تم إلغاء تنشيط البوابة. يُرجَى الاتصال بمسؤول البوابة لديك.

شارح الدرس: التحليل الكيميائي الكيمياء

في هذا الشارح، سوف نتعلَّم كيف نُحدِّد ونَصِف الأنواع المختلفة للتحليل الكيميائي، ونفسِّر أهميتها في المجالات العلمية.

في كل فرع أو مجال من الكيمياء، من المهم التعرُّف على المواد الموجودة في مادة أو خليط ما وتحديد كميتها. تُسمَّى المادة التي يتم التعرُّف عليها أو تحديد كميتها، أو هما معًا، بالمادة المراد تحليلها.

تعريف: المادة المراد تحليلها

المادة المراد تحليلها هي المادة الموجودة في العيِّنة التي تُفحَص.

فيما يلي بعض الأمثلة لعلماء وباحثين يحدِّدون تركيب مواد كيميائية مختلفة:

  • يحلِّل الأطباء والصيادلة والكيميائيون المُركَّبات الموجودة في الأدوية وكمياتها وتركيزاتها. يحلِّل المختصون في مجال الطب أيضًا تركيب الدم وسوائل الجسم لتشخيص أمراض مختلفة. يمكن للأطباء، على سبيل المثال، تحليل محتوى الليبيدات في عيِّنات الدم لتحديد إذا ما كان المريض سيعاني من مرض قلبي وعائي، وإذا ما كان يحتاج إلى تناول أي دواء.
  • يحلِّل المزارعون وعلماء التربة خواص التربة القابلة للزراعة. يمكن أن تختلف أنواع التربة بعدة طرق، ويجب على المزارعين فهم التركيب العنصري لتربة معيِّنة وحمضيتها أو قاعديتها. وهذا يساعد المزارعين على اختيار أفضل الأسمدة لحقولهم.
  • يحلِّل كيميائيو الأغذية ومختصو التغذية تركيب الأغذية لتحديد العناصر الغذائية التي تحتويها وبأي نسب.
  • يدرس الكيميائيون البيئيون المواد البيئية، مثل: أنواع التربة والغازات والمسطحات المائية، لتحديد إذا ما كان يوجد ملوِّثات وبأي نسب. كذلك يحلِّلون المواد السامة مثل غازَي أول أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكبريت، والمعادن الثقيلة أيضًا مثل الزرنيخ والزئبق، ويحلِّلون تلوث المواد الغذائية بالمبيدات الحشرية ومبيدات الأعشاب.
  • يدرس مهندسو الميكانيكا وعلماء المعادن الفلزات والمُركَّبات الكيميائية الموجودة في الخامات ومكوِّنات الآلات. وهذا يساعدهم على تحسين قوة الآلات وتحسين عمليات استخلاص المعادن.

مثال ١: تحديد المجال العلمي الذي يحلِّل مستويات الجلوكوز في جسم الانسان

يُمكِن استخدام التحليل الكيميائي لتحديد كمية الجلوكوز الموجودة لدى شخص. في أيِّ مجال علمي يكون هذا التحليل مهمًّا؟

  1. البيئة
  2. الزراعة
  3. الصناعة
  4. كيمياء الطعام
  5. الطب

الحل

تمثِّل مستويات الجلوكوز في جسم الإنسان، مثل مستويات السكر في الدم، أهمية كبيرة للحفاظ على صحة جيدة. ومن ثَمَّ، يُعتبر تحليل كمية الجلوكوز الموجودة في الدم مهمًّا في المجال الطبي. إذن الإجابة الصحيحة هي الخيار (هـ): الطب.

العيِّنة الكيميائية عبارة عن كمية صغيرة يسهل التعامل معها مأخوذة من كمية أكبر. تُعَد العيِّنات دائمًا لتكون نسخًا مقبولة من الكمية الكبرى التي تمثِّلها. يجب أن يكون للعيِّنة والكمية الكبرى الخواص الفيزيائية والكيميائية نفسها.

تعريف: العيِّنة

العيِّنة عبارة عن كمية محدَّدة من مادة ما، ويجب أن تكون مشابهة لهذه المادة وممثِّلة لها.

