logo

logo

logo

logo

logo

المحل

محل

Solvent - Solvant

المُحِلّ

 

المُحِلاّت solvents مركبات عضوية أو لا عضوية تتميز بقدرتها على حل (إذابة) الغازات والسوائل والمركبات الصلبة دون حدوث تفاعل كيمياوي بين المادة المنحلة والمُحِلّ حيث يُصار إلى فصلهما بطرائق فيزيائية، مثل التقطير والتمزز (الامتزاز) adsorption.

ترتبط قدرة المُحِلّ على الإذابة ارتباطاً وثيقاً ببنيته الكيمياوية، عُرفت هذه العلاقة منذ القدم، وعبر عنها بالمقولة الشهيرة التي مفادها: الشبيه يحل الشبيه، ويعبر عنها بالـ similia similibus solvuntur، ويعني هذا القول أن السائل العضوي يحل المادة العضوية وأن السائل اللاعضوي يحل المادة اللاعضوية. ويُعد الماء[ر] أكثر المُحِلاّت اللاعضوية شيوعاً واستعمالاً. وقادت قابلية الماء لحل كثير من المواد المتنوعة إلى الاعتقاد أن له خواص فريدة لا يجاريه فيها أي محل آخر. والواقع أن توافر الماء وسهولة تداوله وقابليته لتكوين مركبات مميهة hydrated وقدرته على حل كثير من المواد - الأيونية غالباً- قد وجَّه انتباه العلماء نحوه منذ البداية متجاهلين بذلك المُحِلاّت الأخرى. وقد ساعد على ذلك وجهات نظر أرينوس في اقتصار حوادث التفكك الكهرليتي على المحاليل المائية فقط. وبات العلماء - ومنهم أوستفالد Ostwald - مقتنعين لغاية عام 1893 بأن للماء خواص فريدة لا يجاريه فيها أي مُحِلّ آخر.

وعلى الرغم من إخفاق الباحثين بعد ذلك بإيجاد مُحِلّ يجاري الماء في خواصه فقد وجدوا أن الاختلاف بين الماء والمُحِلاّت الأخرى هو اختلاف في الدرجة وليس في النوع، وقد ساعد هذا المفهوم على تطور كيمياء المحاليل وفهمها.

فعندما تقع جزيئات الماء بين الأيونات على طرف من أطراف بلورة مادة أيونية (شاردية) تُضعف الترابط بينها، ما يساعدها على الانطلاق بعيداً عن البلورة. كذلك تحاط الأيونات - عندما تكون في الماء - بطبقة من جزيئات الماء تعزلها الواحد عن الآخر، وتمنعها من الترابط سوية وتشكيل البلورة من جديد. والماء يتميز بمقدرة على تجميع كل الأيونات السالبة والموجبة؛ ما يجعل منه مُحِلاً جيداً للبلورات الأيونية، ويُعزى ذلك إلى أن الماء جزيء قطبي له طرف موجب يجذب إليه الأيونات السالبة وطرف سالب يجذب إليه الأيونات الموجبة؛ فيما يتصف النفتالين بأنه جزيء غير قطبي تجمع جزيئاته في البلورة قوى فان درفالس[ر: الرابطة الكيمياوية]، وهي القوى ذاتها التي تمسك بجزيئات البنزن C6H6 سوية. ولأن قوى فان درفالس ضعيفة؛ فإن فصم جزيئات النفتالين بعضها عن بعض لا يحتاج إلا إلى مقدار ضئيل من الطاقة. يمكن القول: عندما ينحل النفتالين في البنزن تحل قوى فان درفالس في المَحلول محل قوى فان درفالس في البلورة؛ لذلك لا يتوقع في هذه الحالة سوى تغير ضئيل في الأنطلبية[ر: التحريك الحراري]، وهو الذي يحدث بالفعل، إذ يندر مصادفة أنطلبية محلول كبيرة من أجل جسم عضوي صلب محلول في سائل عضوي.

وأكثر المُحِلاّت استعمالاً هي السائلة عند درجة حرارة الغرفة وعند الضغط الجوي لسهولة استعمالها، ولكن يُرغب أيضاً بإجراء التفاعلات والقياسات عند درجات حرارة أعلى أو أخفض من درجة حرارة الغرفة. ويدرج في الجدول بعض المُحِلاّت شائعة الاستعمال، ومجالها السائل وصيغها وقيم ثوابت العزل لهذه السوائل.

