فيديو الدرس: اختبارات إضافية للكشف عن الأنيونات الكيمياء

نسخة الفيديو النصية

في هذا الفيديو، سوف نتعلم كيف نحدد مجموعة من الأيونات السالبة في المحاليل المائية بناء على تفاعليتها ولون وذوبانية أملاحها.

في الكيمياء، يمكن استخدام التحليل الكيفي (الذي يعرف أيضًا بالتحليل الوصفي) لتحديد ماهية مادة كيميائية مجهولة. يمكننا استخدام الاختبارات الكيميائية لتحديد مختلف الأيونات الموجبة والسالبة الموجودة. خلال الاختبار الكيميائي، يحدث تفاعل كيميائي، ويمكننا ملاحظة عدد من التغيرات المختلفة. قد تنبعث حرارة، أو قد نلاحظ وجود تغير في اللون، أو قد ينتج غاز. يمكننا أيضًا أن نرى بعض الفقاعات في أنبوب الاختبار، ويشار إلى ذلك بالفوران، وقد نشم رائحة غريبة. وأخيرًا، قد نلاحظ تكون مادة صلبة داخل أنبوب الاختبار، ونشير إلى هذه المادة الصلبة بالراسب.

الأنيونات هي أيونات سالبة، ويشار إليها أحيانًا بالشقوق الحمضية. إذا تخيلنا وجود حمض شائع، مثل حمض الكبريتيك، مع إزالة أيونات الهيدروجين، فسيتبقى لدينا أنيون الكبريتات أو الشق الحمضي. عندما نختبر الشقوق الحمضية، فإننا نستخدم ترتيبًا ومنهجية محددة للقيام بذلك. وهذا يساعدنا على تحديد الأيونات المختلفة بدقة. إننا نجري أولًا اختبارًا أوليًّا، وإذا كانت النتيجة إيجابية، فإننا نتبع ذلك بإجراء اختبار تأكيدي للتحقق من صحة الاختبار الأولي. ونستخدم كواشف محددة بترتيب ثابت عند اختبار الشقوق الحمضية المجهولة. ويرتبط الترتيب باستقرار الأنيونات المختلفة.

إننا نستخدم أولًا حمض الهيدروكلوريك المخفف، وهو ما يساعدنا في تحديد أنيونات كل من الكربونات والكبريتيت والبيكربونات والكبريتيد والثيوكبريتات والنيتريت. إذا لم يتم تحديد الأنيون المجهول باستخدام حمض الهيدروكلوريك المخفف، فسنجري اختبارًا باستخدام الكاشف الثاني، وهو حمض الكبريتيك المركز. إننا نستخدم حمض الكبريتيك المركز لتحديد أنيونات الهاليدات وأنيونات النيترات. في حالة استخدام حمض الهيدروكلوريك المخفف وحمض الكبريتيك المركز ولم نعرف ماهية الأنيون المجهول لدينا، فإننا نستخدم محلول كلوريد الباريوم المائي، والذي يساعدنا في تحديد أنيونات الكبريتات وأنيونات الفوسفات.

دعونا نتناول بعض الملاحظات التي قد نتوقع رؤيتها في بعض هذه الاختبارات. يمكننا استخدام حمض الهيدروكلوريك المخفف للكشف عن أيونات البيكربونات والكبريتيد والثيوكبريتات والنيتريت. وفي كل هذه الحالات، يضاف الحمض المخفف إلى عينة صلبة من الملح المجهول. تتفاعل أيونات البيكربونات مع الحمض لإنتاج ثاني أكسيد الكربون والماء. يمكننا الكشف عن غاز ثاني أكسيد الكربون الناتج باستخدام ماء الجير، وهو محلول مشبع بهيدروكسيد الكالسيوم. ويتعكر ماء الجير أو يصبح شبيهًا بالحليب في وجود ثاني أكسيد الكربون.

