محلول ها یک مفهوم اساسی در شیمی و زمینه های مختلف دیگر هستند که طیف وسیعی از پدیده ها از قند حل شده در قهوه صبحگاهی گرفته تا تعادل پیچیده مواد معدنی در اقیانوس را در بر می گیرند. این درس مفهوم راه حل ها، اصول تشکیل آنها و اهمیت آنها را در کاربردهای دنیای واقعی بررسی می کند.
محلول مخلوطی همگن است که از دو یا چند ماده تشکیل شده است. ماده ای که بیشترین مقدار را داشته باشد حلال و ماده ای را که مقدار کمتری داشته باشد املاح نامیده می شود. املاح در حلال حل می شود و در نتیجه فازی ایجاد می شود که املاح به طور مساوی در سراسر حلال توزیع می شود. محلول ها بسته به حالت املاح و حلال می توانند در فازهای گازی، مایع و جامد وجود داشته باشند.
بسته به وضعیت فیزیکی املاح و حلال، محلول ها را می توان به موارد زیر دسته بندی کرد:
فرآیند تشکیل محلول شامل برهمکنش بین مولکول های حل شونده و حلال است. هنگامی که یک املاح به یک حلال وارد می شود، مولکول های حلال مولکول های حل شونده را جذب کرده و احاطه می کنند. این فعل و انفعال بر نیروهایی که مولکول های املاح را در کنار هم نگه می دارند غلبه می کند و منجر به انحلال می شود. آنتالپی محلول، که می تواند گرماگیر یا گرمازا باشد، به تعادل بین انرژی مورد نیاز برای جداسازی مولکول های حل شونده و حلال و انرژی آزاد شده هنگام برهم کنش املاح و حلال بستگی دارد.
راه حل ها نقش مهمی در زمینه ها و کاربردهای متعدد دارند:
در حالی که آزمایش عملی یک روش ارزشمند برای درک مفاهیمی مانند حلالیت و تمرکز است، این درس بر بینش های نظری تمرکز دارد. به عنوان مثال، با توجه به حلالیت نمک خوراکی (NaCl) در آب، با افزایش دما، حلالیت نمک در آب نیز افزایش می یابد. این رفتار اثر دما را بر حلالیت املاح در حلال ها نشان می دهد و ماهیت دینامیکی محلول ها را در سطح مولکولی برجسته می کند.
یکی دیگر از جنبه های جالب ایجاد محلول های فوق اشباع است، که در آن یک محلول برای حل شدن بیشتر املاح نسبت به حالت عادی در دمای اتاق گرم می شود. پس از سرد شدن، محلول فوق اشباع می شود و حاوی املاح محلول بیشتری نسبت به محلول اشباع شده در همان دما است. این پدیده را می توان با حل کردن شکر در آب مشاهده کرد تا محلول فوق اشباع تشکیل شود که سپس در تشکیل آب نبات سنگی استفاده می شود.
راه حل ها نه تنها برای درک شیمی، بلکه برای بسیاری از فرآیندها در طبیعت و صنعت ضروری هستند. از هوایی که تنفس می‌کنیم تا فرآیندهای تولیدی که دنیای ما را می‌سازند، راه‌حل‌ها جوهره اختلاط را برای دستیابی به همگنی و عملکرد تجسم می‌دهند. مطالعه و کاربرد آنها برای پیشرفت‌های پزشکی، علوم محیطی و فناوری بنیادی است و منعکس کننده تعادل پیچیده تعاملات در سطح مولکولی است. به این ترتیب، محلول‌ها پلی بین دنیای میکروسکوپی مولکول‌ها و دنیای ماکروسکوپی که روزانه با آن در تعامل هستیم را نشان می‌دهد و تأثیر عمیق شیمی را بر زندگی ما نشان می‌دهد.
