تم إلغاء تنشيط البوابة. يُرجَى الاتصال بمسؤول البوابة لديك.

شارح الدرس: الترشيح والتبلور الكيمياء

في هذا الشارح، سوف نتعلَّم كيف نفصل المخاليط باستخدام الترشيح والتبلور، ونحدِّد الأجهزة اللازمة، ونحدِّد متى يتعيَّن استخدام كل جهاز على حدة.

نحتاج عادة إلى فصل خليط أو تنقية مادة في مختبر الكيمياء. وهناك العديد من التقنيات التي يمكننا استخدامُها. بعضها مناسب لفصل أنواع محددة من المخاليط، وتنقية موادَّ بعينها. والبعض الآخر مناسب أكثر لفصل أنواع مختلفة تمامًا من المخاليط ، وتنقية أنواع مختلفة تمامًا من المواد. وتعد تقنية الترشيح مثالية لفصل المخاليط التي تحتوي على مادة صُلبة غير قابلة للذوبان ومادة سائلة. يمكن استخدام تقنية الترشيح في فصل خليط من الرمل والماء.

تُجرى عملية الترشيح بسكب خليط على ورقة ترشيح مسامية. ويجب وضع ورقة الترشيح المسامية في قمع. وتفصل تقنية الترشيح المواد الصلبة عن السائلة بناء على حجم جسيماتها. الجزيئات السائلة والأيونات المذابة صغيرة جدًّا ويمكنها أن تمر عبر ورقة الترشيح بينما لا يمكن للجسيمات الصُّلبة ذلك. فالسائل الذي يمر عبر ورقة الترشيح يسمى المُرشَّح، والمادة الصُّلبة التي تبقى في ورقة الترشيح تسمى الراسب.

هناك طريقتان للترشيح. لكل منها مجموعة من المزايا والعيوب. النوع الأول هو الترشيح بالجاذبية، وهي طريقة تُستخدم عندما توجد كمية كبيرة من الخليط المراد فصله. وتُستخدم أيضًا طريقة الترشيح بالجاذبية عندما نريد جمع المُرشَّح، وترشيح الخليط وهو ساخن.

يمكن إجراء تجارب الترشيح بالجاذبية بوضع قمع فوق دورق مخروطي وتثبيته بحلقة حديدية أو ماسك.

يجب أن نستخدم قمعًا بدون عنق إذا كنا نرشِّح خليطًا ساخنًا؛ لأن البلورات قد تتكوَّن في العنق، وهذا قد يمنع عمليات الترشيح.

توضع دائمًا أوراق الترشيح داخل القمع قبل ترشيح أي مخاليط. يمكن طي ورقة الترشيح على صورة مخروط أو جعلها مخدَّدة الشكل قبل وضعها في القمع.

توجد بعض الفروق الواضحة بين ورقة الترشيح المخروطية الشكل وورقة الترشيح المخدَّدة الشكل. يميل الكيميائيون إلى استخدام أوراق الترشيح المخدَّدة عند إجراء تجارب الترشيح بالجاذبية؛ لأنها توفر مساحة سطح أكبر يمكن للمذيب أن يتسرَّب من خلالها. كما تساعد الأجزاء المخدَّدة من ورقة الترشيح في تسريع عمليات الترشيح.

وبمجرد وضع ورقة الترشيح على القمع، يجب رج الخليط بحركة دائرية حتى تنتشر الجسيمات الصُّلبة في السائل. ويُتيح هذا انسكاب المواد الصُّلبة على نحو أكثر سهولة، ويساعد في منع بقاء الجسيمات الصُّلبة في الجزء السفلي من الأدوات الزجاجية.

يمكننا بعد ذلك سكب الخليط في ورقة الترشيح. يجب أن نسكب الخليط ببطء لتجنُّب التناثر و/ أو غمر ورقة الترشيح بالسائل. من المهم أن يُسكب الخليط في منتصف ورقة الترشيح المخدَّدة. ويجب عدم سكب الخليط بين الأحرف المطوية والقمع.

ستظل الرواسب الصُّلبة على ورقة الترشيح، وسوف يمر المُرشَّح من خلال ورقة الترشيح.