لكن الكربونات تتفاعل أيضًا مع حمض الهيدروكلوريك المخفف بالطريقة نفسها. ومن ثم، فإننا نحتاج إلى اختبار تأكيدي لمعرفة أن هذا الأنيون المجهول هو أنيون البيكربونات بالتحديد وليس أنيون الكربونات. في هذا الاختبار التأكيدي، سنستخدم محلول كبريتات المغنيسيوم. عند خلط محلول كبريتات المغنيسيوم مع مركب يحتوي على أيونات البيكربونات، يتكون بيكربونات المغنيسيوم في أنبوب الاختبار. لكن في حالة وجود أيونات الكربونات، فإنها تتفاعل على الفور مع أيونات المغنيسيوم لتكوين كربونات المغنيسيوم غير القابل للذوبان، والذي يتكون في صورة راسب أبيض.

المرحلة الثانية من هذا الاختبار التأكيدي هي تسخين المحلول لدينا. يؤدي هذا إلى التحلل الحراري لبيكربونات المغنيسيوم، ومرة أخرى تكوين راسب أبيض غير قابل للذوبان من كربونات المغنيسيوم. إذن، باستخدام هذا الاختبار التأكيدي، يمكننا أن نعرف الفرق بين ملح الكربونات والبيكربونات. تكون أيونات الكربونات هي الموجودة لدينا إذا ظهر الراسب الأبيض على الفور. وتكون أيونات البيكربونات هي الموجودة لدينا إذا لم يظهر الراسب الأبيض إلا بعد التسخين.

يمكننا أيضًا استخدام حمض الهيدروكلوريك المخفف للكشف عن أنيونات الكبريتيد. تتفاعل أيونات الكبريتيد مع الحمض لتكوين غاز يعرف بكبريتيد الهيدروجين. كبريتيد الهيدروجين له رائحة كريهة مثل رائحة البيض الفاسد. وعلى الرغم من أن التحقق بشم الرائحة واستنشاق الغازات المجهولة أمر خطير للغاية، لكنه قد يعطينا مفتاح الحل أثناء إجراء الاختبار. لكن الرائحة، حتى وإن كانت مفيدة، ليست جزءًا من التحليل الكيفي المنهجي في الكيمياء.

ما نستخدمه إذن للكشف عن غاز كبريتيد الهيدروجين هو محلول أسيتات الرصاص. إننا نأخذ قطعة صغيرة من ورقة ترشيح ونغمرها في المحلول ونمسكها بعناية فوق أنبوب الاختبار. عندما يتلامس الغاز مع أسيتات الرصاص، يحدث تفاعل آخر، وتتكون مادة كبريتيد الرصاص على ورقة الترشيح. كبريتيد الرصاص له لون أسود مميز. الاختبار التأكيدي لأيونات الكبريتيد هو استخدام محلول نيترات الفضة. ومرة أخرى هنا، تتكون مادة سوداء. هذه المرة، يتكون كبريتيد الفضة في صورة راسب أسود داخل أنبوب الاختبار.

عندما نستخدم حمض الهيدروكلوريك للكشف عن أنيونات الثيوكبريتات، علينا البحث عن راسب أصفر. والراسب الأصفر هو الكبريت الصلب. لكن هناك غازًا آخر ذا رائحة غريبة ينتج هنا، ويعرف بثاني أكسيد الكبريت. من المهم أن تتذكر هنا أن أنيون الكبريتيت ينتج أيضًا ثاني أكسيد الكبريت. إذن الراسب الأصفر، أو الكبريت الصلب، هو الذي يوضح لنا في هذا الاختبار الأولي أننا نتعامل مع أنيون الثيوكبريتات وليس أنيون الكبريتيت.

يمكننا الكشف عن غاز ثاني أكسيد الكبريت الناتج باستخدام ورقة ترشيح مبللة بثاني كرومات البوتاسيوم. ثاني كرومات البوتاسيوم هو محلول برتقالي، وعندما يتم اختزاله بغاز ثاني أكسيد الكبريت الحمضي، يتحول لونه من اللون البرتقالي إلى اللون الأخضر. وعلى الرغم من أن إنتاج الراسب الأصفر الباهت يعد مؤشرًا جيدًا جدًّا عند اختبار الكشف عن الثيوكبريتات، لكننا نحتاج أيضًا إلى إجراء الاختبار التأكيدي.