يمكن تحليل العيِّنات الكيميائية باستخدام طرق التحليل الكيفي أو الكمي. تُستخدَم طرق التحليل الكيميائي الكيفي لتحديد ماهية المادة أو المواد الموجودة في عيِّنة كيميائية.

التحليل الكيفي

تُستخدَم طرق التحليل الكيفي لتحديد ماهية المواد الموجودة في العيِّنات الكيميائية.

تُعرَف العيِّنة بأنها نقية إذا كانت تحتوي على مادة كيميائية واحدة. وتُعرَّف بأنها خليط إذا كانت تحتوي على أكثر من مادة كيميائية واحدة. يمكن تصنيف معظم المواد الصلبة والسوائل والغازات إلى مخاليط؛ لأنها تتكوَّن من مادتين كيميائيتين مختلفتين على الأقل. يمكن استخدام طرق التحليل الكيفي لتحديد ماهية المواد التي اتحدت معًا لتكوين خليط. ويمكن أن تكون المكوِّنات عناصر مثل النيتروجين، أو مُركَّبات مثل الماء وثاني أكسيد الكربون. يُعَد كثيرٌ من المخاليط في الحياة الواقعية (مثل التربة أو الهواء أو الدم) مخاليط معقدة تحتوي على الكثير من العناصر المُركَّبة المختلفة والجزيئات.

العيِّنةالمكوِّنات
ملح الطعامأيونات Na+ وأيونات Cl
هواء ملوثN2 وO2 وHO2 وCO2، وكميات صغيرة من غازات
Ar وNO وNO وCO، وما إلى ذلك.
دمخلايا الدم الحمراء وHO2
وخلايا الدم البيضاء والصفائح ومكوِّنات الخلايا والهرمونات وNa+ وCl وMg2+ وCa2+
وأيونات أخرى مختلفة، والسكر و(CHO6126) وCO2
والكوليسترول، وغير ذلك من المواد.
برتقالحمض الستريك وHO2 والسكريات (السكروز والفركتوز والجلوكوز)
وفيتامينات (هـ)، (د)، (ك)، (ج)، ومُركَّبات أخرى كثيرة،
مثل الليمونين والأوكتانال وبيوتانوات الإيثيل والديكانال والهكسانال
و(S) لينالول والهيدروكربونات والكحولات والألدهيدات والإسترات.

للعيِّنات النقية مجموعة من الخواص الفيزيائية والكيميائية التي تميِّزها عن غيرها من المواد. يمكن استخدام الثوابت الفيزيائية، مثل درجة الانصهار ودرجة الغليان والذوبانية والكتلة المولية، لتحديد إذا ما كانت مادة ما معلومة نقية أو ملوثة بالشوائب.

قد يستخدم الكيميائيون درجة الغليان المعروفة لجزيئات الماء لتحديد إذا ما كانت عيِّنة من الماء ملوثة بالشوائب. يغلي الماء النقي عند درجة حرارة 100C إذا كان الضغط يساوي بالضبط ضغط جوي واحدًا (atm). وتغلي عيِّنات الماء الملوثة عند درجة حرارة أعلى قليلًا؛ لأنها تحتوي على شوائب كيميائية. يمكن غلي عيِّنات الماء لتحديد إذا ما كانت نقية أو تحتوي على شوائب كيميائية.

ويمكن أيضًا للكيميائيين استخدام قيم الكتلة المولية المعلومة للمُركَّبات العضوية لتحديد تركيب مستخلص نباتي. يوفِّر مطياف الكتلة معلومات عن الكتل المولية لمختلف المواد المُراد تحليلها. ويمكن مقارنة المعلومات الخاصة بالكتلة المولية الناتجة عن مطياف الكتلة بالبيانات المرجعية لتحديد محتوى مستخلص نباتي.

يمكن استخدام نيترات الفضة للكشف عن وجود معظم أملاح الهاليدات؛ لأن أيونات الفضة تُكوِّن راسبًا ملوَّنًا عندما تتفاعل مع أيونات الكلوريد أو البروميد أو اليوديد. تكوِّن نيترات الفضة راسبًا أبيضَ عندما تتفاعل مع أيونات الكلوريد. تكوِّن نيترات الفضة رواسب صفراء مائلة للأبيض ورواسب صفراء عندما تتفاعل مع أيونات البروميد أو اليوديد. توضِّح المعادلة الآتية التفاعل الذي يحدث بين أيونات الكلوريد ونيترات الفضة. Cl()+AgNO()AgCl()+NO()33aqaqsaqأناتاراأأنات

يوضِّح الجدول والشكل الآتيين التفاعلات بين نيترات الفضة وأيونات الفلوريد والكلوريد والبروميد واليوديد.