خواص بعض المُحِلات شائعة الاستعمال:

    المُحِلّ

   الاسم المختصر

الصيغة

المجال السائل درجة مئوية (س)

ثابت العزل الكهربائي

الماء

 

H2O

صفر - 100

82

أسيتونتريل

 

CH3CN

-45 - 82

38

ثنائي متيل فورم أميد

DMF

HC(O)N(CH3)2

-61 -153

38

ثنائي متيل سلفوكسيد 

DMSO

(CH3)2SO

18- 189

47

نترو ميتان

 

CH3NO2

-29 -101

36

غليكول ثنائي متيل ايتر

 glyme

           CH3OCH2CH2OCH3 

-58 - 83

3.5 

كلورو ميتان

 

CH2Cl2

-97 - 40

9

   النشادر

 

NH3

-78 - -33

23 (-50 ْس)

سيانيد الهدروجين

 

HCN

-14 - 26

107

فلوريد الهدروجين

 

 HF

 -83 - 20 

84(0 ْ س)

الجدول (1) خواص بعض الملات الشائعة الاستعمال

 

تصنيف المُحِلاّت

تصنف المُحِلات وفقاً لعدة معايير؛ هي:

الوظيفة الكيمياوية

تصنف المُحِلاّت وفقاً للوظيفة الكيمياوية التي تحملها إلى الفحوم الهدروجينية الأليفاتية والعطرية والعطرية غير المتجانسة ومشتقاتها الهالوجينية ومشتقات النترو والكحولات والفينولات والأمينات، كما تذكر الحموض الكربوكسيلية ومشتقاتها (الإسترات والأميدات والنتريلات) والإيترات والكيتونات والسلفوكسيدات.

الخواص الفيزيائية

يُستخدم هذا التصنيف عند الحاجة إلى خواص محددة للمُحِلّ المستخدم لتطبيق معين، مثل درجة الغليان ودرجة الانصهار وقرينة الانكسار والكثافة والقابلية للتطاير واللزوجة وغيرها. تُعد القطبية polarity من أهم مواصفات المُحِلاّت؛ لأنها تحدد العديد من المواصفات الأخرى، وبمعنى آخر تحدد سلوك المُحِلّ، مثل الميل للتأين (التشرد) والثبات الطاقي. ومن المواصفات المهمة في هذا السياق هو الثنائية القطبية المتشكلة في جزيء المُحِلّ من عزم ثنائي القطب والمحدد لقطبية المُحِلّ. يكون الجزيء قطبياً إذا لم ينطبق مركز الشحنات الموجبة فيه على مركز الشحنات السالبة. يؤلف الجزيء هكذا ثنائي قطب dipole (أي جزيء ثنائي قطب)؛ وهذا يعني شحنتين متساويتين ومتعاكستين بالإشارة، تفصل بينهما مسافة ما. ويكون للجزيء عزم ثنائي قطب μ وهو يساوي حاصل ضرب الشحنة e بالمسافة d التي تفصل مركزي الشحنتين[ر: ثنائي القطب]. ويتعين على المُحِلّ أن يكون ثابت عزله الكهربائي dielectric constant كبيراً كي يستطيع حلّ المركبات الأيونية، أي يجب أن يتميز بخواص عازلة مرتفعة تستطيع تخفيض التجاذب بين الأيونات المتعاكسة الشحنة، بعد حلمهتها. يعود تفوق الماء مُحِلاً للمركبات الأيونية ليس فقط إلى قطبيته وارتفاع قيمة ثابت عزله الكهربائي؛ بل إلى عوامل أخرى أيضاً. فهو يحوي على الزمرة OH-؛ ولذلك يستطيع تشكيل الروابط الهدروجينية. تصنف المُحِلاّت استناداً إلى قطبيتها ووفقاً لكبر عزم ثنائي القطب لها إلى محلات ثنائية القطب ومحلات غير قطبية عندما تكون قيمة عزم ثنائي القطب فيها معدومة.

الخواص الحمضية والقلوية

تدعى المُحِلاّت المشابهة للماء والأمونيا والميتانول مثلاً المُحِلاّت البروتونية، وهي مُحِلات تحتوي على هدروجين يرتبط مع الأكسجين أو الآزوت، ولذلك فهو حمضي إلى حدّ يكفي لتشكيل روابط هدروجينية. تحِل المُحِلاّت البروتونية الأخرى الأيونات بالطريقة نفسها التي يقوم بها الماء، أي تحل الكاتيونات عبر الأشفاع الإلكترونية الحرة؛ أي غير المشتركة، أو تحل الأنيونات عبر الربط الهدروجيني، أما المُحِلاّت اللابروتونية؛ فهي مُحِلات ذات ثوابت عزل كهربائية متوسطة الارتفاع؛ ولا تحتوي على هدروجينات حمضية مثل -N, N ثنائي متيل الفورم أميد وثنائي متيل السلفوكسيد.

