8.4: روند انحلال

Last updated
Save as PDF

Page ID: 217161

Divan Fard
Shasta College

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \)

\( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)

\( \newcommand{\dsum}{\displaystyle\sum\limits} \)

\( \newcommand{\dint}{\displaystyle\int\limits} \)

\( \newcommand{\dlim}{\displaystyle\lim\limits} \)

\( \newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\)

\( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\)

\( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\)

\( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\)

\( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

\( \newcommand{\id}{\mathrm{id}}\)

\( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

\( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\)

\( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\)

\( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\)

\( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\)

\( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\)

\( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\)

\( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\)

\( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

\( \newcommand{\vectorA}[1]{\vec{#1}} % arrow\)

\( \newcommand{\vectorAt}[1]{\vec{\text{#1}}} % arrow\)

\( \newcommand{\vectorB}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \)

\( \newcommand{\vectorC}[1]{\textbf{#1}} \)

\( \newcommand{\vectorD}[1]{\overrightarrow{#1}} \)

\( \newcommand{\vectorDt}[1]{\overrightarrow{\text{#1}}} \)

\( \newcommand{\vectE}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash{\mathbf {#1}}}} \)

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \)

\(\newcommand{\longvect}{\overrightarrow}\)

\( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)

\(\newcommand{\avec}{\mathbf a}\) \(\newcommand{\bvec}{\mathbf b}\) \(\newcommand{\cvec}{\mathbf c}\) \(\newcommand{\dvec}{\mathbf d}\) \(\newcommand{\dtil}{\widetilde{\mathbf d}}\) \(\newcommand{\evec}{\mathbf e}\) \(\newcommand{\fvec}{\mathbf f}\) \(\newcommand{\nvec}{\mathbf n}\) \(\newcommand{\pvec}{\mathbf p}\) \(\newcommand{\qvec}{\mathbf q}\) \(\newcommand{\svec}{\mathbf s}\) \(\newcommand{\tvec}{\mathbf t}\) \(\newcommand{\uvec}{\mathbf u}\) \(\newcommand{\vvec}{\mathbf v}\) \(\newcommand{\wvec}{\mathbf w}\) \(\newcommand{\xvec}{\mathbf x}\) \(\newcommand{\yvec}{\mathbf y}\) \(\newcommand{\zvec}{\mathbf z}\) \(\newcommand{\rvec}{\mathbf r}\) \(\newcommand{\mvec}{\mathbf m}\) \(\newcommand{\zerovec}{\mathbf 0}\) \(\newcommand{\onevec}{\mathbf 1}\) \(\newcommand{\real}{\mathbb R}\) \(\newcommand{\twovec}[2]{\left[\begin{array}{r}#1 \\ #2 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\ctwovec}[2]{\left[\begin{array}{c}#1 \\ #2 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\threevec}[3]{\left[\begin{array}{r}#1 \\ #2 \\ #3 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\cthreevec}[3]{\left[\begin{array}{c}#1 \\ #2 \\ #3 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\fourvec}[4]{\left[\begin{array}{r}#1 \\ #2 \\ #3 \\ #4 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\cfourvec}[4]{\left[\begin{array}{c}#1 \\ #2 \\ #3 \\ #4 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\fivevec}[5]{\left[\begin{array}{r}#1 \\ #2 \\ #3 \\ #4 \\ #5 \\ \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\cfivevec}[5]{\left[\begin{array}{c}#1 \\ #2 \\ #3 \\ #4 \\ #5 \\ \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\mattwo}[4]{\left[\begin{array}{rr}#1 \amp #2 \\ #3 \amp #4 \\ \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\laspan}[1]{\text{Span}\{#1\}}\) \(\newcommand{\bcal}{\cal B}\) \(\newcommand{\ccal}{\cal C}\) \(\newcommand{\scal}{\cal S}\) \(\newcommand{\wcal}{\cal W}\) \(\newcommand{\ecal}{\cal E}\) \(\newcommand{\coords}[2]{\left\{#1\right\}_{#2}}\) \(\newcommand{\gray}[1]{\color{gray}{#1}}\) \(\newcommand{\lgray}[1]{\color{lightgray}{#1}}\) \(\newcommand{\rank}{\operatorname{rank}}\) \(\newcommand{\row}{\text{Row}}\) \(\newcommand{\col}{\text{Col}}\) \(\renewcommand{\row}{\text{Row}}\) \(\newcommand{\nul}{\text{Nul}}\) \(\newcommand{\var}{\text{Var}}\) \(\newcommand{\corr}{\text{corr}}\) \(\newcommand{\len}[1]{\left|#1\right|}\) \(\newcommand{\bbar}{\overline{\bvec}}\) \(\newcommand{\bhat}{\widehat{\bvec}}\) \(\newcommand{\bperp}{\bvec^\perp}\) \(\newcommand{\xhat}{\widehat{\xvec}}\) \(\newcommand{\vhat}{\widehat{\vvec}}\) \(\newcommand{\uhat}{\widehat{\uvec}}\) \(\newcommand{\what}{\widehat{\wvec}}\) \(\newcommand{\Sighat}{\widehat{\Sigma}}\) \(\newcommand{\lt}{<}\) \(\newcommand{\gt}{>}\) \(\newcommand{\amp}{&}\) \(\definecolor{fillinmathshade}{gray}{0.9}\)