خطوات: القيام بتقنية الترشيح بالجاذبية

  1. ضع قمعًا فوق دورق مخروطي.
  2. اطوِ ورقة الترشيح وضعْها في القمع.
  3. رُج الدورق الذي يحتوي على الخليط المراد ترشيحه بطريقة دائرية.
  4. اسكب الخليط ببطء في ورقة الترشيح المطوية.
  5. اترك المُرشَّح ينفصل وكرِّر هذه العملية حتى ينفصل الخليط بالكامل.

مثال ١: التعرُّف على المصطلحات المعطاة للمادة الصُّلبة والسائلة أثناء الترشيح

يوضح الشكل الآتي الإعداد التجريبي لعملية الترشيح.

  1. ما اسم المادة الصُّلبة المتبقية في ورقة الترشيح؟
  2. ما اسم السائل الذي يمر من خلال ورقة الترشيح؟

الحل

الجزء الأول

الترشيح هو تقنية الفصل بين مادة صُلبة غير ذائبة ومادة سائلة من خلال سكب الخليط في ورقة ترشيح. تُسمى المادة الصُّلبة التي تبقى في ورقة الترشيح الراسب.

الجزء الثاني

ويُسمى السائل الذي يمر من خلال ورقة الترشيح المُرشَّح.

النوع الثاني من الترشيح هو الترشيح بالتفريغ، وهي طريقة تُستخدم عندما نريد جمع المادة الصُّلبة كلها، وعندما يكون هناك كمية صغيرة نسبيًّا من الخليط المراد فصله. يُستخدم قمع بوخنر للقيام بتقنية الترشيح بالتفريغ. يعمل قمع بوخنر نفس عمل القمع طويل العنق. ولكنَّ الاختلافين الرئيسيين بينهما هما أن قمع بوخنر عادة ما يكون مصنوعًا من السيراميك بدلًا من الزجاج، وله أيضًا لوح مسطح به العديد من الثقوب في الداخل.

توضع قطعة دائرية من ورقة ترشيح على اللوح المسطح لتغطية كل الثقوب. يجب أن يكون قطر ورقة الترشيح مماثلًا لقطر قمع بوخنر. ويجب أن تكون ورقة الترشيح مستوية وغير مكدَّسة عند أي نقطة على سطح القمع. يمكننا التأكُّد من أن ورقة الترشيح مستوية تمامًا على الثقوب من خلال تبليل الورقة بالقليل من المذيب.

سنحتاج أيضًا إلى دورق بوخنر، والذي يُسَمَّى أحيانًا دورقًا ذا ذراع جانبي.

يُمكن توصيل أنبوب سميك في ذراع الدورق. وتوصيل الطرف الآخر من الأنبوب بخط تفريغ أو شفاط. يجب أن يكون قمع بوخنر متصلًا بدورق بوخنر باستخدام سدادة مطاطية، أو حلقة، أو مانع تفريغ.

عندما يكون مانع التفريغ محكمًا، ويتم تشغيل التفريغ، فستؤثر قوى شفط قوية على قمع بوخنر. بعد تشغيل التفريغ، يمكننا سكب الخليط الذي رُجَّ بحركة دائرية على ورقة الترشيح. وسيسحب الشفطُ السائلَ إلى دورق بوخنر، تاركًا المادة الصُّلبة على ورقة الترشيح. وهذه الطريقة أسرع بكثير من استخدام تقنية الترشيح بالجاذبية لفصل المخاليط؛ لأنها تعتمد على قوى شفط قوية للغاية بدلًا من قوى الجاذبية الأضعف.

عند إجراء عملية الترشيح بالتفريغ، يجب أن نتأكد من أن الجهاز مُؤَمَّن عن طريق تثبيت عنق دورق بوخنر. علينا أيضًا الانتباه لعدم امتلاء دورق بوخنر بالكامل. لأن السائل في دورق بوخنر إذا وصل إلى الذراع، فسيُسحب داخل خط التفريغ.

خطوات: القيام بتقنية الترشيح بالتفريغ

  1. ضع مانع التفريغ وقمع بوخنر في دورق بوخنر.
  2. ضع ورقة ترشيح بنفس قطر القمع في قمع بوخنر.
  3. وصِّل ذراع دورق بوخنر بخط تفريغ أو شفاط عن طريق أنبوب سميك.
  4. شغِّل التفريغ.
  5. بلِّل ورقة الترشيح بالقليل من المذيب، ويفضل أن يكون نفس السائل الموجود في الخليط.
  6. تأكَّد من أن مانع التفريغ يعمل جيدًا بسماع ضوضاء الشفط أثناء سحب المذيب إلى داخل الدورق.
  7. رُجَّ الدورق الذي يحتوي على الخليط المراد ترشيحه بطريقة دائرية.
  8. اسكب الخليط ببطء على ورقة الترشيح حتى يُفصل الخليط بالكامل.