الأيون الموجودالملاحظة
Fلا يوجد راسب
Clراسب أبيض
Brراسب أصفر مائل للأبيض
Iراسب أصفر

أحيانًا يكون الكيميائيون غير متأكدين من التركيب الكيميائي للمنتجات الغذائية، ويريدون معرفة إذا ما كانت العناصر الغذائية تحتوي على جزيئات نشا. يمكن إضافة قطرات من محلول اليود البُني المصفر إلى عيِّنات الطعام لتحديد إذا ما كانت تحتوي على أي جزيئات نشا. تترك قطرات اليود بقعًا سوداء مائلة للزرقة على المنتجات الغذائية إذا كانت تحتوي على نشا. توضِّح الصورة الآتية كيف يمكن استخدام قطرات اليود للكشف عن وجود جزيئات النشا في عيِّنة منتج غذائي.

اختبار تجريبي على النَّشَا

يمكن أن تكون الاختبارات المنفردة غير قطعية، وعادةً ما نُضطر إلى إجراء اختبارين كيميائيين مختلفين على الأقل لتحديد ماهية مادةٍ ما أو كميتها في عيِّنة ما. يمكن فهم أوجه القصور في الاختبارات الكيميائية المنفردة بالتفكير في الطريقة التي تُنتِج بها الفلزات لهبًا ذا ألوان متشابهة في اختبارات اللهب.

تُنتِج فلزات الليثيوم والكالسيوم والسترونشيوم جميعها لهبًا أحمر في اختبارات اللهب. لا يمكن استخدام اختبارات اللهب المنفردة لتحديد إذا ما كانت العيِّنة تحتوي على عنصر الليثيوم؛ لأن فلزات الكالسيوم والسترونشيوم تُعطي ألوانًا متشابهة للَّهب. لا بد من دمج اختبار اللهب مع صورة أخرى من التحليل الكيميائي للتأكُّد من أن المادة تحتوي على الليثيوم وليس فلزات الكالسيوم أو السترونشيوم.

مثال ٢: تحديد العبارة التي لا تَصِف التحليل الكيفي

أيٌّ من الآتي ليس مثالًا للتحليل الكيميائي الكيفي؟

  1. التعرُّف على المجموعات الوظيفية في أحد الجزيئات
  2. التعرُّف على المجموعات الكاتيونية في أحد المُركَّبات
  3. التعرُّف على المجموعات الأنيونية في أحد المُركَّبات
  4. تعيين تركيز أحد المُركَّبات في محلولٍ ما
  5. تحديد التركيب العنصري لأحد الجزيئات

الحل

التحليل الكيفي هو التعرُّف على المادة أو المواد المكوِّنة (العناصر أو الأيونات أو المُركَّبات أو المجموعات الوظيفية في مُركَّب) الموجودة في العيِّنة. وفقًا لهذا التعريف، يمكننا استبعاد الخيارات (أ)، (ب)، (ج)، (هـ)؛ فهي تُشير جميعًا إلى التعرُّف على أجزاء مُركَّب ما. والخيار (د) ليس مثالًا على التحليل الكيميائي الكيفي، بل على التحليل الكيميائي الكمي؛ إذ يمكن تحديد التركيز كميًّا. ويمكن قياس التركيز والتعبير عنه بوحدات مختلفة، مثل المول لكل لتر. بناءً على ذلك يمكننا القول بأن الخيار (د) هو الإجابة الصحيحة لهذا السؤال.

عادةً ما يريد الكيميائيون التحليليون معرفة محتوى المادة الكيميائية وتركيبها. إنهم يريدون معرفة ما تحتويه المادة وبأي نسب. يمكن استخدام طرق التحليل الكيميائي الكمي لدراسة وفرة العناصر والمُركَّبات في العيِّنات الكيميائية.

