تجربة عملية توّضح كيفية تقلص محلول سائل

2011 تجارب علمية داخل المادة

غريس ودفورد

مؤسسة الكويت للتقدم العلمي

كيفية تقلص محلول سائل محلول سائل الكيمياء

– الأهداف

1.  صنع محلول من سائلين.

2.  معرفة الطريقة التي تختلف فيها المواد على المستوى الجزيئي.

 

– الأدوات التي تحتاجها

1- كوبان زجاجيان طويلان ومستقيمان

2– قلم حبر تخطيط سهل التنظيف

 

3- كوب قياس

4– كحول معقم (كحول الإيسوبروبيل)

 

5- أقلام حبر ذات رأس ليفي

6- ماء

 

– خطوات العمل

1- استخدم قلم حبر تخطيط سهل التنظيف لوضع علامة على السطح الخارجي للكوب الزجاجي، وذلك عند ثلث المسافة من قاعدة الكوب إلى قمته. املأ الكوب بالماء حتى يصل إلى أسفل العلامة التي حددتها بالقلم.

2- اسكب الماء من الكوب الأول في الكوب الثاني.

3- صب المزيد من الماء في الكوب الأول حتى يصل إلى أسفل العلامة، ثم كرر ما فعلته سابقاً بسكب هذا الماء في الكوب الثاني.

4- استخدم القلم لتحديد مستوى الماء، وذلك بوضع علامة على السطح الخارجي للكوب الثاني. هذا هو مقدار القياسين للماء من الكوب الأول. أفرغ الآن الكوب الثاني وتأكد من بقاء العلامة التي رسمتها عليه.

5- املأ من جديد الكوب بالماء وصولاً إلى أسفل العلامة، ثم أفرغ هذا الماء في الكوب الثاني كما فعلت سابقاً.

6- املأ الكوب الآن بكحول التعقيم حتى يصل إلى أسفل العلامة.

7- صب الكحول في الكوب الثاني (بوجود الماء فيه طبعاً).

8- لاحظ مستوى السائل في الكوب الثاني. هل المستوى فوق أو تحت العلامة من مجموع كوبي الماء؟ وكم تبلغ المسافة فوق أو تحت العلامة؟

 

قد يكون تكرار النشاط فكرة جيدة باستعمال أكواب قياس لكي تحصل على قياس أكثر دقة وتعرف مقدار تقلص المزيج بالضبط.

حاول استخدام سوائل أخرى غير كحول التعقيم. تستطيع مثلاً استخدام الخل أو كحول الميثانول أو التربنتين (زيت راتنجي) أو الزيت النباتي أو عصير البرتقال أو الحليب. بما أن بعض هذه المواد تعدّ من المركّبات الكيميائية الخطيرة، فينبغي وجود أحد الكبار معك أثناء قيامك بهذا النشاط.

هل تشغل جميع هذه الخلائط حيّزاً أقل من عناصرها منفصلة عن بعضها؟ هل تستطيع تخمين السبب؟

 

تحليل التجربة

بدا السائلان في هذا النشاط وكأنهما تقلصا بطريقة سحرية عند مزجك لهما لتصنع محلولاً.

من المؤكد طبعاً أنه لا يوجد أي شيء سحري في هذا الأمر. فقد كان الحجم الكلي للمحلول أقل من مجموع حجميي السائلين منفصلين لأن جزيئات المحلول أخذت أمكانها سوية بتراصّ أكبر.

تنجح هذه «الحيلة» فقط إذا كانت الجزيئات في كلا السائلين مختلفة الحجم لكي تستطيع الجزيئات الصغيرة أن تجد مكاناً لها داخل الفجوات بين الجزيئات الأكبر.

 

إن السوائل التي تتقلص إلى أدنى مستوى ممكن عند مزجها بالماء هي تلك السوائل التي تحوي الجزيئات الأكبر. تتألف جزيئات الماء من ذرّتي هيدروجين وذرّة أكسجين فقط، لذلك فهي جزيئات صغيرة جداً، وهذا ما يتيح لها أن تتغلغل بسهولة في الفجوات بين جزيئات السوائل الأخرى.