إحدى خصائص أنيون الثيوكبريتات هي أنه يمكنه اختزال اليود إلى يوديد. وعادة ما يكون لمحلول اليود لون بني غامق. وعند خلطه مع محلول يحتوي على أيونات الثيوكبريتات، يتلاشى لون اليود. يمكن أيضًا الكشف عن أنيونات النيتريت باستخدام حمض الهيدروكلوريك المخفف. أثناء التفاعل، تنتج مادة كيميائية تعرف بحمض النيتروز. هذا الحمض غير مستقر ويتحلل منتجًا غاز أول أكسيد النيتروجين. يتفاعل هذا الغاز بدوره مع الأكسجين الموجود في الهواء، وينتج ثاني أكسيد النيتروجين الذي يتميز بلون بني برتقالي.

يتضمن الاختبار التأكيدي لأيون النيتريت تمرير ثاني أكسيد النيتروجين ذي اللون البني البرتقالي عبر محلول برمنجنات البوتاسيوم. إننا نقوم هنا بتحويل برمنجنات البوتاسيوم إلى حمض باستخدام حمض الكبريتيك المركز. وعند مرور غاز ثاني أكسيد النيتروجين الحمضي عبر هذا المحلول، يتلاشى اللون البنفسجي الغامق المميز للبرمنجنات، ويصبح لدينا محلول ذو لون وردي باهت، منعدم اللون تقريبًا، يحتوي على أيونات المنجنيز اثنين موجب.

وبما أننا نتبع منهجية الاختبار، فسننتقل من الاختبار باستخدام حمض الهيدروكلوريك المخفف إلى الاختبار باستخدام حمض الكبريتيك المركز. إذا أجرينا الاختبار باستخدام هذين الحمضين ولم نتمكن أيضًا من تحديد الأنيون المجهول، فسننتقل إلى المرحلة الثالثة من الاختبار، ونبدأ في استخدام محلول كلوريد الباريوم. يمكن استخدام محلول كلوريد الباريوم في اختبار الكشف عن أنيونات الفوسفات وأنيونات الكبريتات. الخطوة الأولى في هذا الاختبار هي إضافة بعض من محلول كلوريد الباريوم إلى المحلول المجهول الذي يعتقد أنه يحتوي على أنيونات الفوسفات أو أنيونات الكبريتات. إذا كان أي من هذين الأنيونين موجودًا، فسيتكون راسب أبيض، وهو إما فوسفات الباريوم وإما كبريتات الباريوم.

للتفريق بين هذين الراسبين المتشابهين ذوي اللون الأبيض، فإننا نضيف قليلًا من حمض الهيدروكلوريك المخفف. عند إضافة الحمض إلى الراسب الأبيض لفوسفات الباريوم، يختفي الراسب الأبيض. وذلك لأن فوسفات الباريوم الصلب يتفاعل مع الحمض لإنتاج حمض الفوسفوريك، ويذيب أيونات الباريوم. لن يحدث هذا التفاعل مع كبريتات الباريوم، ومن ثم يتبقى الراسب الأبيض.

يتضمن الاختبار التأكيدي لأنيونات الفوسفات إضافة محلول نيترات الفضة. عندما تتعرض كاتيونات الفضة لأنيونات الفوسفات، يتكون راسب من فوسفات الفضة ذو لون أصفر. وكما فعلنا من قبل، يمكننا إذابة هذه الرواسب باستخدام إما حمض النيتريك وإما محلول الأمونيا. إذا استخدمنا حمض النيتريك، فستتكون نيترات الفضة وحمض الفوسفوريك. وفي حالة استخدام محلول الأمونيا، يتكون أيون الفضة المعقد.

قبل أن نلخص ما تعلمناه عن الاختبارات الإضافية للكشف عن الأنيونات في هذا الفيديو، دعونا نتناول سؤالًا.

