المخاليط

2-3 المخاليط

Mixtures

الفكرة الرئيسية

توجد معظم المواد المألوفة على شكل مخاليط. المخلوط مزيج من مادتين نقيتين أو أكثر.

الربط مع الحياة

الصوت الذي تسمعه عندما تفتح علبة مشروب غازي هو صوت تسرب الغاز من العلبة. وربما لاحظت عند ترك العلبة مفتوحة أن معظم غاز ثاني أكسيد الكربون يتسرب منها، إلا أن المشروب يبقى حلوًا مهما تركت العلبة مفتوحة.

الأهداف

تقارن بين المخاليط والمواد النقية.
تصنف المخاليط إلى متجانسة وغير متجانسة.
تميز بين طرائق فصل المخاليط.

مراجعة المفردات

مادة كيميائية: مادة ذات تركيب منتظم وثابت. وتسمى أيضًا مادة نقية.

المفردات الجديدة

المخلوط.
المخلوط غير المتجانس.
المخلوط المتجانس.
المحاليل.
الترشيح.
الكروماتوجرافيا.
التقطير.
التبلور.
التسامي.

المخاليط

Mixtures

درست أن المادة النقية ذات تركيب منتظم وثابت. ماذا يحدث عند مزج مادتين نقيتين أو أكثر معًا؟ المخلوط مزيج مكون من مادتين نقيتين أو أكثر مع احتفاظ كل من هذه المواد بخواصها الأصلية. ويختلف تركيب المخاليط بحسب نسب مكوناتها. لذا يمكن تحضير عدد لا نهائي من المخاليط. ومما يجدر بالذكر أن معظم المواد في الطبيعة توجد في صورة مخاليط، فمن الصعب إبقاء أي مادة نقية تمامًا.

يبين الشكل 2-11 مخلوطين، ورغم أنك لا تستطيع أن تميز بين مكوني مخلوط الزئبق-الفضة في الشكل 2-11a، إلا أنك تستطيع فصلهما عن طريق التسخين، فيتبخر الزئبق أولًا، وبذلك تحصل على بخار الزئبق وحده، والفضة الصلبة وحدها.

وعند خلط الزيت والتوابل والخل معًا، كما في الشكل 2-11b، تمتزج هذه المواد لكنها لا تتفاعل، ويظل بإمكانك تمييز جميع المواد. وإذا بقي المخلوط من دون تحريك فترة كافية فإن الزيت يكون طبقة فوق الخل.

أنواع المخاليط

إن مزيجي المواد النقية في الشكل 2-11 مخلوطان. ورغم اختلاف الخواص المرئية للمخاليط إلا أنه يمكن تعريفها بعدة طرائق، وتصنيفها إلى متجانسة وغير متجانسة.

الشكل 2-11

هناك أنواع مختلفة من المخاليط.

a. من غير الممكن رؤية المكونات المختلفة لبعض المخاليط كهذه الحشوة المكونة من مخلوط فضة-زئبق.
b. يمكن رؤية مكونات بعض المخاليط الأخرى كمطيب السلطة.

#

المخلوط غير المتجانس

مخلوط لا تمتزج فيه المواد، بل تبقى المواد فيه متمايزًا بعضها من بعض، وتركيبه غير منتظم؛ لأن المواد فيه لم تمتزج تمامًا وظلت متمايزة. ومن ذلك سلطة الخضار، وعصير البرتقال الطبيعي الذي يتكون من مزيج غير متجانس من العصير واللب، وفي العادة يطفو اللب على سطح العصير. ولذا يمكن القول إن وجود مادتين أو أكثر معًا بشكل متمايز يشير إلى مخلوط غير متجانس.

المخلوط المتجانس

مخلوط له تركيب ثابت، وتمتزج مكوناته بانتظام، فإذا أخذت قطعتين من ملغم الفضة والزئبق «سبيكة معدنية»، فستجد أن تركيبها هو نفسه مهما اختلف حجم القطعة.

ماذا قرأت؟

قارن بين المخاليط المتجانسة وغير المتجانسة، وأعط أمثلة عليها.

يطلق على المخاليط المتجانسة أيضًا اسم المحاليل. وأكثر المحاليل المألوفة هي المحاليل السائلة، كالشاي والعصائر. لكن المحاليل قد تكون صلبة أو سائلة أو غازية؛ فهي قد تكون مخلوطًا من مادة صلبة مع غاز، أو مادة صلبة مع سائل، أو غاز مع سائل، وهكذا. ويبين الجدول 2-3 قائمة بأنواع مختلفة من المحاليل وأمثلة عليها، كما أننا نجد مثالًا على كل نوع في الشكل 2-12.