مثال ٢: تذكر طريقة لاسترجاع الرمل من الماء

مطلوب من أحد الطلاب فصل عينة رمل من معلق مائي. ما التقنية التي ينبغي عليه استخدامها؟

  1. الترشيح.
  2. التقطير.
  3. التبلور.
  4. التبخير.
  5. الطرد المركزي.

الحل

التبلور والتبخير هما تقنيتا فصل يمكن استخدامهما لفصل مادة صلبة ذائبة عن سائل. والتقطير هو تقنية فصل يمكن استخدامها لفصل سائلين قابلين للامتزاج لهما درجتا غليان مختلفة. والطرد المركزي هو تقنية فصل تستخدم عادة لفصل جسيمات عالقة دقيقة للغاية عن محلول ما. أما الترشيح فهو تقنية فصل يمكن استخدامها لفصل مادة صُلبة غير قابلة للذوبان عن سائل ما.

والرمال غير قابلة للذوبان في الماء. والجسيمات كبيرة إلى حدٍّ ما؛ لذا فإن تقنية الطرد المركزي لن تكون هي أفضل تقنية للفصل. والتقنية التي ينبغي على الطالب استخدامها هي الترشيح، أي الخيار (أ).

عندما يحتوي الخليط على سائل، ومادة صُلبة قابلة للذوبان، على سبيل المثال، ماء مالح، يمكننا فصل المكونين عن طريق السماح للمادة الصُّلبة الذائبة بالتبلوُر. وفي طريقة الفصل هذه، يتطاير السائل، والذي يُسمَّى أيضًا المذيب، عن طريق تعريض الخليط للحرارة. هذا يعني أنه لا يمكن تجميع سوى المادة الصُّلبة الذائبة. ويمكن أن تُسمى هذه المادة الصُّلبة الذائبة أيضًا بالمذاب.

هناك طريقتان لإنتاج البلورات. كل طريقة لها مجموعة من المزايا والعيوب. الطريقة الأولى هي تقنية التبخير، التي تُستخدم إذا كان معروفًا أن المحلول يحتوي على مذاب واحد فقط. يمكن استخدام تقنية التبخير أيضًا إذا كان المحلول لا يحتوي على أي شوائب، ولا نحتاج إلى تكوين بلورات منتظمة كبيرة.

يحدث التبخير عن طريق وضع محلول الاختبار أولًا في طبق التبخير أو حوض التبخير. ويمكن بعد ذلك وضع المحلول في مكان مفتوح ليتسنى للمذيب أن يتبخر طبيعيًّا. يمكن أيضًا وضع المحلول فوق مصدر للحرارة لتسريع عملية التبخير.

لكن، لا ينبغي أبدًا تسخين المحلول بسرعة كبيرة. فالتسخين الهادئ يساعد على منع الغليان السريع والاهتزاز، اللذين يتسببان في خروج بعض المحلول من الطبق. يبدأ المذيب في التبخُّر عند تعرضه للحرارة، ويُصبح المحلول أكثر تركيزًا.

وأخيرًا، يتم الوصول إلى النقطة التي يُصبح فيها المحلول فوق مشبَّع ولم يعد يمكنه الاحتفاظ بكل المادة المذابة. عند هذه النقطة، يبدأ تكوُّن بلورات صغيرة على سطح السائل أو على أطراف طبق التبخير.

يجب أن نستمر في تسخين المحلول حتى يتبخر الجزء الأكبر من المذيب. يجب عدم تسخين البلورات حتى تصبح جافة تمامًا؛ حيث تتفكك بعض البلورات بسهولة عند تعرضها للمزيد من الحرارة. ستتكوَّن طبقة من البلورات الصغيرة في الطبق، ويمكن فصلها عن المحلول المتبقي باستخدام تقنية الترشيح. وبما أن هذه البلورات تتكون بسرعة، فإنها ستكون صغيرة. بالإضافة إلى ذلك، إذا كانت هناك أي شوائب في المحلول، فستتبلور أيضًا أو تصبح محصورة في البنية البلورية للمذاب.