تُحل هذه المُحِلاَّت المركبات الأيونية، ولكنها تختلف في طريقة عملها هذا عن المُحِلاّت البروتونية اختلافاً جذرياً، فهي لا تستطيع تشكيل روابط هدروجينية مع الأنيونات. هذه المُحِلاّت اللابروتونية عالية القطبية ولها عزوم ثنائي قطب أكبر عدة مرات من عزم ثنائي قطب الماء. وكما تشير الصيغ فإن القطب السالب يقع عند ذرة الأكسجين التي تبرز إلى خارج الجزيء. تحل (تذوِّب) الكاتيونات بقوة عبر الأشفاع الإلكترونية غير المشترك بها والموجودة عند الذرات المشحونة سلباً والمكشوفة تماماً. يكون القطب الموجب من ناحية أخرى مدفوناً داخل الجزيء، وعبر هذه الشحنة المنتشرة والمحجوبة يمكن للجزيء أن يحل الأنيونات حلاً ضعيفاً جداً. وهكذا تستطيع المُحِلاّت اللابروتونية أن تحل المركبات الأيونية حلاً رئيساً عبر حلّها الكاتيونات.

تصنف المُحِلاّت وفق هذا المعيار لاستخدامات خاصة إلى محلات بروتونية ومُحِلاّت لابروتونية تتدرج في خواصها بين الحمضية والقلوية والمعتدلة؛ تميز منها:

- مُحِلاّت حمضية بروتونية، مثل الحموض اللاعضوية[ر: الحموض] والحموض الكربوكسيلية[ر] والفينولات.

- مُحِلاّت قلوية بروتونية، مثل الأمونيا[ر: النشادر] والأمينات[ر] والأميدات[ر].

- مُحِلاّت معتدلة بروتونية، مثل الماء[ر] والكحولات[ر: الغول].

- مُحِلاّت حمضية لابروتونية، مثل نترو الألكانات.

- مُحِلاّت قلوية لابروتونية، مثل البيريدين و-N, N ثنائي متيل الفورماميد وثنائي متيل السلفوكسيد.

- مُحِلاّت معتدلة لابروتونية، مثل الفحوم الهدروجينية وكلوريداتها والإيترات والكيتونات والنتريلات ومركبات نترو البنزن.

الوسط التفاعلي

يعتمد في تصنيف المُحِلاّت حسب استخداماتها وسطاً لتفاعلات كيمياوية عضوية على خواصها الإلكتروفيلية electrophilic (الإلكتروفيل هو الشغوف بالشحنة الموجبة) والنوكليوفيلية nucleophilic (النوكليوفيل هو الشغوف بالشحن السالبة). للمحلات البروتونية خواص نوكليوفيلية وإلكتروفيلية في حين تتميز المُحِلاّت اللابروتونية غالباً بخواص نوكليوفيلية. تعد المُحِلاّت الإلكتروفيلية من أهم المُحِلاّت ويذكر منها حموض لويس، مثل ثنائي أكسيد الكبريت SO2 وكلوريد الألمنيوم AlCl3. يظهر دور المُحِلّ وسطاً للتفاعلات جلياً في تفاعلات الاستبدال النوكليوفيلي الأليفاتي حيث توضح المعادلة العناصر الضرورية له متمثلة بالركيزة والنوكليوفيل والمُحِلّ.

تتألف الركيزة من جزأين: زمرة ألكيل والزمرة المغادرة. تؤدي الأساسية دوراً في دراسة النوكليوفيلات والزمر المغادرة. تتميز النوكليوفيلات بكونها أسساً، وتتميز الزمر المغادرة بكونها أسساًً ضعيفة.تكون غالبية المركبات العضوية في حالة الاستبدال النوكليوفيلي مهتمة بتفاعلات بين المركبات غير الأيونية (عموماً عضوية) وبين مركبات أيونية (لاعضوية وعضوية)، ومن الضروري اختيار المُحِلّ الذي تنحل فيه الكواشف من النوعين كليهما. يحل الماء المركبات الأيونية جيداً، ولكنه مُحِلّ رديء لمعظم المركبات العضوية. تعد المُحِلاّت اللاقطبية مثل الإيتر والكلوروفورم والبنزن مُحِلاّت جيدة للمركبات العضوية ولكنها رديئة للأملاح اللاعضوية؛ لذلك يوفر كل من الميتانول والإيتانول عند مزجهما بالماء كل على حدة وسطاً يساعد على حدوث الاستبدال النوكليوفيلي عموماً. غير أن الماء والكحولات مُحِلاّت بروتونية تستطيع أن تحل الأنيونات (الشوارد السالبة) بقوة عبر الربط الهدروجيني، وهذه الأنيونات تشكل عادة النصف المهم من الكاشف الأيوني، ولكن على الرغم من أن المُحِلاّت البروتونية تحل الكاشف، وتجعلها في تماس مع الجزيء العضوي؛ فإنها تثبت في الوقت نفسه الأنيونات، وتخفض من فاعليتها خفضاً كبيراً، وهي تضعف أساسيتها، وتضعف معها قوتها النوكليوفيلية. هنا يأتي دور المُحِلاّت اللابروتونية، فهي تحل المركبات العضوية والمركبات اللاعضوية عبر حلها للكاتيونات (الشوارد الموجبة)، وتترك الأنيونات غير معاقة نسبياً وعلى درجة عالية من الفاعلية، وهي أكثر أساسية وأكثر نوكليوفيلية. وقد وُجد أن التفاعلات التي تجري في محلات بروتونية ببطء عند درجات حرارة عالية معطية مردوداً منخفضاً تجري في محلات لابروتونية بسرعة عند درجة حرارة الغرفة وبمردود عالٍ.