وكلما كانت جزيئات السائل الآخر أكبر توافر مكان أوسع لجزيئات الماء. ولعلك وجدت في نشاط المتابعة أن بعض السوائل جعلت المحلول يتقلص أكثر من غيرها من السوائل، وهذه السوائل هي التي تحوي الجزيئات الأكبر حجماً.

 

ولكنك على الأرجح قد وجدت أن التجربة لم تكن ناجحة دائماً، فلو مزجت الماء مع عصير البرتقال أو الخل، لوجدت أن المحلول الذي قمت بإعداده لم يتقلص أبداً. 

والسبب هو أن الماء يشكّل النسبة العظمى من هذه السوائل، لذلك كنت في الواقع تمزج الماء مع الماء. ولو استعملت الزيت لوجدت أنه يطفو على سطح الماء بدلاً من الامتزاج به، لذلك لم يتغير الحجم.

 

تسمى السوائل التي تمتزج مع بعضها «امتزاجية» (قابلة للامتزاج)، بينما تسمى السوائل التي لا تمتزج مع بعضها «غير امتزاجية» (غير قابلة للامتزاج).

لا تستطيع السوائل غير القابلة للامتزاج تكوين محلول، لكن يمكن مزجها بطرائق أخرى، فإذا قمت بهز ورجّ خليط من الزيت والماء لفترة طويلة، سيتفكك الزيت إلى آلاف القطيرات الصغيرة التي تصبح معلقة في الماء.

 

يُطلق على هذا المزيج مصطلح «مزيج معلّق». ولكن في النهاية ستطفو القطيرات على وجه الماء وتجتمع مع بعضها وتفصل المزيج المعلق إلى طبقات من الزيت والماء.

وتستطيع بعض الخلائط المعلّقة أن تبقى متمازجة مع بعضها بشكل دائم، ويُطلق عليها اسم «مستحلبات» أو «غروانيات» (شبه غروية). فالحليب، على سبيل المثال، هو مستحلب من قطيرات زيت في الماء.

 

والمايونيز أيضاً مستحلب مؤلف من زيت وحامض، كالخل أو الليمون، وصفار البيض.

يُطلق على صفار البيض، أو المحّ، اسم «مستحلِب» لأنه يحافظ على المزيج من الانفصال، كما أن بعض أنواع الطلاء أو الدهان تتكون من سوائل مختلفة ممزوجة مع بعضها ضمن قوام مستحلب.

 

يمتزج الماء وكحول التعقيم معاً بسهولة لأن جزيئات كل منهما تنجذب نحو الأخرى، وتستطيع مزج الماء والكحول في أي نسبة ويمتزجان معاً دائماً بشكل كامل.

يُطلق على السوائل التي تشكل المحاليل بسهولة «المذيبات». وتعدّ هذه المذيبات مفيدة جداً لإزالة جميع أنواع الأوساخ والشحوم لأنها تجعل المواد الأخرى تتفكك بسهولة.

 

ما العمل إذا لم يتوافر لديّ قلم تخطيط للكتابة أو الرسم على الزجاج؟

هناك طرائق كثيرة تستطيع بواسطتها تحديد مستوى الماء على الكوب. فاستخدام حلقة مطاطية حول الكوب يُعدّ طريقة جيدة لتحديد مستوى الماء، ولكن احذر انفلات حلقة المطاط من مكانها. وبإمكانك أيضاً استعمال شريط لاصق ملون أو لصاقات ورقية صغيرة أو قليلة من الألوان المائية.

 

نصائح للسلامة

يُعدّ كحول التعقيم مادة سامة، لذلك تجنّب شربه أو اقترابه من عينيك أو أنفك، لكن لمسه يُعدّ آمناً. اطلب من أحد الكبار الحضور كلما أردت استعمال هذا الكحول.

 

سيارات فائقة البرودة

يعتمد حجم الفجوات بين جزيئات السائل على مدى سخونة هذا السائل. وإذا قمت بتبريد السائل فإنه سيتقلص، وتستفيد سيارات السباق من هذا المبدأ.

فمن أجل إبقاء خزان الوقود في تلك السيارات أصغر ما يمكن، تستخدم هذه السيارات وقوداً بارداً جداً كي يشغل حيّزاً أقل داخل الخزان.

[KSAGRelatedArticles] [ASPDRelatedArticles]