طالبة
الصيدلة, Menoufia University (Egypt)

هل تساءلت يومًا لماذا يذوب ملح الطعام أو كما يُعرف علميًا بكلوريد الصوديوم (NaCl) في الماء؟ وما هي الآلية التي يذوب بها؟ حسنًا! سأجيبك اليوم على هذا التساؤل بتعريف أحد الظواهر الكيميائية المشهورة التي يُطلق عليها التفكك الإلكتروليتي (electrolytic dissociation).

يعرف التفكك (dissociation) في الكيمياء على أنه انفصال المركب إلى مكونات أبسط لها القدرة على الاتحاد وإعادة التشكُّل مرة أخرى تحت ظروف مغايرة، وفي حالة التفكك الأيوني أو الإلكتروليتي فإن إضافة مذيب (solvent) أو طاقة حرارية يؤدي إلى انفصال مركبات أو بلورات المادة وتحوُّلها إلى أيونات (جسيمات ذات شحنة كهربائية).

تنتج معظم المواد القابلة للتفكك أيونات بواسطة المزج الكيميائي مع المذيب، ويعول على فكرة التفكك الأيوني تلك في تفسير خصائص المحاليل الإلكتروليتية مثل خاصية التوصيل الكهربائي.

لكن كيف تذوب المركبات الأيونية في الماء؟ 

ينجذب الماء والجزيئات القطبية الأخرى إلى الأيونات، ويسمى الجذب الكهروستاتيكي بين أيون وجزيء ثنائي القطب “جذب أيوني ثنائي القطب” (ion-dipole attraction)، يلعب هذا النوع من قوى الجذب الكهروستاتيكي دورًا مهمًا في إذابة المركبات الأيونية في الماء.

عندما يذوب كلوريد البوتاسيوم (KCl) في الماء، تحاط الأيونات بجزيئات الماء ويحدث ما يعرف بالإماهة (hydration)، فتنجذب جزيئات الماء القطبية من خلال الشحنات على أيونات البوتاسيوم الموجبة K والكلوريد السالبة Cl، ولا تظهر جزيئات الماء الواقعة أمام وخلف الأيونات.

عندما تذوب المركبات الأيونية في الماء، تنفصل الأيونات في المادة الصلبة وتنتشر بشكل موحد في جميع أنحاء المحلول؛ لأن جزيئات الماء تحيط بالأيونات وتفككها، مما يعمل على تقليل القوى الكهروستاتيكية القوية بينها، تمثل هذه العملية تغيُّرًا ماديًا يعرف باسم التفكك. في معظم الظروف، عندما تتفكك المركبات الأيونية بشكل كامل عند إذابتها، يتم تصنيفها على أنها إلكتروليتات قوية (strong electrolytes).

دعنا نفكر فيما يحدث على المستوى المجهري عندما نضيف كلوريد البوتاسيوم KCl الصلب إلى الماء. تعمل قوى “الأيون-ثنائي القطب” (ion-dipolar force) على إنشاء قوة جذب بين أيون الهيدروجين الموجب لجزيئات الماء القطبية مع أيونات الكلوريد السالبة على سطح المادة الصلبة.

وتنجذب أيونات الأكسجين السالبة مع أيونات البوتاسيوم الموجبة، تتخلل جزيئات الماء بين كل من أيونات البوتاسيوم الموجبة وأيونات الكلوريد السالبة وتحيطهما من جميع الاتجاهات، مما يقلل من قوى التجاذب القوية التي تربط الأيونات معًا وتتركها تتحرك في المحلول كأيونات مذابة.

التفكك الإلكتروليتي

يتيح تقليل الجذب الكهروستاتيكي الحركة الحرة المستقلة لكل أيون مميأ (hydrated ion) في محلول مخفف بالماء، مما يؤدي إلى إزدياد اضطراب النظام تزامنًا مع تغيُّر حركة الأيونات من مواضعها الثابتة والمرتبة في البلورة إلى الحالات المتنقلة وغير المنتظمة في المحلول، ينجم عن هذا الاضطراب المتزايد إذابة العديد من المركبات الأيونية، بما في ذلك كلوريد البوتاسيوم KCl، التي تذوب مع امتصاص الطاقة الحرارية.

يمكن استخدام نفس المنطق السابق لتفسير عملية التفكك الإلكتروليتي لكل المركبات القابلة للذوبان في الماء مثل كلوريد الصوديوم NaCl أو كلوريد البوتاسيوم KCl، لكن لماذا لا تذوب بعض المواد في الماء؟

في حالات أخرى، تكون قوى الجذب الكهروستاتيكية بين الأيونات في البلورة كبيرة جدًا بحيث يصعب التغلب عليها، أو تكون القوى الجذاب ثنائية القطب بين الأيونات وجزيئات الماء ضعيفة جدًا، بحيث لا يتسنى لحالة الاضطراب المتزايد تعويض الطاقة المطلوبة لفصل الأيونات، وهذا هو الحال بالنسبة لمركبات مثل كربونات الكالسيوم (الحجر الجيري)، فوسفات الكالسيوم (المكون غير العضوي للعظم)، وأكسيد الحديد (الصدأ).

أكمل القراءة

0

هل لديك إجابة على "ما معنى التفكك الإلكتروليتي"؟