عملية الانتشار وعملية الذوبات

الانتشار (ديفوزيا-  Diffusion) والذوبان (Solvation)

في تدريس العلوم والتكنولوجيا في المدارس الإعدادية نستعمل مصطلحَي الانتشار والذوبان. من المهمّ إدراك أنّ هذين المصطلحين يتطرّقان إلى عمليتين مختلفتين رغم أنّه في كلّ حالة تذوب فيها مادّة في أخرى، تحدث أيضًا في نفس الوقت، عملية انتشار. 

• الانتشار هو عملية فيزيائية، خلالها، ونتيجة للحركة الدائمة والعشوائية لجسيمات المادّة، تنتقل الجسيمات الموجودة بتركيز عالٍ نسبيًا إلى منطقة تركيزها فيها منخفض نسبيًا- حتّى تصل إلى توزيع متجانس في الحجم المحدود (في مادّة أخرى أو في الفراغ). يحدث انتشار المادّة دائمًا بوتيرة أسرع في درجات حرارة أعلى، لأنّ السرعة المتوسّطة للجسيمات تكون أعلى؛ يحدث انتشار الغاز في الفراغ بوتيرة أسرع ممّا في وعاء يحوي غازًا، لأنّ التصادمات بين جسيمات الغاز الأخرى تعيق الحركة. من المهمّ الإشارة إلى أنّ انتشار السائل في السائل أو جسيمات المادّة الصلبة في السائل يحدث بصورة ملحوظة فقط عندما تذوب المادّة في الأخرى.
• الذوبان (الإذابة) هو عملية معقّدة تتكوّن فيها أربطة (بين جزيئية) بين جسيمات المذاب المحاطة بجسيمات المذيب. تتعلّق هذه العملية بذائبية المادّة في الأخرى. تتميّز الموادّ بدرجة الذائبية التي هي الكمّية القصوى لمذاب معيّن التي يمكنها الذوبان في مذيب معيّن (في درجة حرارة معيّنة). درجة ذائبية المادّة المذابة في مادّة أخرى، تتعلّق بصفاتها وبصفات المذيب وبالقوى التي بين جسيمات الموادّ وبعدّة عوامل أخرى، منها درجة الحرارة. تتصرّف موادّ صلبة مختلفة بصورة مغايرة مع ارتفاع درجة حرارة المذيب السائل الذي تذوب فيه: قسم منها يذوب أفضل وقسم آخر يذوب أقلّ. هناك موادّ صلبة لا تتأثّر ذائبيتها تقريبًا بتغيّر درجة الحرارة، مثلاً، ذائبية ملح الطعام في الماء لا تتعلّق بدرجة الحرارة تقريبًا. كما أنّ ذائبية الغاز في السائل في حالات كثيرة، تنخفض مع ارتفاع درجة الحرارة، مثلاً ذائبية الأوكسجين في الماء ترتفع مع انخفاض درجة الحرارة. يجب التنويه إلى أنّه على كلّ الأحوال، بدون علاقة بكمّية المذاب الذي ذاب- تتأثّر دائمًا سرعة الذوبان بنسبة طردية بارتفاع درجة الحرارة- أي في درجة حرارة أعلى تحدث العملية بوتيرة أسرع بالمقارنة مع درجة الحرارة الأقلّ، لأنّ الجسيمات لا تملك طاقة حركية متوسّطة أعلى.  

 العلاقة بين عملية الانتشار وعملية الذوبان

تتكوّن في عملية الذوبان أربطة بين جسيمات المذاب وجسيمات المذيب المحيطة بها. تنتشر هذه الجسيمات- أي تتحرّك من المنطقة التي تركيزها فيها عالٍ نسبيًا إلى منطقة تركيزها فيها منخفض نسبيًا إلى أن تتوزّع بصورة متجانسة في الحجم الكلّي للمذيب. انتبهوا: لا توجد علاقة بين مدى ذائبية مادّة معيّنة في مادّة أخرى وبين سرعة انتشار الجسيمات (وتيرة توزّعها في المذيب) وتتأثّر العمليتان بصورة مغايرة بتغيّرات درجة الحرارة. على سبيل المثال: عندما نذيب ملح الطعام في الماء، لا يؤثّر تغيّر درجة الحرارة تقريبًا على كمّية الملح التي تذوب في الحجم المحدود من الماء، لكن كلّما كانت درجة الحرارة أعلى ازدادت سرعة انتشار جسيمات الملح (المذابة) في الحجم المحدود من الماء. يجب التنويه إلى أنّه على كلّ الأحوال، بدون علاقة بكمّية المذاب الذي ذاب- تتأثّر دائمًا سرعة الذوبان بنسبة طردية بارتفاع درجة الحرارة- أي في درجة حرارة أعلى تحدث العملية بوتيرة أسرع بالمقارنة مع درجة الحرارة الأقلّ، لأنّ الجسيمات لا تملك طاقة حركية متوسّطة أعلى.

فصل الخليط إلى مركِّباته

كما أسلفنا، معظم الموادّ موجودة في مخاليط. للفصل بين الموادّ المختلفة الموجودة في الخليط، يجب إيجاد الصفات التي تميّز كلّ مادّة في الخليط، على سبيل المثال، الذابيئة في الماء، درجة حرارة الغليان، وحجم الحبيبات أو الانجذاب إلى المغناطيس. تسمّى هذه الصفة صفة فاصلة لأنّها تتيح الفصل بين الموادّ الموجودة في الخليط.