توضح الصورة سلسلة من الاختبارات أجريت على ملح مجهول من أملاح الصوديوم، ‪X‬‏. ما صيغة ملح الصوديوم المجهول على الأرجح؟

في هذا السؤال، علمنا أن هناك ملحًا مجهولًا من أملاح الصوديوم يجري الكشف عنه من خلال سلسلة من الاختبارات الكيميائية. نلاحظ في الصورة أن ملح الصوديوم يذوب في محلول. وفقًا للاختبارات المستخدمة ونتائج الاختبارات الموضحة في الصورة المعطاة، سنحتاج إلى تحديد ماهية ملح الصوديوم ‪X‬‏ وصيغته الكيميائية. بالانتقال من ‪X‬‏ إلى اليسار، نجد أنه تتم إضافة نيترات الفضة إلى المحلول الذي يحتوي على ‪X‬‏. وينتج عن ذلك خليط أسود اللون.

لنفترض أن الملح ‪X‬‏ يحتوي على أيونات الكبريتيد. بعد إضافة نيترات الفضة، تتفاعل أيونات الكبريتيد الموجودة في المحلول المجهول مع أيونات الفضة من نيترات الفضة. ونتيجة للتفاعل يتكون راسب من كبريتيد الفضة، وهو أسود اللون. تشير نتيجة الاختبار باستخدام نيترات الفضة إلى أن ‪X‬‏ يحتوي على أيونات الكبريتيد.

دعونا نواصل تسجيل التفاعلات الكيميائية التي تحدث في الاختبارات الكيميائية المتبقية. عند إضافة حمض الهيدروكلوريك إلى عينة جديدة من المحلول الذي يحتوي على ‪X‬‏، ينتج غاز كريه الرائحة. وعند إضافة حمض الهيدروكلوريك إلى المحلول الذي يحتوي على أيونات الكبريتيد، يحدث تفاعل كيميائي بين أيونات الكبريتيد وأيونات الهيدروجين من الحمض. وينتج عن التفاعل تكوين غاز كبريتيد الهيدروجين، أو ‪H2S‬‏، والذي تكون له رائحة كريهة مثل رائحة البيض الفاسد.

وفقًا للشكل لدينا، عند إضافة أسيتات الرصاص الثنائي إلى الخليط الذي نتج عنه تصاعد الغاز، يتكون خليط أسود مختلف. أما في حالة استمرار وجود أيونات الكبريتيد، أو كبريتيد الهيدروجين في الخليط داخل أنبوب الاختبار، يحدث تفاعل كيميائي مع أسيتات الرصاص الثنائي. نواتج التفاعل هي حمض الأسيتيك وكبريتيد الرصاص الثنائي، أو ‪PbS‬‏. كبريتيد الرصاص الثنائي هو راسب أسود يعطي الخليط في أنبوب الاختبار لونه الأسود.

تشير نتائج الاختبارات الثلاثة الموضحة في الصورة إلى أن عينة ملح الصوديوم تحتوي على أيونات الكبريتيد. لذلك، فإن ‪X‬‏ هو ملح كبريتيد الصوديوم، وصيغته الكيميائية هي ‪Na2S‬‏. وبالنسبة إلى السؤال لدينا: ما صيغة ملح الصوديوم المجهول على الأرجح؟ يمكننا إذن قول إنها ‪Na2S‬‏.

دعونا نلخص ما تعلمناه عن الاختبارات الإضافية للكشف عن الأنيونات. يمكن استخدام حمض الهيدروكلوريك المخفف، وحمض الكبريتيك المركز، ومحاليل كلوريد الباريوم لتحديد ماهية الأنيونات المجهولة. حمض الهيدروكلوريك المخفف هو الاختبار الأولي المستخدم للكشف عن أنيونات كل من الكربونات والكبريتيت والبيكربونات والكبريتيد والثيوكبريتات والنيتريت. حمض الكبريتيك المركز هو الاختبار الأولي المستخدم للكشف عن أنيونات الهاليدات وأنيونات النيترات. يستخدم كلوريد الباريوم باعتباره اختبارًا أوليًّا لتحديد أنيونات الكبريتات وأنيونات الفوسفات. نستخدم الاختبارات التأكيدية للتحقق من نتائج الاختبارات الأولية.