المحلول الصلب المعروف بالفولاذ يسمى «سبيكة». والسبيكة مخلوط متجانس من الفلزات، أو من فلز ولا فلز، يكون فيه الفلز هو المكون الأساسي. الفولاذ مثلًا مخلوط من فلز الحديد ولا فلز الكربون. وإن وجود ذرات الكربون في المخلوط يزيد من صلابة الفلز. وتقوم المصانع بمزج أنواع مختلفة من الفلزات في سبائك للوصول إلى مواد أكثر قوة ومقاومة، فالجواهر كثيرًا ما تصنع من سبائك، ومنها البرونز والذهب الأبيض.

المفردات: مفردات أكاديمية

خليط.
جاءت من الكلمة اللاتينية misceo وتعني mix أي يخلط.

مهنة في الكيمياء

عالم الكيمياء هو عالم يحضر مواد جديدة ويحلل خواصها. وقد يعمل في مختبر وطني، أو في الصناعة، أو في الجانب الأكاديمي. قام علماء «ناسا» مثلًا بتطوير سبائك من الألومنيوم والسيليكون يمكن استعمالها في صناعة محركات وآلات قوية وخفيفة.

الشكل 2-12

كل أنواع المحاليل ممثلة في هذه الصورة.

الجدول 2-3: أنواع المحاليل

| المحلول | مثال |
| ----------- | --------------------------------------------------------------------- |
| غاز - غاز | الهواء في أسطوانة الغواص مزيج من غازات النيتروجين والأكسجين والأرجون. |
| غاز - سائل | الأكسجين وثاني أكسيد الكربون الذائبان في ماء البحر. |
| سائل - غاز | الهواء الرطب الذي يتنفسه الغواص يحوي قطرات ماء. |
| سائل - سائل | عندما تقطر يمتزج ماء المطر بماء البحر. |
| صلب - سائل | الأملاح الصلبة الذائبة في ماء البحر. |
| صلب - صلب | أسطوانة الغوص مصنوعة من مزيج من المعادن. |

#

فصل المخاليط

Separating Mixtures

توجد معظم المواد في الطبيعة على شكل مخاليط. ولفهم المادة بشكل أفضل علينا فصل المخاليط إلى مكوناتها النقية. ولأن المواد تختلط معًا بشكل فيزيائي فإن العمليات المستعملة في فصل بعضها عن بعض هي عمليات فيزيائية تقوم على الخواص الفيزيائية للمواد. فعلى سبيل المثال، يمكن فصل مخلوط من برادة الحديد والرمل باستعمال مغناطيس؛ حيث يجذب المغناطيس برادة الحديد فقط، ويفصلها عن الرمل. لقد تم تطوير عدد كبير من التقنيات التي تستفيد من اختلافات الخواص الفيزيائية للمواد لفصل مكونات المخاليط بعضها عن بعض.

الترشيح

يمكن فصل المخاليط غير المتجانسة المكونة من مواد صلبة وسوائل بسهولة عن طريق الترشيح. والترشيح طريقة يستعمل فيها حاجز مسامي لفصل المادة الصلبة عن السائل. يبين الشكل 2-13 مخلوطًا يصب على ورقة ترشيح طويت على شكل مخروط، حيث يمر السائل منها تاركًا المادة الصلبة على الورقة.

الكروماتوجرافيا

تعد الكروماتوجرافيا «التحليل الاستشرابي» طريقة لفصل مكونات المخلوط «الطور المتحرك» بالاعتماد على قابلية انجذاب كل مكون من مكونات المخلوط لسطح مادة أخرى «الطور الثابت». ويكون الطور المتحرك غالبًا مادة غازية أو سائلة، والطور الثابت مادة صلبة، ومنها ورق الكروماتوجرافيا كما هو موضح في الشكل 2-14. وفي هذه الطريقة يتباعد أولًا مكون المخلوط الذي قوى تماسك جزيئاته أقل على ورقة الكروماتوجرافيا، ثم يليه المكون الذي قوى تماسك جزيئاته أكبر فأكبر.

التقطير

يمكن فصل معظم المخاليط المتجانسة عن طريق التقطير. والتقطير طريقة لفصل المواد اعتمادًا على الاختلاف في درجات غليانها، حيث يسخن المخلوط حتى تغلي المادة التي درجة غليانها أقل، وتتحول إلى بخار يتكثف ويجمع على شكل سائل.

