فيديو الدرس: التحليل الوزني بالترسيب الكيمياء

في هذا الفيديو، سوف نتعلم كيف نحدد كتلة أو تركيب المادة المراد تحليلها باستخدام التحليل الوزني بالترسيب.

١٧:٠١

‏نسخة الفيديو النصية

في هذا الفيديو، سوف نتعلم كيف نحدد كتلة أو تركيب المادة المراد تحليلها باستخدام التحليل الوزني بالترسيب.

بعض التفاعلات الكيميائية التي تحدث في الماء أو في ظروف مائية تنتج نواتج غير قابلة للذوبان. وهناك العديد من الأمثلة البارزة على ذلك. على سبيل المثال، إذا خلطنا محلول نيترات الرصاص مع محلول يوديد البوتاسيوم، تتكون مادة صلبة صفراء زاهية اللون على الفور. وهذه نتيجة غير متوقعة على الإطلاق في هذا التفاعل، نظرًا لأن المحلولين اللذين بدأنا بهما عديما اللون. كل من نيترات الرصاص ويوديد البوتاسيوم ملحان قابلان للذوبان. فأغلب النيترات الشائعة قابلة للذوبان في الماء. وأغلب أملاح فلزات المجموعة الأولى في الجدول الدوري قابلة أيضًا للذوبان.

نيترات الرصاص ويوديد البوتاسيوم مركبان أيونيان. وعند ذوبانهما، تصبح الأيونات حرة لتتحرك ويتفاعل بعضها مع بعض. يحدث تفاعل تفكك مزدوج هنا، ويجري تبادل للأيونات. والناتجان اللذان يتكونان هما نيترات البوتاسيوم ويوديد الرصاص. يوديد الرصاص لا يذوب في الماء. فهو يتسم بذوبانية محدودة للغاية، وهو المسؤول عن تكون المادة الصلبة الصفراء التي نلاحظها في هذا التفاعل. ويطلق على مادة يوديد الرصاص الصلبة الصفراء مصطلح الراسب. ويمكن وصف التفاعل بأنه تفاعل ترسيب. والراسب هو ببساطة مادة صلبة تتكون في تفاعل من خليط من المحاليل.

كيف يمكننا إذن جمع عينة جافة نقية من راسب يوديد الرصاص هذا؟ أولًا، سنحتاج إلى فصله عن السائل المحيط به الذي يحتوي على أيونات أخرى ذائبة. بإمكاننا استخدام ورقة ترشيح وقمع ترشيح لهذه المهمة. وهذه العملية تسمى الترشيح، وليس السكب عبر القمع كما يعتقد في كثير من الأحيان. لن ينفذ يوديد الرصاص الصلب الأصفر عبر ورقة الترشيح، في حين أن أي محلول سيسقط في الدورق الذي يدعم القمع. ويوديد الرصاص الأصفر الذي يبقى على ورقة الترشيح سيتلوث بأيونات أخرى ذائبة. لذا يجب غسل هذا المرشح الصلب بماء مقطر أو ماء مزال الأيونات أثناء وجوده على ورقة الترشيح.

والآن بعد فصل الراسب الصلب عن المحلول الذي يحتوي على أيونات أخرى ذائبة، يجب تجفيفه تمامًا لإزالة أية بقايًا للماء. ويمكن عمل ذلك من خلال وضع ورقة الترشيح والمادة الصلبة في مكان جاف دافئ. في الوضع المثالي، يستخدم فرن تجفيف حراري مضبوط على ‪110‬‏ درجة سلزية. ودرجة الحرارة هذه ساخنة بالقدر الكافي لإزالة الماء، ولكنها ليست ساخنة بدرجة عالية تسبب احتراق الورقة أو انصهار الناتج أو تحلله. ولضمان إزالة جميع بقايا الماء تمامًا، من الممكن إزالة الورقة والمرشح، وتسجيل كتلتهما على ميزان دقيق. وتعاد الورقة والمرشح إلى فرن التجفيف لبضع ساعات أخرى، ثم يعاد تسجيل كتلتهما. إذا ظلت الكتلة الجافة كما هي، فهذا يؤكد لنا أن كل الماء قد أزيل. وتعرف هذه الطريقة بالتجفيف إلى كتلة ثابتة.