اهداف یادگیری

برای توصیف فرآیند انحلال در سطح مولکولی

روند انحلال

چه چیزی در سطح مولکولی اتفاق می افتد که باعث حل شدن املاح در یک حلال می شود؟ پاسخ تا حدی به املاح بستگی دارد، اما شباهت هایی وجود دارد که برای همه املاح مشترک است.

به یاد بیاورید که قاعده ای که مانند آن حل می شود. این بدان معنی است که مواد باید نیروهای بین مولکولی مشابهی داشته باشند تا محلول ها را تشکیل دهند. هنگامی که یک املاح محلول به یک حلال وارد می شود، ذرات املاح می توانند با ذرات حلال تعامل داشته باشند. در مورد املاح جامد یا مایع، فعل و انفعالات بین ذرات املاح و ذرات حلال به قدری قوی است که ذرات املاح منفرد از یکدیگر جدا شده و توسط مولکول های حلال احاطه شده اند، وارد محلول می شوند. (املاح گازی در حال حاضر ذرات تشکیل دهنده خود را جدا کرده اند، اما مفهوم احاطه شدن توسط ذرات حلال هنوز هم صدق می کند.) این فرآیند حلال نامیده می شود و در شکل \(\PageIndex{1}\) نشان داده شده است. هنگامی که حلال آب است، کلمه هیدراتاسیون، به جای حلال، استفاده می شود.

شکل\(\PageIndex{1}\): حلال هنگامی که یک املاح حل می شود، ذرات منفرد املاح توسط ذرات حلال احاطه می شوند. در نهایت ذره از محلول باقی مانده جدا می شود، که توسط مولکول های حلال در محلول احاطه شده است. منبع: عکس © Thinkstock

ترکیبات یونی و ترکیبات کووالانسی به عنوان املاح

در مورد املاح مولکولی مانند گلوکز، ذرات حل شده مولکول های فردی هستند. با این حال، اگر املاح یونی باشد، یون های جداگانه از یکدیگر جدا می شوند و توسط ذرات حلال احاطه می شوند. یعنی کاتیونها و آنیونهای یک املاح یونی با حل شدن املاح از هم جدا میشوند. این فرآیند به عنوان تفکیک (شکل\(\PageIndex{1}\)) نامیده می شود.

تفکیک ترکیبات یونی محلول، محلول های این ترکیبات را یک ویژگی جالب می دهد: آنها برق را هدایت می کنند. به دلیل این خاصیت، از ترکیبات یونی محلول به عنوان الکترولیت یاد می شود. بسیاری از ترکیبات یونی به طور کامل تجزیه می شوند و بنابراین الکترولیت های قوی نامیده می شوند. کلرید سدیم نمونه ای از الکترولیت قوی است. برخی از ترکیبات حل می شوند اما فقط تا حدی از هم جدا می شوند و محلول های چنین املاح ممکن است الکتریسیته را فقط ضعیف هدایت کنند. این محلول ها الکترولیت های ضعیف نامیده می شوند. اسید استیک (CH ₃ COOH)، ترکیب موجود در سرکه، یک الکترولیت ضعیف است. املاح هایی که بدون تفکیک در مولکول های خنثی جداگانه حل می شوند، هدایت الکتریکی اضافی را به محلول های خود منتقل نمی کنند و غیر الکترولیت ها نامیده می شوند. شکر جدول (C ₁₂ H ₂₂ O ₁₁) نمونه ای از یک غیر الکترولیت است.

