فيديو الدرس: اختبار اللهب الكيمياء • الصف الثاني الثانوي

نسخة الفيديو النصية

في هذا الفيديو، سنتعرف على اختبار اللهب: كيفية إجرائه وأسباب عمله وكيف يتيح لنا معرفة الأيونات الفلزية الموجودة في بعض المواد. وسنلاحظ الألوان الناتجة عن القلويات والقلويات الترابية وغيرها من الأيونات الفلزية الأخرى.

اختبار اللهب هو تجربة تضاف فيها مادة إلى اللهب. بعض المواد تضفي لونًا على اللهب. ومعرفة اللون الذي تنتجه كل مادة يمكن أن يساعدنا على معرفة ماهية المواد المجهولة. تحترق العديد من المواد عند إضافتها إلى اللهب، منتجة لهبًا ساخنًا أحمر أو أصفر أو أبيض أو أزرق اللون، حسب درجة الحرارة.

وفي اختبار اللهب، يظل اللون ثابتًا إلى حد كبير في نطاق درجات الحرارة. والعامل الرئيسي في اختبار اللهب هو التسخين، لا الاحتراق. بعض المواد فقط تصدر ضوءًا مرئيًا عند تسخينها في اللهب. وإذا أنتجت المادة لون لهب مرئيًا، يكون هذا اللون مميزًا. وإن كان يصعب أحيانًا تمييز الألوان الناتجة. دعنا نلق نظرة على كيفية إجراء اختبار اللهب.

يوجد العديد من الطرق لإجراء اختبار اللهب، إلا أن استخدام الحلقة البلاتينية هو أحد أبسط هذه الطرق. فالحلقة المصنوعة من سلك بلاتيني غير تفاعلية بدرجة كبيرة ولا تتسبب في تلوين اللهب. في الخطوة الأولى، تنظف الحلقة بصورة متكررة باستخدام حمض الهيدروكلوريك ثم توضع في اللهب حتى تزال كل الملوثات. من السهل معرفة حدوث ذلك لأن وضع حلقة نظيفة في اللهب لن يؤدي إلى تغير لونه.

تغمس الحلقة بعد ذلك في مادة الاختبار، سواء كانت محلولًا أو مسحوقًا، ثم توضع في اللهب. وإذا تغير لون اللهب، فسجل هذا اللون. يمكنك فعل ذلك بكتابة وصف أو التقاط صورة. من الضروري أن يكون اللهب ساخنًا وألا ينتج لونًا قويًا بذاته. لذا إذا كنت تستخدم موقد بنسن، يفضل استخدام لهب شديد أزرق اللون بدلًا من اللهب الآمن ذي اللون الأصفر الساطع كي يسهل تمييز اللون الصادر من الأيونات. وللحصول على لهب شديد، ما عليك سوى فتح مدخل الهواء الموجود عند قاعدة موقد بنسن.

والآن لننظر إلى الشكل الذي قد يبدو عليه اختبار اللهب لمادة شائعة مثل الليثيوم. عند وضع مادة تحتوي على أيونات الليثيوم في اللهب، تصدر الأيونات ضوءًا مرئيًا، ما يغير لون اللهب إلى اللون الأحمر. التوزيع الإلكتروني لأيون الليثيوم ‪Li⁺‬‏ هو اثنان أو ‪1s²‬‏. وعند تسخينه في اللهب، تستثار الإلكترونات وتنتقل إلى مستويات طاقة أعلى. وعندما تعود الإلكترونات إلى مستوى الطاقة الأقل، يمكن أن تصدر فوتونات ضوء. وكلما زادت المسافة بين مستويي الطاقة، زادت طاقة الفوتون وقل طوله الموجي.

واللون الذي نراه قد يكون نتيجة عدة أطوال موجية مختلفة للضوء المنبعث في الوقت ذاته. لكن الأطوال الموجية للضوء مميزة لكل عنصر، وبالتالي اللون الذي نلاحظه يكون مميزًا أيضًا. ولا يعني ذلك أن أوصاف الألوان تكون دائمًا مميزة. هذا جدول يوضح الأيونات وألوان اللهب التي تنتجها عادة، بالإضافة إلى وصف عام للون. والألوان الموضحة هنا تقريبية.

كما تلاحظ، تنتج بعض الأيونات ألوانًا متشابهة للغاية. ينتج الليثيوم والسترنشيوم لونًا أحمر متشابهًا. وينتج كل من الصوديوم والكالسيوم لونًا مائلًا إلى البرتقالي. بينما ينتج الباريوم والبورون والنحاس لونًا أخضر. وينتج البوتاسيوم والروبيديوم والسيزيوم لونًا أرجوانيًا. والتمييز بين هذه الألوان يمكن أن يكون صعبًا. وبالتالي، قد يلزم إجراء اختبارات كيميائية أخرى. يمكن أيضًا استخدام محزوز الحيود أو مقياس الطيف لتحليل الضوء بمزيد من التفصيل.