الآن وقد رأينا كيف يمكن جمع عينة جافة نقية من راسب ما، يمكننا استكشاف كيف يمكن استخدام هذه الفكرة في التحليل الكمي لمحاليل الأيونات. التحليل الكيميائي الكمي هو تحليل تحدد من خلاله كمية مكون واحد أو أكثر في العينة. على سبيل المثال، يمكن التعبير عن نتيجة التحليل الكيميائي بوحدات التركيز أو في صورة نسبة مئوية كتلية. وإلى جانب التأكد من وجود أيونات متنوعة، يمكن استخدام الرواسب في إجراء التحليل الكيميائي الكمي. يجب تحديد كتلة الراسب المتكون بالضبط. ويمكن تحقيق ذلك من خلال تسجيل قياسات الكتلة قبل وبعد عمليتي الترشيح والتجفيف الموضحتين سابقًا.

على سبيل المثال، تسجل كتلة ورقة ترشيح نظيفة جافة على ميزان يقيس لأقرب ثلاث منازل عشرية. والموازين الدقيقة المقربة لأقرب ‪0.1‬‏ ملليجرام يشار إليها عادة بالموازين التحليلية. وهي تقيس الكتلة لأقرب أربع منازل عشرية. ونظرًا لأن هذه الموازين حساسة جدًّا، فإنها تتضمن عادة تصميمًا حائلًا لمنع تدفق الهواء. بعد ذلك تستخدم ورقة الترشيح الجافة النظيفة لجمع كل الراسب الناتج عن التفاعل الكيميائي. تغسل ورقة الترشيح والراسب ويجففان، كما أوضحنا سابقًا. وبعد تجفيف ورقة الترشيح والراسب ووصولهما إلى كتلة ثابتة، تسجل كتلتيهما. ويكون الفرق في الكتلة هو كتلة الراسب الناتج في التفاعل الكيميائي.

أحيانًا يجفف الراسب في بوتقة احتراق باستخدام ورقة ترشيح عديمة الرماد. وفي هذه الحالة ليس علينا الاكتراث بوزن ورقة الترشيح بصورة مسبقة. عند تحليل مادة وفقًا لكتلتها، تعرف طريقة التحليل بالتحليل الوزني. ومن الممكن وصف طريقة التحليل الكمي بأنها إحدى طرق التحليل الوزني. في التحليل الكيميائي، يشار عادة إلى المادة المراد تحليلها بالمادة المقيسة. في التحليل الوزني بالترسيب، قد تكون المادة المراد تحليلها مركبًا قابلًا للذوبان يتحول إلى راسب غير قابل للذوبان خلال تفاعل كيميائي بسيط.

ومثال على ذلك، يمكننا اختيار محلول كلوريد الصوديوم باعتباره المادة المراد تحليلها هنا. يمكننا إضافة كمية فائضة من محلول نيترات الفضة إلى محلول المادة المراد تحليلها هذا. سينتج التفاعل الكيميائي راسبًا أبيض من كلوريد الفضة، ومحلول نيترات الصوديوم. باستخدام ميزان تحليلي وورقة ترشيح، يمكن معرفة كتلة راسب كلوريد الفضة كما أوضحنا سابقًا. وإذا أردنا الإجابة عن السؤال «ما كتلة كلوريد الصوديوم في محلول المادة المراد تحليلها؟»، فإننا نحتاج إلى النظر جيدًا إلى المعادلة الموزونة للتفاعل الذي حدث.

من المعادلة الكيميائية الموزونة، يمكننا أن نرى أن مولًا واحدًا من كلوريد الصوديوم يتفاعل مع مول واحد من نيترات الفضة. ونظرًا لوجود كمية فائضة من نيترات الفضة، تتفاعل جميع أيونات الكلوريد. وهكذا فإن مولًا واحدًا من أيونات الكلوريد ينتج مولًا واحدًا من كلوريد الفضة في صورة راسب صلب. ولتحويل كتلة كلوريد الفضة المترسب إلى مولات كلوريد الفضة المترسب، يمكننا أخذ كتلته وقسمتها على الكتلة المولية لكلوريد الفضة. الكتلة المولية لكلوريد الفضة تساوي ‪143.4‬‏ جرامًا لكل مول. وهكذا فإن عدد مولات كلوريد الفضة الناتج يساوي ‪0.139‬‏ جرام مقسومًا على ‪143.4‬‏ جرامًا لكل مول. وهذا يساوي ‪0.000969‬‏ مول من كلوريد الفضة.