اصطلاح الکترولیت در پزشکی به معنای هر یک از یون های مهم است که در محلول آبی در بدن حل می شود. ^{الکترولیت های فیزیولوژیکی مهم عبارتند از Na ⁺، K ⁺، Ca ² ⁺، Mg ² ⁺، و Cl ^-.}

مثال \(\PageIndex{1}\)

مواد زیر همه تا حدی در آب حل می شوند. هر کدام را به عنوان یک الکترولیت یا یک غیر الکترولیت طبقه بندی کنید.

کلرید پتاسیم (KCl)
فروکتوز (C ₆ H ₁₂ O ₆)
_{ایزوپروپیل الکل [CH ₃ CH (OH) CH 3]}
هیدروکسید منیزیم [Mg (OH) ₂]

راه حل

هر ماده را می توان به عنوان یک املاح یونی یا یک املاح غیر یونی طبقه بندی کرد. املاح یونی الکترولیت هستند و املاح غیر یونی غیر الکترولیت هستند.

کلرید پتاسیم یک ترکیب یونی است. بنابراین، هنگامی که حل می شود، یون های آن جدا می شوند و آن را به الکترولیت تبدیل می کنند.
فروکتوز یک قند شبیه به گلوکز است. (در واقع، فرمول مولکولی مشابه گلوکز دارد.) از آنجا که این یک ترکیب مولکولی است، انتظار داریم که یک غیر الکترولیت باشد.
ایزوپروپیل الکل یک مولکول آلی است که حاوی گروه عاملی الکل است. پیوند در ترکیب همه کووالانسی است، بنابراین وقتی ایزوپروپیل الکل حل می شود، به مولکول های جداگانه جدا می شود، اما نه یون ها. بنابراین، این یک غیر الکترولیت است
هیدروکسید منیزیم یک ترکیب یونی است، بنابراین وقتی حل می شود از هم جدا می شود. بنابراین، هیدروکسید منیزیم یک الکترولیت است.

ورزش \(\PageIndex{1}\)

مواد زیر همه تا حدی در آب حل می شوند. هر کدام را به عنوان یک الکترولیت یا یک غیر الکترولیت طبقه بندی کنید.

استون (CH ₃ COCH ₃)
آهن (III) نیترات [Fe (NO ₃) ₃]
برم عنصری (Br ₂)
هیدروکسید سدیم (NaOH)

پاسخ

a غیر الکترولیت

ب الکترولیت

ج غیر الکترولیت

د الکترولیت

الکترولیت ها در مایعات بدن

مایعات بدن ما راه حل الکترولیت ها و بسیاری چیزهای دیگر هستند. ترکیبی از خون و سیستم گردش خون رودخانه زندگی است، زیرا تمام توابع زندگی را هماهنگ می کند. هنگامی که قلب پمپاژ را در یک حمله قلبی متوقف می کند، زندگی به سرعت به پایان می رسد. شروع مجدد قلب در اسرع وقت برای حفظ زندگی بسیار مهم است.

الکترولیت های اولیه مورد نیاز در مایع بدن کاتیون ها (کلسیم، پتاسیم، سدیم و منیزیم) و آنیون ها (کلرید، کربنات ها، آمینو استات ها، فسفات ها و یدید) هستند. اینها از نظر مواد مغذی ماکرومینرال نامیده می شوند.