خطوات: القيام بتقنية التبخير

  1. ضع المحلول المراد فصله في طبق التبخير.
  2. ضع طبق التبخير على مصدرٍ للحرارة.
  3. سخِّن طبق التبخير ببطء حتى يتبخر الجزء الأكبر من المذيب.
  4. استخدم تقنية الترشيح لفصل البلورات الناتجة عن أي محلول متبقي.

مثال ٣: تذكر إحدى طرق استرجاع كلوريد الصوديوم من محلول

يُذيب أحد الطلاب بعضًا من كلوريد الصوديوم في الماء، ويرغب في استرجاعه. ما التقنية التي ينبغي أن يستخدمها؟

  1. التبلور.
  2. الترشيح.
  3. الطرد المركزي.
  4. التبخير.
  5. التقطير.

الحل

التقطير هو تقنية فصل يمكن استخدامها لفصل سائلين قابلين للامتزاج لهما درجتا غليان مختلفتان. والطرد المركزي هو تقنية فصل تُستخدم عادة لفصل جسيمات عالقة دقيقة للغاية عن محلول ما. أما الترشيح فهو تقنية فصل يمكن استخدامها لفصل مادة صُلبة غير قابلة للذوبان عن سائل ما. والتبلور والتبخير هما تقنيتا فصل يمكن استخدامهما لفصل مادة صُلبة ذائبة عن سائل.

في هذا السؤال، كلوريد الصوديوم ذائب في الماء. ويمكن للطالب أن يستخدم إما التبلوُر أو التبخير لاسترجاع كلوريد الصوديوم. لكن نظرًا لعدم وجود مواد مذابة أو شوائب أخرى في المحلول، فإن التبخير هو التقنية المفضلة لأنه أسرع بكثير من التبلوُر. يجب على الطالب استخدام التبخير، وهو الخيار (د).

أما الطريقة الثانية، وهي تقنية التبلوُر، فتستخدم إذا كان معروفًا أن المحلول يحتوي على اثنين أو أكثر من المواد المذابة التي لها ذوبانيات مختلفة. يجب أيضًا استخدام تقنية التبلوُر إذا كان المحلول يحتوي على الشوائب أو إذا أردنا تكوين بلورات منتظمة كبيرة.

تبدأ عملية التبلوُر مثلما يحدث في عملية التبخير. إلا أنه في هذه العملية يُرفع طبق التبخير عن مصدر الحرارة فور بدء تكون البلورات الصغيرة على سطح السائل أو على أطراف طبق التبخير. علينا بعد ذلك وضع طبق التبخير جانبًا حتى يبرد.

ستقل قدرة المحلول على الاحتفاظ بالمذاب شيئًا فشيئًا كلما بَرد المحلول. وسيترسب المذاب الزائد في صورة بلورات منتظمة كبيرة. ويمكننا تكوين المزيد من البلورات عن طريق وضع طبق التبخير في حمام ثلج. توضح الصورة الآتية بعض بلورات كبريتات النحاس التي تم فصلها عن محلول كبريتات النحاس باستخدام تقنية التبلور.

بلورة كبريتات النحاس

بمجرد أن تبرد البلورات الناتجة والمحلول المتبقي يمكن فصلهما باستخدام تقنية الترشيح. تُعد عملية التبلور طريقة ممتازة لتنقية المحلول إذا كان يحتوي على أي شوائب. فعندما تتكون البلورات ببطء، يمكن الحصول على بنية بلورية منتظمة دون انحصار الشوائب بها. ستظل الشوائب في المحلول، ويمكن ترشيحها بعد ذلك.

إذا كان هناك أكثر من مذاب واحد قابل للذوبان في المحلول الأصلي، فسيترسب أولًا المذاب الأقل ذوبانًا على صورة بلورات. قد نحتاج إلى العديد من عمليات التبلور لفصل المواد المذابة بالكامل.

خطوات: القيام بتقنية التبلور

  1. ضع المحلول المراد فصله في طبق التبخير.
  2. ضع طبق التبخير على مصدر للحرارة.
  3. سخن طبق التبخير ببطء حتى تبدأ البلورات في التكون.
  4. ارفع طبق التبخير عن الحرارة، واتركه ليبرد.
  5. استخدم تقنية الترشيح لفصل البلورات الناتجة عن المحلول المتبقي.