التبلور

يعد ترسيب بلورات السكر من محلوله مثالًا على الفصل بالتبلور. التبلور طريقة للفصل تؤدي إلى الحصول على مادة نقية صلبة من محلولها. عندما يحتوي المحلول على أكبر قدر ممكن من المادة الذائبة «محلول مشبع»، فإن إضافة أي كمية من المذاب مهما قلت تجعل المادة المذابة في المحلول تترسب وتكون بلورات على أي سطح متوافر. وعندما يتبخر الماء من محلول السكر المائي يصبح المحلول أكثر تركيزًا، وهذا يشبه إضافة المزيد من المادة المذابة إلى المحلول. ويبين الشكل 2-15 أنه عند زيادة تبخر الماء يكون السكر بلورات صلبة على الخيط. وتمتاز عملية التبلور بأنها تنتج مواد صلبة عالية النقاوة.

التسامي

يمكن فصل المخاليط بالتسامي، وهو عملية تتبخر فيها المادة الصلبة دون أن تنصهر، أي دون أن تمر بالحالة السائلة. يستعمل التسامي لفصل مادتين صلبتين في خليط، إحداهما لها القدرة على التسامي، وليس للأخرى ذلك.

الشكل 2-13

عندما يمر المخلوط عبر ورقة الترشيح تبقى المادة الصلبة على الورقة، في حين يتجمع السائل المتبقي في الكأس.

الشكل 2-14

تنفصل المكونات المختلفة للحبر بناءً على قابلية انجذاب كل مكون من مكونات الحبر «الطور المتحرك» لسطح ورق الكروماتوجرافيا «الطور الثابت».

الشكل 2-15

عندما يتبخر الماء من محلول السكر المائي تتكون بلورات السكر على الخيط.

#

تجربة

فصل الأصباغ

كيف تسمح الكروماتوجرافيا الورقية بفصل المواد النقية؟

الكروماتوجرافيا أداة تشخيصية مهمة يستعملها الكيميائيون وفنيو المختبرات الجنائية لفصل المواد الكيميائية وتحليلها.

خطوات العمل

• املأ بطاقة السلامة في دليل التجارب العملية على منصة عين الإثرائية.

• املأ كأسًا بلاستيكية بالماء حتى ارتفاع يقل 2cm تقريبًا عن حافتها العليا. امسح أي قطرات ماء على حافة الكأس.

• ضع ورقة ترشيح دائرية على سطح جاف ونظيف، وضع نقطة حبر في مركز الورقة بالضغط بقوة على الورقة برأس ريشة قلم حبر سائل أسود.

• استعمل مقصًا أو أداة حادة أخرى لعمل ثقب صغير بقطر رأس القلم في مركز بقعة الحبر.

تحذير: الأجسام الحادة يمكن أن تجرح الجلد.

• استعمل ربع ورقة ترشيح قطرها حوالي 11cm لعمل فتيلة لسحب الماء. ضع نهاية الفتيلة في الثقب الموجود في مركز ورقة الترشيح الدائرية.

• ضع الورقة مع الفتيلة على سطح كأس الماء، بحيث تكون الفتيلة في الماء. سيصعد الماء في الفتيلة ويتحرك نحو الخارج خلال ورقة الترشيح.

• عندما يصل الماء إلى حوالي 1cm من حافة ورقة الترشيح «بعد حوالي 20 دقيقة»، اسحب الورقة بحرص من الكأس المليئة بالماء، وضعها على كأس فارغة أخرى.

التحليل

• سجل عدد الأصباغ التي يمكنك تحديدها على ورقة الترشيح، علم حدود دوائر الألوان.

• استنتج لماذا ترى ألوانًا مختلفة في أماكن مختلفة من الورقة؟

• قارن النتائج التي حصلت عليها بالأشكال التي حصل عليها زملاؤك. فسر الاختلافات التي قد تظهر.

التقويم 2-3

الخلاصة

المخلوط مزيج مكون من مادتين نقيتين أو أكثر مع احتفاظ كل من هذه المواد بخواصها الأصلية.

المحاليل مخاليط متجانسة.

يمكن فصل مكونات المخاليط بطرائق فيزيائية. من طرائق الفصل المألوفة: الترشيح، والتقطير، والتبلور، والتسامي، والكروماتوجرافيا.

أسئلة التقويم

• الفكرة الرئيسية: صنف كلًا مما يأتي إلى مخلوط متجانس أو غير متجانس:

a. ماء الصنبور.
b. الهواء.
c. فطيرة الزبيب.

• قارن بين المخاليط والمواد النقية.

• سمِّ طريقة الفصل التي يمكن استعمالها في فصل مكونات المخاليط الآتية:

a. سائلين عديمي اللون.
b. مادة صلبة غير ذائبة مخلوطة مع سائل.
c. كرات زجاجية حمراء وزرقاء متساوية في الحجم والكتلة.

• صمم خريطة مفاهيمية تلخص العلاقات بين المادة، والعناصر، والمركبات، والمواد الكيميائية النقية، والمخاليط المتجانسة، والمخاليط غير المتجانسة.