تعريف: التحليل الكمي

تُستخدَم طرق التحليل الكمي لتحديد وفرة العناصر والمُركَّبات في العيِّنات الكيميائية.

يوضِّح الشكل الآتي بعض الوحدات المستخدَمة لوصف وفرة العناصر والجزيئات في العيِّنات الكيميائية. ويوضِّح أيضًا أنه يمكن التعبير عن الوفرة في صورة قيم الكتلة والتركيز أو عدد المولات ونسبة التركيب المئوية.

يَستخدم جميع الكيميائيين التحليليين تقريبًا الميزان أو المقياس التحليلي لتحديد كتل المواد الكيميائية المختلفة. ومعظم الموازين التحليلية تكون أدوات دقيقة للغاية، وعادةً ما تُعرَض قيم الكتلة لأقرب 0.1 أو 0.01، أو حتى 0.001 ملليجرام (mg).

يمكن أن تساعد طرق التحليل الكمي الكيميائيين على تحديد كمية مادة ما في عيِّنة كيميائية، وتحديد كمية الناتج الكيميائي المرغوب الذي سينتج خلال التفاعل الكيميائي.

هناك العديد من الطرق لتحليل محتوى العيِّنة الكيميائية وتركيبها. يلخِّص الجدول الآتي بعض أهم اختبارات تحليل العيِّنات الكيميائية.

اسم الاختبارطريقة عملهالهدفمثال على استخدامه
التحليل الحجميتُحدَّد كمية المادة
بقياس حجمها أو بقياس
حجم مادة ثانية
تتفاعل معها.
تحديد التركيز المجهول
لمتفاعل معلوم
تحديد تركيز الملوثات
في المطر الحمضي أو مياه الفضلات
التحليل الوزنييمكن استخدام عدة طرق لتحديد كمية
المادة المراد تحليلها بناءً على كتلتها.
تحديد كمية المادة المراد تحليلها
في مادة كيميائية
تحديد محتوى الكاتيون
في ملح الكبريتات
التحليل بالاحتراقيتفاعل مُركَّب نقي مجهول
مع الأكسجين وتُقاس نواتج الاحتراق.
تحديد الصيغة التجريبية ووفرة
المُركَّب العضوي النقي
تحديد كمية
النيتروجين في علف الحيوان
اختبار اللهبيتغيَّر لون لهب موقد بنسن
في وجود أيونات معيِّنة.
تحديد ماهية عنصر فلزياختبار إذا ما كان الصوديوم موجودًا في عيِّنة تربة
اختبار الغازيمكن إجراء اختبارات كيميائية مختلفة لتحديد ماهية غاز مجهول.التأكُّد من وجود العناصر والمُركَّبات الكيميائية الغازية أو عدم وجودهاتحديد إذا ما كانت العيِّنة تحتوي على غاز ثاني أكسيد الكربون عن طريق تكوين الفقاعات في ماء الجير
تفاعلات الترسيبيتفاعل ملحان قابلان للذوبان في محلول، ويتكوَّن ناتج غير قابل للذوبان.تحديد وجود مُركَّب ما أو جزء من مُركَّب ما بناءً على قدرته على تكوين ناتج واضح غير قابل للذوبانتحديد وجود هاليد في ملح

يمكن استخدام الرياضيات لتحديد مدى عدم التأكد من القيم الكيميائية المقيسة. توضِّح الطرق الإحصائية أن القيم المقيسة تكون أكثر دقةً عند إجراء مزيد من القياسات لأي كمية كيميائية واحدة. عادةً لا يُجري الكيميائيون قياسًا واحدًا لكمية كيميائية مجهولة. يقيس الكيميائيون الكمية الكيميائية نفسها عدة مرات لإيجاد قيمة متوسطة أكثر دقةً. يمكن أيضًا إجراء مقارنات مع بيانات مرجعية لضمان قياس الكمية الكيميائية بدقة.

مثال ٣: تحديد إذا ما كانت الاختبارات الكيميائية كمية أو كيفية

وجد أحد الكيميائيين محلول ملح غير معنون، وحاول تحديد مُكوِّناته وخواصه.