مثال ٤: تذكر طريقة القيام بتقنية التبلور

يوضِّح الشكل الآتي الإعداد لإجراء إحدى عمليات التبلور. متى يجب إزالة الحرارة عن طبق التبخير؟

الحل

عند إجراء التبلور، يكون الهدف هو الحصول على محلول فوق مشبع؛ ومن ثَمَّ تركه ليبرد ببطء ليكون بلورات منتظمة كبيرة. نقوم بتسخين المحلول ليتطاير بعض من المذيب. ونعلم أن المحلول قد أصبح فوق مشبع عندما تبدأ البلورات في التكون على سطح السائل أو على أطراف الطبق. ويجب أن نتوقف عن التسخين عندما يبدأ تكون البلورات في الطبق.

مثال ٥: التعرف على مجموعة من الطرق لفصل كلوريد الصوديوم عن الملح الصخري

يُعرَف خليط الرمل وكلوريد الصوديوم بالملح الصخري. أيٌّ ممَّا يلي يوضِّح الترتيب الصحيح اللازم لفصل كلوريد الصوديوم عن الملح الصخري؟

  1. الذوبان في الماء الترشيح التبلور.
  2. الترشيح الذوبان في الماء التقطير.
  3. الترشيح التبلور الذوبان في الماء.
  4. التبلور الذوبان في الماء الترشيح.
  5. الذوبان في الماء التبلور الترشيح.

الحل

الملح الصخري هو خليط من مادتين صلبتين: الرمل وكلوريد الصوديوم. ولفصلهما، علينا أولًا إضافة الماء إلى الخليط. وسنجد أن كلوريد الصوديوم قابل للذوبان في الماء بينما الرمل ليس كذلك. سيتفكك كلوريد الصوديوم في الماء إلى أيونات Na+ وCl. لدينا الآن خليط من الرمل وكلوريد الصوديوم المُماه.

يمكن فصل هذا الخليط باستخدام تقنية الترشيح. في هذه الطريقة، يُسكب الخليط على ورقة الترشيح. ستبقى جسيمات الرمل الكبيرة على ورقة الترشيح، بينما تمر جزيئات الماء والأيونات من خلال ورقة الترشيح.

لفصل المذاب كلوريد الصوديوم، عن المذيب الماء، يمكننا إجراء إما عملية التبخير أو التبلور. وفي كلتا الطريقتين، يُسخن المحلول. ويتبخر المذيب (الماء) ليترك وراءه بلورات كلوريد الصوديوم.

خيار الإجابة الذي يوضح الترتيب الصحيح اللازم لفصل كلوريد الصوديوم عن الملح الصخري هو خيار الإجابة (أ)، الذوبان في الماء الترشيح التبلور.

النقاط الرئيسية

  • يمكن فصل المواد الصُّلبة غير القابلة للذوبان عن السائل باستخدام الترشيح.
  • يفضل الترشيح بالجاذبية عندما يكون المُرشَّح مطلوبًا بعد الفصل، أوعندما يوجد كمية كبيرة من الخليط المراد فصله، أو عندما نحتاج إلى ترشيح الخليط وهو ساخن.
  • يُفضل الترشيح بالتفريغ عندما تكون المادة الصُّلبة مطلوبةً بعد الفصل أو عندما تكون كمية الخليط المراد فصلها صغيرة.
  • يمكن فصل المواد الصُّلبة القابلة للذوبان عن السائل من خلال بلورة المادة الصُّلبة.
  • يفضل التبخير إذا كان معروفًا أن المحلول يحتوي على مذاب واحد فقط، ولا يحتوي على أي شوائب، ولا نحتاج إلى تكوين بلورات منتظمة كبيرة.
  • يفضل التبلور إذا كان معروفًا أن المحلول يحتوي على اثنين أو أكثر من المواد المذابة التي لها ذوبانيات مختلفة، أو عندما يحتوي المحلول على شوائب، أو إذا أردنا تكوين بلورات منتظمة كبيرة.

تستخدم نجوى ملفات تعريف الارتباط لضمان حصولك على أفضل تجربة على موقعنا. معرفة المزيد حول سياسة الخصوصية لدينا.