التطبيقات الصناعية والتحليلية

يؤخذ بالحسبان عند تصنيف المُحِلاّت حسب تطبيقاتها الصناعية خواص متعددة هي القدرة على الإذابة والانحلالية في الماء ومجال الغليان والقابلية للاشتعال والنقاوة والسمية والقابلية للانفجار والسعر، وأخيراً إمكانية إعادة التدوير والاستخدام. تُستخدم المُحِلاّت في تصنيع الدهانات والمنتجات البلاستيكية والألياف الصنعية والأحبار والمواد اللاصقة والأصبغة وفي الصناعات الصيدلانية. لا يقتصر استخدام المُحِلات صناعياً على الاستخدامات الآنفة الذكر إنما يتعداها؛ ليشمل استخدامات صناعية أخرى تتجلى بوصفها وسطاً لتفاعلات صناعية متعددة مثل تفاعلات الهدرجة والأكسدة والهلجنة والأسترة والنترجة والديأزة وتفاعلات فريدل كرافت وتفاعلات غرينيار وتفاعلات نزع الماء ونزع الكربوكسيل. ومن الجدير بالذكر استخدام المُحِلاّت صناعياً على نطاق واسع في عمليات التنقية بالبلْوَرة؛ ويعتمد هذا التطبيق على قدرة المُحِلّ على حل المادة المراد تنقيتها من دون أن يحل المواد الملوِّثة المرافقة لها. تستخدم المُحِلاّت على نطاق واسع في التحاليل الآلية المختلفة مثل التحاليل الطيفية والكروماتوغرافية.

فرانسوا قره بيت

الموضوعات ذات الصلة:

ثنائي القطب ـ الحلمهة ـ الحموض ـ الحموض الكربوكسيلية.

مراجع للاستزادة:

- فيليب ماثيوس، الكيمياء المتقدمة 1، ترجمة توفيق ياسين (مركز الترجمة والتعريب والنشر، دمشق 2000).

- أحمد الحاج سعيد وهيام بيرقدار، الكيمياء اللاعضوية البنيوية (مطبعة المدينة 1978-1979).

- ROBERT T. MORRISON and ROBERT N. BOYD, Organic Chemistry, 6th edition (Prentice Hall Inc., A. Pearson Education Company 1992).


التصنيف : الكيمياء و الفيزياء
النوع : علوم
المجلد: المجلد الثامن عشر
رقم الصفحة ضمن المجلد : 49
مشاركة :

اترك تعليقك



آخر أخبار الهيئة :

البحوث الأكثر قراءة

هل تعلم ؟؟

عدد الزوار حاليا : 20
الكل : 13785702
اليوم : 173

الجرمي (صالح بن اسحاق-)

الجرمي (صالح بن إسحاق) (....ـ225هـ/....ـ840م)   أبو عمر صالح بن إسحاق الجرمي بالولاء نسبة إلى قبيلة جرم بن ربان اليمنية، فقيه، عالم بالنحو واللغة من أهل البصرة، قدم إلى بغداد، وسكن فيها مدة، ناظر الفراء بها. اتصف الجرمي بأنه ديِّن ورع، صادق، حسن المذهب، صحيح الاعتقاد، مات في خلافة المعتصم. أخذ النحو عن الأخفش[ر] (ت210هـ) وغيره، ولقي يونس بن حبيب[ر] (ت182هـ) وقد ألف عدداً من الكتب في هذا العلم أجاد فيها أيما إجادة، فهو مناظر جيد، ولكثرة مناظراته في النحو، ورفع صوته فيها سمي بـ«النبّاج».
المزيد »