تنتج بعض الأيونات عادة ضوءًا أكثر من غيرها. على سبيل المثال، تنتج أيونات البوتاسيوم لهبًا خافتًا، بينما تنتج أيونات الصوديوم لونًا أقوى بكثير. وإذا تعرضت عينة للتلوث، فقد يغلب اللون الصادر من أحد الأيونات على اللون الصادر من أيون آخر. لذا، يفضل إجراء اختبارات اللهب باستخدام مواد نقية للغاية.

الصوديوم من الملوثات الشائعة للغاية. ويمكن استخدام المرشحات مثل زجاج الكوبالت الأزرق، وهو زجاج مضاف إليه مركبات الكوبالت، لإزالة الضوء الساطع ذي اللون الأصفر المائل إلى البرتقالي من أيونات الصوديوم، ما يتيح رؤية الألوان الأخرى بشكل أكثر وضوحًا. فإذا كان لديك خليط من أيونات الصوديوم والبوتاسيوم، يمكنك استخدام زجاج الكوبالت لتتمكن من رؤية الألوان الصادرة من البوتاسيوم.

الآن وبعد أن تعرفنا على اختبار اللهب وكيفية إجرائه والأيونات التي يمكن معرفتها من خلاله، دعنا نحل بعض التمارين.

أي الصور التالية تشير فيها نتيجة اختبار اللهب إلى وجود الباريوم؟

في اختبار اللهب، نضيف مركبًا أيونيًا صلبًا، ربما مسحوقًا، إلى اللهب. ونلاحظ تغير اللون. كل لون يميز أيونات معينة. ‏«أ» لهب أحمر. ‏«ب» لهب برتقالي أو أصفر. ‏«ج» لهب أخضر. ‏«د» لهب أزرق. ‏«هـ» لهب أرجواني. للإجابة عن هذا السؤال، نحتاج إلى تذكر لون اللهب الذي يميز أيون الباريوم اثنين موجب.

يشير اللهب الأخضر إلى أيون الباريوم اثنين موجب أو البورون ثلاثة موجب أو النحاس اثنين موجب. يؤكد لنا ذلك إلى حد كبير أن اللهب الأخضر هو الذي يشير على الأرجح إلى وجود الباريوم. أما اللهب الأحمر، فيرتبط بأيون الليثيوم موجب أو السترونشيوم اثنين موجب. واللهب البرتقالي أو الأصفر يشير إلى أيون الصوديوم موجب أو الكالسيوم اثنين موجب. واللهب الأزرق يشير على الأرجح إلى أيون النحاس موجب. أما اللهب الأرجواني، فيشير غالبًا إلى أيون البوتاسيوم موجب أو الروبيديوم موجب أو السيزيوم موجب، حسب درجة اللون.

وبالتالي، فإن الصورة التي تشير إلى وجود الباريوم هي صورة اللهب «ج» التي توضح لهبًا أخضر اللون.

الآن وبعد أن تناولنا مثالًا يعتمد على الصور، فلننظر إلى مثال آخر يعتمد على الذاكرة.

أي فلز قلوي ترابي يكون أشبه بالنحاس عند تحليله باستخدام اختبار اللهب؟

اختبار اللهب ينتج لونًا حسب الأيون الموجود. والفلزات القلوية الترابية تعرف أيضًا بالمجموعة الثانية في الجدول الدوري. والعناصر الموجودة في هذه المجموعة هي البريليوم والمغنيسيوم والكالسيوم والسترونشيوم والباريوم والراديوم. الراديوم عنصر نادر ومشع، وبالتالي يمكننا تجاهله لعدم ارتباطه بالغرض من هذا السؤال.

كل عنصر من هذه العناصر يكون عادة أيونات شحنتها اثنان موجب. للإجابة عن هذا السؤال، نحتاج إلى تذكر لون اللهب الناتج عن النحاس في اختبار اللهب ونقارنه باللهب الناتج عن كل من البريليوم والمغنيسيوم والكالسيوم والسترونشيوم والباريوم. ينتج النحاس، حسب المركب الذي يوجد فيه، لهبًا ذا لون أخضر مائل إلى الأزرق. البريليوم والمغنيسيوم لا ينتجان لونًا مميزًا في اختبار اللهب. وأيونات الكالسيوم تغير لون اللهب إلى الأحمر المائل إلى البرتقالي. أما أيونات السترونشيوم، فتغير لونه إلى الأحمر الساطع. واللون الناتج عن اختبار اللهب لأيونات الباريوم هو الأخضر.

أقرب هذه الألوان للأخضر المائل إلى الأزرق هو الأخضر الناتج عن الباريوم. وبالتالي، فإن الفلز القلوي الترابي الذي ينتج لونًا في اختبار اللهب أشبه باللون الناتج عن النحاس هو الباريوم.

تناولنا في المثالين السابقين ألوانًا محددة للهب. لننتقل الآن إلى الجانب العملي.

