک مزیت عملی مهم دارد: مادهٔ جامد به محیط مایع منتقل شده و می‌تواند در سطح وسیع‌تری با آلودگی تماس پیدا کند.
۳. جامد در گاز
در این حالت، حل‌شونده در ابتدا جامد و حلال گاز است.
این حالت ممکن است در نگاه اول عجیب به نظر برسد. اگر ماده‌ای جامد باشد، چگونه می‌تواند در گاز پخش شود؟
برای درک این موضوع باید به تغییر حالت ماده توجه کنیم. یک مادهٔ جامد در شرایط مناسب می‌تواند بدون اینکه ابتدا به مایع تبدیل شود، مستقیماً به گاز تبدیل شود. به این تغییر حالت تصعید می‌گوییم.
بنابراین در نمونه‌هایی مانند ید یا نفتالین در نیتروژن، مادهٔ جامد ابتدا به حالت گازی درمی‌آید و سپس ذرات گازی آن در میان ذرات گاز حلال پخش می‌شوند.
پس در اینجا نام «جامد در گاز» به حالت اولیهٔ حل‌شونده اشاره دارد.
۴. مایع در جامد
در این حالت، حل‌شونده مایع و حلال جامد است.
یکی از نمونه‌های شناخته‌شده، تشکیل آمالگام‌ها با جیوه است.
جیوه و طلا؛ آمالگام طلا
جیوهٔ مایع می‌تواند با طلای جامد آمالگام تشکیل دهد.
این ویژگی در برخی روش‌های بازیابی طلا برای جمع کردن ذرات ریز و جامد طلا از مواد معدنی به کار رفته است. جیوه با ذرات طلا ترکیب می‌شود و آمالگام تشکیل می‌دهد؛ سپس با جدا کردن و حرارت دادن آمالگام، جیوه از آن خارج می‌شود و طلا باقی می‌ماند.
البته جیوه و بخار آن سمی هستند و این روش می‌تواند برای سلامت انسان و محیط زیست خطرناک باشد.
جیوه می‌تواند با فلزهایی مانند نقره، قلع و مس نیز آمالگام تشکیل دهد. به همین دلیل آمالگام‌های نقره، قلع و مس را نیز می‌توان به عنوان نمونه‌هایی از این گروه معرفی کرد.
۵. مایع در مایع
در این حالت، هم حل‌شونده و هم حلال مایع هستند.
اتانول در آب
اتانول می‌تواند در آب به‌طور یکنواخت پخش شود. این ویژگی در تهیهٔ محلول‌های الکلی، برخی مواد ضدعفونی‌کننده و محصولات دارویی و بهداشتی اهمیت دارد.
استون در آب
استون نیز می‌تواند با آب مخلوط شود و نمونه‌ای از مایع در مایع باشد. استون در آزمایشگاه‌ها و برخی فرایندهای صنعتی به عنوان حلال کاربرد دارد.
گلیسرول در آب
گلیسرول نیز می‌تواند در آب حل شود. ویژگی‌هایی مانند توانایی نگهداری آب باعث شده است که گلیسرول در برخی محصولات بهداشتی، دارویی و آرایشی استفاده شود.
تولوئن در بنزن
برای اینکه ببینیم حلال و حل‌شونده لازم نیست یکی از آنها آب باشد، می‌توان تولوئن در بنزن را مثال زد. هر دو ماده مایع هستند و یک مایع آلی می‌تواند در مایع آلی دیگری پخش شود.
۶. مایع در گاز
در این حالت، حل‌شونده در ابتدا مایع و حلال گاز است.
اینجا نیز باید به تغییر حالت ماده توجه کنیم. یک مایع می‌تواند تبخیر شود و مولکول‌های آن وارد حالت گازی شوند. سپس این مولکول‌ها در میان ذرات گاز حلال پخش می‌شوند.
برای مثال می‌توان اتانول، استون، بنزن یا تولوئن در نیتروژن را در نظر گرفت.
بنابراین مانند حالت «جامد در گاز»، در اینجا نیز مادهٔ حل‌شونده در نهایت به صورت گاز در محیط گازی حضور دارد؛ اما چون حالت اولیهٔ آن مایع بوده است، آن را «مایع در گاز» می‌نامیم.
این مفهوم در درک رفتار بخار مواد فرّار نیز اهمیت دارد.
۷. گاز در جامد
در این نوع، حل‌شونده گاز و حلال جامد است.
برخی گازها می‌توانند وارد ساختار بعضی جامدها شوند و در آنها پخش شوند.
هیدروژن در پالادیم
هیدروژن می‌تواند در ساختار پالادیم وارد شود. این ویژگی از نظر علمی و در برخی فناوری‌های مرتبط با هیدروژن اهمیت دارد.
نمونه‌های دیگری مانند هیدروژن در نیکل، نیتروژن در آهن و اکسیژن در پالادیم نیز قابل بررسی هستند.
اکسیژن در یخ
هنگام تشکیل یخ، گازهای موجود در آب می‌توانند به مقدار بسیار کمی در ساختار یخ باقی بمانند.