تعادل الکترولیت برای بسیاری از عملکردهای بدن بسیار مهم است. در اینجا چند نمونه شدید از آنچه که می تواند با عدم تعادل الکترولیت ها اتفاق بیفتد آورده شده است: افزایش سطح پتاسیم ممکن است منجر به آریتمی قلبی شود؛ کاهش پتاسیم خارج سلولی باعث فلج می شود؛ سدیم خارج سلولی بیش از حد باعث احتباس مایعات می شود؛ و کاهش کلسیم و منیزیم پلاسما می تواند اسپاسم عضلانی اندام ها را تولید کند.

هنگامی که یک بیمار دچار کم آبی می شود، یک محلول الکترولیت با دقت آماده شده (در دسترس تجاری) برای حفظ سلامتی و رفاه لازم است. از لحاظ سلامت کودک، الکترولیت خوراکی زمانی که یک کودک به علت اسهال خشک می شود، داده می شود. Juilus G.K. Goepp، MD، دستیار مدیر بخش اورژانس اطفال مرکز کودکان در بیمارستان جان هاپکینز، توضیح می دهد که استفاده از راه حل های نگهداری الکترولیت خوراکی، که مسئول نجات میلیون ها نفر در سراسر جهان در طول 25 سال گذشته است، یکی از مهمترین پیشرفت های پزشکی در حفاظت از سلامت کودکان در قرن است. اگر یکی از والدین یک راه حل نگهداری الکترولیت خوراکی را در ابتدای بیماری فراهم کند، می توان از کم آبی بدن جلوگیری کرد. عملکرد محلول های الکترولیت به خواص آنها مربوط می شود و علاقه به راه حل های الکترولیت بسیار فراتر از شیمی است.

نوشیدنی های ورزشی برای آبرسانی بدن پس از تخلیه بیش از حد مایعات طراحی شده اند. الکترولیت ها به ویژه برای جلوگیری از خستگی در هنگام اعمال جسمی، آبرسانی طبیعی را تقویت می کنند. آیا آنها انتخاب خوبی برای دستیابی به مصرف مایعات توصیه شده هستند؟ آیا آنها همانطور که ادعا می کنند تقویت کننده عملکرد و استقامت هستند؟ چه کسانی باید آنها را بنوشند؟

به طور معمول، هشت اونس از یک نوشیدنی ورزشی بین پنجاه تا هشتاد کالری و 14 تا 17 گرم کربوهیدرات، عمدتا به شکل قندهای ساده فراهم می کند. سدیم و پتاسیم رایج ترین الکترولیت های موجود در نوشیدنی های ورزشی هستند که سطح آنها در نوشیدنی های ورزشی بسیار متغیر است. کالج آمریکایی پزشکی ورزشی می گوید یک نوشیدنی ورزشی باید حاوی 125 میلی گرم سدیم در هر 8 اونس باشد زیرا در جبران بخشی از سدیم از دست رفته در عرق مفید است و باعث جذب مایعات در روده کوچک می شود و هیدراتاسیون را بهبود می بخشد.

گاتورید

در تابستان 1965، دستیار مربی فوتبال دانشگاه فلوریدا گاتورها از دانشمندان وابسته به مطالعه دانشگاه درخواست کرد که چرا گرمای شدید فلوریدا باعث بسیاری از بیماری های مرتبط با گرما در بازیکنان فوتبال شد و راه حلی برای افزایش عملکرد ورزشی و بهبودی پس از آموزش یا بازی ارائه داد. کشف این بود که دوباره پر کردن مایعات، کربوهیدرات ها و الکترولیت ها دلیل «پژمردگی» بازیکنان فوتبال آنها بود. دانشمندان بر اساس تحقیقات خود برای بازیکنان فوتبال نوشیدنی حاوی آب، کربوهیدرات و الکترولیت درست کردند و آن را «Gatorade» نامیدند. در فصل فوتبال بعدی گیتورها نه و دو نفر بودند و برنده Orange Bowl شدند. موفقیت Gators صنعت نوشیدنی های ورزشی را راه اندازی کرد، که در حال حاضر یک صنعت چند میلیارد دلاری است که هنوز تحت سلطه Gatorade است.

غذای آماده کلیدی

هنگامی که یک املاح حل می شود، ذرات منفرد آن توسط مولکول های حلال احاطه شده و از یکدیگر جدا می شوند.