• ما هو الفرق (إن وجد) بين الأملاح المعدنية، والمعادن الذائبة، والأيونات المعدنية؟

ال salt, in chemistry, refers to any ionic مركب (IUPAC, 1990). For example, table salt, sodium chloride, is an ionic مركب composed of sodium (Na⁺) and chloride (Cl^–) ions. A mineral refers to chemical compounds formed naturally on rocks or the Earth, not produced by life processes. Thus, mineral salts are naturally occurring ionic compounds, and they include table salt as well as many other salts found or used in brewing water, such as magnesium sulfate (أملاح إبسوم).

ويشير المعدن الذائب إلى المادة المعدنية الذائبة في الماء. فالملح يتحلل عندما يذوب في الماء، أي أن أيوناته — الموجبة تنفصل عن السالبة انفصالاً تامًا. وبالتالي، فإن كلوريد الصوديوم الذائب في الماء لا يصبح موجودًا كمركب إنما يكون على شكل أيونات صوديوم وكلوريد فردية ذائبة في الماء. ويشير الأيون المعدني إلى أي من هذه الأيونات.

• هل كل الأملاح المعدنية عبارة عن مركبات؟

المركب هو أي مادة تتكون من اتحاد عنصرين كيميائيين أو أكثر كيميائيًا. وتعتبر الأملاح المعدنية الصلبة مركبات، لأن العناصر المكونة لها تتحد من خلال روابط أيونية , ، وهي نوع من الروابط الكيميائية. ولا تعد العناصر الكيميائية مركبات لأن الأملاح عندما , تذوب ,في الماء، تتكسر الروابط الأيونية تتحلل الأيونات.

• أملاح الطعام تتحلل في الماء. فهل ينطبق ذلك أيضًا على الأملاح المعدنية؟

نعم، تتحلل جميع الأملاح تمامًا عند إذابتها في الماء. ويعتبر ملح الطعام مثالاً على الأملاح المعدنية.

Some salts are more soluble than others, however, so a less-soluble salt (such as calcium carbonate) might only partially dissolve. In this case, some of the ions will dissolve in water and fully dissociate, but some will remain a solid. Small particles of solid calcium carbonate may spread throughout the water and create a المستعلق, making the liquid cloudy. Or the remaining solid calcium carbonate may get deposited on surfaces, forming الترسبات الكلسية.

• هل ترتبط الأيونات المعدنية بجزيئات ,الماء (H₂O) المستقلة، أم تطفو بحرية بين جزيئاته؟

عندما تذوب الأيونات في الماء، ترتبط بالعديد من جزيئاته .عن طريق الروابط الهيدروجينية، وهي روابط ضعيفة إلى حدٍ ما، مما يجعل من السهل انفصالها وإعادة تكوّنها. وهذا يسمح للأيون بالتحرك عبر الماء والترابط مع جزيئاته المختلفة خلال مساره.

• كيف تكوّن الأيونات "متعددة التكافؤ"، مثل أيونات الكالسيوم والماغنيسيوم، روابط مختلفة عن الروابط الأيونية العادية؟

Multivalent ions have more than one charge — for example, a calcium atom loses two electrons to become an ion, and so it has two positive charges (written Ca²⁺). Multivalent ions form ionic bonds in the exact same way that monovalent ions such as sodium (Na⁺) do, except that each multivalent ion needs two negative charges to التوازن it out. Thus, in calcium chloride (CaCl₂), each calcium ion bonds to two chloride ions, as each chloride ion has only a single negative charge (Cl^–).

• عندما يذيب الماء الماغنيسيوم والكالسيوم من صخور الأديم، فهل تدخل هذه العناصر الماء بشكلها البسيط (+Mg2) و(+Ca2)، أم أنها تتحد على الفور مع عناصر أخرى؟

Magnesium and calcium occur in the bedrock only as mineral salts — for example, as calcium carbonate and magnesium sulfate. In the mineral salts, these elements are present as cations (Mg²⁺ and Ca²⁺⁾ bonded to different anions. in this case, those ions are chloride (Cl^–) and sulfate (SO₄^2-). When water passes through the bedrock, some of these salts dissolve in the water and the ions dissociate. Both the calcium/magnesium cations and the respective anions dissolve in the water.

• Is the ‘2’ in Mg²⁺ different from the ‘2’ in H₂O?

Yes. In chemistry, numbers written in subscript (e.g., in the abbreviation H₂O) tell you what number of atoms of that element are present in a مركب. So, in the case of water, the ‘2’ tells you H₂O contains two hydrogen atoms and one oxygen atom.

Numbers written in superscript (e.g., in the abbreviation Mg²⁺) tell you the number of charges an ion has. Magnesium loses two electrons to form an ion, so it gains two positive charges. Chloride picks up one electron to become an ion, so it gains one negative charge (C^–). Because the charges must التوازن in a salt, magnesium chloride consists of two chloride ions for every magnesium ion, so is written as MgCl₂.

• هل من الممكن أن يؤدي عسر الماء الدائم إلى تكون ترسبات، في الغلاية البخارية لآلة الإسبريسو مثلاً؟

تتكون الترسبات الكلسية في الأساس من كربونات الكالسيوم ، التي تتكون من بيكربونات الكالسيوم الذائبة التي تتحلل عند غلي الماء. ويؤدي ذلك إلى ترسُّب كربونات الكالسيوم غير القابلة للذوبان من المحلول وتشكُّل رواسب صلبة تسمى بالترسبات الكلسية.