  1. أضاف الكيميائي بضع قطرات من AgNO3 إلى عيِّنة من محلول الملح ليرى إذا ما كان هناك راسب يتكوَّن، وذلك يُشِير إلى وجود مجموعة هاليد. هل هذا اختبار كيفي أم كمي؟
    1. كيفي
    2. كمي
  2. وجد الكيميائي أن راسبًا قد تكوَّن عند إضافة AgNO3. تم ترشيح الراسب وتجفيفه ووزنه واستخدامه لتحديد كتلة الملح في المحلول. هل هذا اختبار كيفي أم كمي؟
    1. كمي
    2. كيفي

الحل

الجزء الأول

يمكن إضافة AgNO3 للعيِّنة للتأكُّد من وجود أو عدم وجود أيون الهاليد. ولا يُجرى أي قياس أو تحديد أي كمية. ومن ثمَّ، فالاختبار ليس اختبارًا كميًّا. إذن الإجابة الصحيحة هي أنه اختبار كيفي. بناءً على ذلك يمكننا القول إن الخيار (أ) هو الإجابة الصحيحة لهذا السؤال.

الجزء الثاني

هذا اختبار كمي؛ لأنه قد أُجري قياسٌ. بناءً على ذلك، يمكننا القول بأن الخيار (أ) هو الإجابة الصحيحة لهذا السؤال.

مثال ٤: فهم الفرق بين التحليل الكيفي والتحليل الكمي

يُمكن تقسيم التحليل الكيميائي إلى نوعين: التحليل الكيفي والتحليل الكمي. أيُّ عبارة تَصِف الفرق بينهما؟

  1. يهدف التحليل الكيفي إلى التعرُّف على تركيب مادة ما، أما التحليل الكمي فيهدف إلى تحديد كتلة أو نسبة التركيب المئوية أو تركيز مادة ما.
  2. يمكن استخدام التحليل الكيفي في التعرُّف على الكاتيون في مُركَّب ما، أما التحليل الكمي فيمكن استخدامه في التعرُّف على الأنيون في مُركَّب ما.
  3. يُستخدم التحليل الكيفي عندما تكون العيِّنة صلبة، أما التحليل الكمي فيستخدم عندما تكون العيِّنة عبارة عن محلول مائي.
  4. يهدف التحليل الكيفي إلى التعرُّف على الخواص الكيميائية لمادة ما، أما التحليل الكمي فيهدف إلى التعرُّف على الخواص الفيزيائية.
  5. يهدف التحليل الكيفي إلى تحديد كتلة أو نسبة التركيب المئوية أو تركيز مادة ما، أما التحليل الكمي فيهدف إلى تحديد تركيب مادة ما.

الحل

التحليل الكيفي هو التعرُّف على المادة أوالمواد المكوِّنة (العناصر أو الأيونات أو المُركَّبات أو المجموعات الوظيفية في مُركَّب عضوي) الموجودة في عيِّنة ما، أما التحليل الكمي فهو تحديد مقدار أو كمية كل مكوِّن موجود في العيِّنة. من ثَمَّ، فإن العبارة (أ) «يهدف التحليل الكيفي إلى التعرُّف على تركيب مادة ما، أما التحليل الكمي فيهدف إلى تحديد كتلة أو نسبة التركيب المئوية أو تركيز مادة ما» هي العبارة الصحيحة.

النقاط الرئيسية

  • المادة المراد تحليلها هي المادة الموجودة في العيِّنة التي تُفحَص.
  • العيِّنة عبارة عن كمية صغيرة يسهل التعامل معها مأخوذة من كمية أكبر. العيِّنات لها نفس الخواص الفيزيائية والكيميائية لمادة المصدر.
  • للعيِّنات النقية مجموعة من الخواص الفيزيائية والكيميائية التي تميِّزها عن غيرها من المواد.
  • يُجرَى التحليل الكيميائي في العديد من المجالات؛ ومنها الطب والزراعة وصناعة الأغذية والدراسات البيئية والهندسة.
  • تُستخدَم طرق التحليل الكيفي للتأكُّد من وجود مادة ما في عيِّنة كيميائية أو عدم وجودها.
  • تُستخدَم طرق التحليل الكمي لتحديد وفرة العناصر والمُركَّبات في العيِّنات الكيميائية.

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