يستخدم طالب اختبار اللهب لتحديد ما إذا كان الناتج الأساسي لأحد التفاعلات هو ملح البوتاسيوم. أي من الآتي لا يحسن جودة الاختبار؟ (أ) إغلاق مدخل موقد بنسن. (ب) إذابة الناتج في حمض الهيدروكلوريك. (ج) النظر إلى اللهب عبر زجاج الكوبالت. (د) غسل حلقة العينة في حمض الهيدروكلوريك قبل الاستخدام. (هـ) إعادة بلورة الناتج.

اختبار اللهب هو طريقة للتحقق من وجود أيونات معينة من خلال إنتاج لون لهب معين. وملح البوتاسيوم يحتوي على أيونات بوتاسيوم موجب. وتؤدي إضافة أملاح البوتاسيوم إلى اللهب الأزرق الشديد لموقد بنسن إلى تغير لونه إلى الوردي الباهت.

لذا إذا قام الطالب بإجراء الاختبار وأصبح لون اللهب ورديًا، فذلك يشير إلى وجود البوتاسيوم بالتأكيد. لكن إذا لم يصبح لون اللهب ورديًا، فلا يتضح بالضرورة ما إذا كان البوتاسيوم موجودًا أو لا. المطلوب منا هنا هو التحقق من الخيارات ومعرفة أيها لن يحسن جودة الاختبار. الاختبار الذي يتميز بجودة أفضل هو الذي يؤدي على الأرجح إلى نتيجة إيجابية.

ماذا عن إغلاق مدخل موقد بنسن؟ إذا كان مدخل الهواء بموقد بنسن مفتوحًا، فسيؤدي ذلك إلى وصول المزيد من الأكسجين إلى اللهب. وبالتالي ترتفع درجة حرارته. ويصبح لونه أكثر زرقة. وإذا أغلق مدخل موقد بنسن، فسينتج لهب آمن ذو لون أصفر ساطع. واللهب الأصفر الساطع يحجب غالبًا اللون الوردي الناتج عن البوتاسيوم. وبالتالي، فإن إغلاق مدخل موقد بنسن لن يؤدي بالتأكيد إلى تحسين جودة الاختبار.

لكن دعنا ننظر إلى الخيارات الأخرى للاطمئنان فقط. إذابة الناتج في حمض الهيدروكلوريك أولًا سيسهل من عملية تبخر المركب الصلب. وفي المحلول، تكون الأيونات مفصولة بالفعل، وبالتالي، عند تسخينها، تنتشر كلها في الهواء وتبدأ في إصدار الضوء. وبناء على التركيز، ثمة فرصة لزيادة سطوع اللون الوردي إلى حد كبير وتحسين جودة الاختبار. ومن ثم، ليست هذه الإجابة الصحيحة.

ماذا عن النظر إلى اللهب عبر زجاج الكوبالت؟ زجاج الكوبالت مرشح أزرق. والنظر إلى اللهب عبر زجاج الكوبالت سيزيل الضوء الساطع ذا اللون الأصفر المائل إلى البرتقالي الناتج عن الصوديوم. يؤدي ذلك إلى ظهور اللون الوردي الناتج عن أيونات البوتاسيوم بوضوح أكثر، ما يحسن جودة الاختبار. أيونات الصوديوم ملوثات شائعة للغاية، وبالتالي فإن هذه فكرة جيدة على الأرجح.

وغسل حلقة العينة في حمض الهيدروكلوريك هو طريقة أخرى لتحسين جودة الاختبار. فيؤدي غسل الحلقة إلى إزالة الملوثات الأخرى، التي قد تمنح اللهب لونًا مختلفًا وتؤدي إلى نتيجة مبهمة.

وأخيرًا، لدينا خيار إعادة بلورة الناتج. تؤدي إعادة البلورة إلى تنقية الناتج. وعندما يكون الناتج أكثر تركيزًا، يكون عدد الملوثات التي تؤثر على نتائج الاختبار أقل على الأرجح. وبالتالي، فإن إعادة بلورة الناتج طريقة جيدة لتحسين جودة الاختبار، ومن ثم، ليست هذه الإجابة الصحيحة. وبناء عليه، من ضمن الخيارات الخمسة الموضحة، الطالب الذي يجري اختبار لهب للتحقق من وجود البوتاسيوم في الناتج يجب عليه على الأرجح عدم إغلاق مدخل موقد بنسن لتحسين جودة الاختبار.

الآن، وبعد أن تناولنا بضعة أمثلة، دعنا نلخص ما تعلمناه. لقد تعلمنا في هذا الفيديو أن المواد تنتج ضوءًا عند إضافتها إلى اللهب. تنتج بعض هذه المواد ضوءًا مرئيًا ذا لون مميز يرجع إلى الانتقالات الإلكترونية المحددة. يمكن استخدام الألوان المميزة لمعرفة الأيونات المحددة الموجودة في المواد.