ولأن غلي الماء يزيل بيكربونات الكالسيوم، فإنها تُعرف بالعسر المؤقت.

يشير العسر الدائم إلى أملاح الكالسيوم والماغنيسيوم الأخرى الذائبة في الماء والتي لا تزول بغليه. ولأنها لا تترسب عند غلي الماء، فهي لا تسهم بشكل كبير في تكون الترسبات الكلسية.

• ماذا يعني مصطلح "طاقة الربط"؟ هل تعني القدرة على الإذابة؟

Binding energy refers to the strength of a chemical bond; a high binding energy forms a bond that is hard to break. In his paper on the effect of cations on extraction (Hendon et al., 2014), chemist Christopher Hendon refers to how the dissolved metal ions Ca²⁺ and Mg²⁺ bind to flavour compounds in coffee. Because these ions are dissolved in water, binding strongly to the flavour compounds helps to pull them into the water ₂— the strong bonds that are formed with the dissolved ions help to break the weaker bonds attaching the flavour compounds to the coffee bean surface.

• هل هناك فرق بين العسر العام والعسر الكلي؟

لا، فالمصطلحان والمفهومان مترادفان.

• هل يجب أن تتساوي مقاييس إجمالي المواد الصلبة الذائبة والعسر العام ؟

يشير العسر إلى تركيز الأيونات المعدنية متعددة التكافؤ في الماء، والتي يتم التعبير عنها عادةً كمكافِئات الكالسيوم. أي أن العسر يشير إلى عدد الأجزاء في كل مليون لهذا العدد من الأيونات على فرض أنها تتكون فقط من الكالسيوم. أما بالنسبة لمحلول يحتوي على أجزاء متساوية من الكالسيوم وكلوريد الماغنيسيوم، فستختلف قياسات إجمالي المواد الصلبة الذائبة والعسر العام قليلاً لأن قياس العسر العام سيعتبر أن جميع الكاتيونات عبارة عن كالسيوم، في حين يراعي مقياس إجمالي المواد الصلبة الذائبة الأحجام المختلفة لأيونات الماغنيسيوم والكالسيوم.

ولا تُسهم العديد من المواد الصلبة الأخرى الذائبة عادة في الماء، مثل كلوريد الصوديوم، في العسر، إذ أنها تُسهم في مقدار إجمالي المواد الصلبة الذائبة ولكن ليس في العسر العام. ونتيجة لذلك، يختلف قياس إجمالي المواد الصلبة الذائبة في ماء الشرب تمامًا عن قياس العسر العام.

• أُدرك أن العسر الكربوني (KH) لا يعتبر قياسًا للمحتوى المعدني، بل هو قياس لإمكانات التخزين المؤقت التي تمنحها الأيونات سالبة الشحنة. ولكن، هل يعني هذا أن ناتج طرح قيمة العسر الكربوني من قيمة العسر العام يساوي قيمة عسر الماء الدائم؟

العسر الكربوني (أو العسر المؤقت) هو مقياس لأيونات الكربونات والبيكربونات في الماء. وتزول هذه الأيونات عند غلي الماء، وتترسب كربونات الكالسيوم (الرواسب الكلسية). ). ويسمى العسر المتبقي بعد هذه العملية بعسر الماء الدائم. ويمثل العسر الكلي أو العسر العام. مجموع قيمة العسر الدائم والعسر المؤقت. وبالتالي، فإن الفرق بين قيمة العسر الكلي وقيمة العسر المؤقت يعطينا قيمة العسر الدائم.

• كيف ترتبط كاتيونات (+H) الموجبة مع جزيئات الماء (H₂O)؟ هل تُكوّن رابطة أيونية خاصة بها مع الجانب سالب الشحنة في جزء الأوكسجين من جزيء الماء؟

في الماء، تُكوِّن ذرات الهيدروجين والأوكسجين روابط تساهمية. وفي هذا النوع من الروابط، تشترك ذرات الهيدروجين والأوكسجين في إلكترونين اثنين، بدلاً من أن تفقد ذرة منهما إلكترونًا لتكتسبه الأخرى. وعندما يذوب حمض في الماء، تتكون رابطة تساهمية بين أيونات الهيدروجين المتحررة من الحمض و جزيئات الماء لتكوين أيونات (+H₃O).

في جزيء (H₂O)، تسهم كل ذرة هيدروجين بإلكترون واحد في الرابطة، ويأتي الآخر من ذرة الأوكسجين. أما في رابطة أيون (+H₃O)، فيأتي كلا الإلكترونين من ذرة الأوكسجين، وتشترك فيهما ذرات الأوكسجين والهيدروجين، في رابطة تساهمية منسقة.

المراجع

كريستوفر اتش هيندون، إل كولونا-داشوود، إم كولونا داشوود، عام 2004. "دور الكاتيونات الذائبة في استخلاص القهوة"، مجلة الكيمياء الزراعية والغذائية. المعرف الرقمي: 10.1021/jf501687c (https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/jf501687c)

الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية (IUPAC)، 1990. المصطلحات المتخصصة في الكيمياء غير العضوية الصادرة عن الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية، النسخة الثالثة (الكتاب الأحمر)، صفحة 118. الجمعية الملكية للكيمياء. رقم الكتاب المعياري الدولي 0-632-02494-1