الذوبان Solubility

عندما يذوب صلب أو سائل، فإن وحدات البناء – سواء كانت أيونات أم جزيئات – تتفصل بعضها عن بعض، وتحتل جزيئات المذيب الفراغ الكائن بينها. وكما في الانصهار أو الغليان، يجب تقديم الطاقة، في عملية الذوبان، للتغلب على القوى بين الأيونية أو القوى بين الجزيئية. من أين تأتي الطاقة الضرورية لذلك؟ تأتي الطاقة اللازمة لتحطيم الروابط بين جسيمات المذاب عن طريق تشكل روابط بين جسيمات المذاب وجزيئات المذيب؛ أي أن قوى التجاذب القديمة قد حلت محلها قوة جديدة. ما هي الآن، تلك القوى التي تكونت بين جزيئات المذيب وجسيمات المذاب؟

لندرس أولاً، حالة المذابات الأيونية.

يتطلب التغلب على قوى التجاذب الكهرساكن الشديدة القوة التي تثبت الشبكة البلورية كمية كبيرة من الطاقة. ويعد الماء ومذيبات أخرى عالية القطبية فقط، هي القادرة على إذابة المركبات الأيونية الى درجة محسوسة. ما نوع الروابط التي تتشكل بين الأيونات والمذيب القطبي؟ إن الجزيء القطبي بالتعريف ذو نهاية موجبة وأخرى سالبة. ينتج عن ذلك تجاذب كهرساكن بين الأيون الموجب والنهاية السالبة لجزيء المذيب، وبين أيون سالب والنهاية الموجبة لجزيء المذيب. تدعى هذه التجاذبات (روابط الأيون – ثنائي القطب الأيوني ino-dipole). تكون كل رابطة من روابط (أيون – ثنائي قطب) ضعيفة نسبياً، ولكنها عندما تتجمع تقدم طاقة كافية للتغلب على القوى الأيونية الداخلية في البلورة. وفي المحلول يحاط كل أيون يتجمع من جزيئات المذيب، وعليه يقال أن الأيون قد تحلل solvated. وإذا صادف إن كان المذيب هو الماء، يقال عندئذ، أنه قد تحمله bydated. ففي المحلول، كما في الحالة الصلبة أو السائلة، تكون وحدة المادة مثل كلوريد الصوديوم، هي الأيون، رغم أنها في مثل هذه الحالة، هي أيون متحلل (انظر الشكل 1.1).

ويجب أن يملك المذيب ثابت عزل كهربائي dielectric constant كبير كي يستطيع إذابة المركبات الأيونية، أي يجب أن يتمتع بخواص عازلة مرتفعة تستطيع تخفيض التجاذب بين الأيونات المتعاكسة الشحنة، بعد حلمهتها.

الشكل 1.1: التأثرات أيون – ثنائي قطب. كاتيون وأنيون محلحلان.

يعود تفرق الماء كمذيب للمركبات الأيونية ليس فقط الى قطبيته وارتفاع قيمة ثابت عزل الكهربائي، بل إلى عوامل أخرى أيضاً. فهو يحتوي على الزمرة (-OH) ولذلك يستطيع تشكيل الروابط الهيدروجينية. يحلحل الماء، الكاتيونات والأيونات: الكاتيونات، بسبب قطبها السالب (زوجاها الالكترونيان غير المشترك بهما). والأيونات، عبر الارتباط الهيدروجيني.

لنعود الآن الى انحلال المذابات غير الأيونية.

تتعين صفات القدرة على الإذابة، للمركبات غير الأيونية، بقطبيتها، بشكل رئيسي. تذوب المركبات غير القطبية أو الضعيفة القطبية، في مذيبات غير قطبية، أو ضعيفة القطبية؛ وتذوب المركبات عالية القطبية في المذيبات العالية القطبية. (الشبيه يذيب شبيهه)، إنها قاعدة مفيدة للغاية. فالميتان يذوب في رباعي كلوريد الكربون، لأن القوى التي تربط جزيئات بعضها مع بعض – قوى فان ديرفالس – تحل محلها قوى مشابهة جداً تربط جزيئات الميتان بجزيئات رابعي كلوريد الكربون.

لا يذوب الميتان ولا رباعي كلوريد الكربون، في الماء. لأن جزيئات الماء، العالية القطبية ترتبط بعضها ببعض، بقوة بوساطة التأثرات ثنائي القطب – ثنائي القطب، أي الروابط الهيدروجينية، وعليه لا نجد إلا قوى تجاذب ضعيفة جداً بين جزيئات الماء، من جهة، وجزيئات الميتان أو رباعي كلوريد الكربون، من جهة ثانية.

وعلى عكس ذلك، فإن المركب العضوي العالي القطبية، الميتانول CH₃OH، يذوب في الماء بشكل كامل؛ إذ تحل روابط هيدروجينية بين جزيئات الماء وجزيئات الميتانول، محل الروابط الهيدروجينية المماثلة التي كانت موجودة بين جزيئات الميتانول أو التي كانت موجودة بين جزيئات الماء.

إن فهم طبيعة المحاليل، أساسي في فهم الكيمياء العضوية. فأغلب التفاعلات العضوية تجري في المحاليل، وقد أصبح من الواضح جداً أن المحاليل لا يقتصر دورها على تقريب الجزيئات بعضها من بعض بحيث يمكنها أن تتفاعل، بل أن المذيب يشترك في التفاعل الذي يحدث، أما المقدار الذي يشترك في التفاعل، والطريقة التي يحدث وفقها هذا الاشتراك فلم تتبسر معرفتها إلا حديثاً.