مقدار خیلی کمی اکسیژن در یخ به صورت محلول باقی می‌ماند.
این مثال نشان می‌دهد که حتی یک جامد مانند یخ نیز می‌تواند مقدار کمی از یک گاز را در خود داشته باشد.
۸. گاز در مایع
در این حالت، حل‌شونده گاز و حلال مایع است.
این نوع محلول نیز در طبیعت و زندگی روزمره بسیار مهم است.
دی اکسید کربن در آب
دی اکسید کربن می‌تواند در آب حل شود. از این ویژگی برای تهیهٔ آب نوشیدنی گازدار استفاده می‌شود.
در اینجا گاز دی اکسید کربن در مایع آب پخش شده است.
اکسیژن در آب
مقداری اکسیژن در آب حل می‌شود. این اکسیژن برای زندگی بسیاری از جانداران آبزی اهمیت دارد؛ زیرا ماهی‌ها و بسیاری از آبزیان از اکسیژن محلول در آب استفاده می‌کنند.
گازهای دیگر در مایعات
گازهایی مانند هیدروژن نیز می‌توانند تا اندازه‌ای در برخی مایعات حل شوند. همچنین اکسیژن در مایعاتی مانند اتانول و استون نیز قابلیت حل‌شدن دارد.
بنابراین گازها فقط در آب حل نمی‌شوند و نوع مایع نیز بر میزان حل‌شدن گاز تأثیر می‌گذارد.
۹. گاز در گاز
در این حالت، هم حل‌شونده و هم حلال گاز هستند.
گازها می‌توانند در یکدیگر پخش شوند و مخلوط‌های گازی یکنواخت ایجاد کنند.
- اکسیژن در نیتروژن
- آرگون در نیتروژن
- کربن‌دی‌اکسید در نیتروژن
- هلیم در نیتروژن
- متان در نیتروژن
نمونه‌های واقعی اطراف ما نیز فراوان‌اند. برای مثال، بخارات برخی مواد می‌توانند در هوای اطراف پخش شوند و مونوکسیدکربن حاصل از سوختن ناقص نیز می‌تواند در هوا پراکنده شود.
البته یک نکتهٔ مهم وجود دارد: هوا خودش مخلوطی از چند گاز است. بنابراین این نمونه‌های مربوط به هوا را برای نشان دادن مفهوم کلی گاز در گاز می‌توان مطرح کرد، اما در دسته‌بندی اصلی، برای حلال از یک گاز خالص مانند نیتروژن استفاده کردیم تا مفهوم «حلال» و «حل‌شونده» روشن‌تر باشد.
جمع‌بندی
پس محلول همگن فقط یک لیوان آب و شکر نیست. جامدها، مایع‌ها و گازها می‌توانند با یکدیگر محلول‌های همگن ایجاد کنند.
اگر حالت فیزیکی حل‌شونده و حلال را بررسی کنیم، سه حالت برای هرکدام داریم: جامد، مایع و گاز.
از ترکیب این حالت‌ها، ۹ حالت به دست می‌آید:
- جامد در جامد
- جامد در مایع
- جامد در گاز
- مایع در جامد
- مایع در مایع
- مایع در گاز
- گاز در جامد
- گاز در مایع
- گاز در گاز
این دسته‌بندی به ما کمک می‌کند محلول‌های مختلف را منظم‌تر بشناسیم و بفهمیم که حل‌شدن فقط به معنی ناپدید شدن یک جامد در آب نیست؛ بلکه گاهی یک گاز در مایع، یک مایع در گاز، یا حتی یک ماده در یک جامد پخش می‌شود.
از طرف دیگر، محلول‌سازی در بسیاری از کاربردهای علمی و روزمره اهمیت دارد: از تهیهٔ نوشیدنی‌ها و مواد غذایی گرفته تا ساخت آلیاژهای مقاوم، تولید مواد دارویی و بهداشتی، کاربردهای صنعتی و فناوری‌های مرتبط با گازها.
سؤالی درباره این مطلب دارید؟
پرسش‌های کاربران
مثال برای مایع در جامد و گاز در جامد
گاز در جامد
مثال معروف برای مایع در جامد، آمالگام‌ها هستند. مثل آمالگام جیوه در طلا که در دندانپزشکی (پر کردن دندان) کاربرد دارد.
برای گاز در جامد هم می‌توان از حل شدن گاز هیدروژن در فولاد که باعث تردی هیدروژنی می‌شوند نام برد.
گاز در جامد مثل هیدروژن در فولاد (که برای خواص فولاد مضر است)
به طور کلی، گاز هیدروژن به دلیل کوچک بودن اتم‌های هیدروژن، خیلی راحت می‌تواند در فلزات نفوذ کند و در آنها حل شود.
مثال دیگر، به دام افتادن اکسیژن در یخ است. وقتی که آب یخ می‌زند، بخش خیلی کمی از اکسیژنی که در آب حل شده است، در حالت جامد (یخ) هم داخل آب منجمد به صورت محلول باقی می‌ماند.