أصبحت مولات كلوريد الفضة مرتبطة الآن بمولات كلوريد الصوديوم في محلول المادة المراد تحليلها عبر النسبة المولية في هذه المعادلة الموزونة. وهذا سيمكننا من تحديد كتلة كلوريد الصوديوم في محلول المادة المراد تحليها هذا. بما أن النسبة المولية بين كلوريد الفضة وكلوريد الصوديوم في هذه المعادلة الموزونة هي واحد إلى واحد، يوجد عدد متساو من مولات كلوريد الصوديوم في المحلول الأصلي للمادة المراد تحليلها. والكتلة المولية لكلوريد الصوديوم تساوي ‪58.5‬‏ جرامًا لكل مول. ولذا فإن كتلة كلوريد الصوديوم في محلول المادة المراد تحليلها تساوي مولات كلوريد الصوديوم مضروبة في كتلته المولية. وهذا يساوي ‪0.000969‬‏ مول مضروبًا في ‪58.5‬‏ جرامًا لكل مول. إذن فإن كتلة كلوريد الصوديوم في محلول المادة المراد تحليلها تساوي ‪0.0567‬‏ جرام لأقرب ثلاثة أرقام معنوية.

سنستعرض الآن سؤالًا لكي نستوعب مفهوم التحليل الوزني بالترسيب بصورة أعمق.

صيغة أحد أملاح هاليد المغنيسيوم هي ‪MgX2‬‏. أذيبت عينة كتلتها ‪0.593‬‏ جرام من ‪MgX2‬‏ في ‪100‬‏ ملليلتر من ماء مزال الأيونات، ثم أضيفت كمية فائضة من ‪NaOH‬‏. رشح الراسب ‪MgOH2‬‏ وغسل وجفف. وجد أن كتلة الراسب ‪0.187‬‏ جرام. ما ماهية ‪X‬‏؟ (أ) ‪I‬‏، (ب) ‪F‬‏، (ج) ‪Br‬‏، (د) ‪Cl‬‏.

في هذا السؤال، طلب منا تحديد ماهية ‪X‬‏ الذي سيكون الهالوجين المسؤول عن أيون الهاليد في الملح الأيوني ‪MgX2‬‏. الهالوجين الموجود في صورة أيون الهاليد في المركب ‪MgX2‬‏ قد يكون اليود أو الفلور أو البروم أو الكلور. بوضع ذلك في الاعتبار، فإن الصيغة الفعلية للمركب ‪MgX2‬‏ قد تكون ‪MgI2‬‏، أو ‪MgF2‬‏، أو ‪MgBr2‬‏، أو ‪MgCl2‬‏. أولًا، نحتاج إلى النظر إلى التفاعل الذي يحدث بين ملح هاليد المغنيسيوم و‪NaOH‬‏، وهو هيدروكسيد الصوديوم. كلاهما يذوب في الماء، ما يعني أنهما محلولان مائيان. وعلمنا من معطيات السؤال أن أحد النواتج هو ‪MgOH2‬‏. وهذا هيدروكسيد المغنيسيوم، وهو راسب غير قابل للذوبان. سيكون الناتج الثاني لهذا التفاعل هو اتحاد لأيونات الصوديوم وأيونات الهاليد الناتجة عن المادتين المتفاعلتين. هاليدات الصوديوم قابلة للذوبان في الماء، ما يعني أن هذا الناتج محلول مائي.

نحتاج الآن إلى وزن هذه المعادلة. نرى من صيغة هيدروكسيد المغنيسيوم أن مولًا واحدًا من هيدروكسيد المغنيسيوم يحتوي على مولين من أيونات الهيدروكسيد. وهذا منطقي نظرًا لأن أيون المغنيسيوم شحنته اثنان موجب، وكل أيون من أيوني الهيدروكسيد شحنته واحد سالب. يجب وزن الشحنات، لذلك نحتاج إلى اثنين من أيونات الهيدروكسيد لكل أيون مغنيسيوم اثنين موجب. سنحتاج إذن إلى مولين من هيدروكسيد الصوديوم. وهذا سيعطينا مولين من أيونات الصوديوم، ومولين من أيونات الهيدروكسيد على الجانب الأيسر من معادلتنا، وهو ما سيوازن أيونات الهيدروكسيد على الجانب الأيمن. وعليه فإننا نحتاج إلى تكوين مولين من ‪NaX‬‏؛ وهو هاليد الصوديوم لدينا، الذي سيحتوي على مولين من أيونات الصوديوم. سيحتوي مولان من ‪NaX‬‏ أيضًا على مولين من ‪X−‬‏، أو أيونات الهاليد، وهو ما يوازن مولي أيونات الهاليد في ملح هاليد المغنيسيوم الذي بدأنا به.

أصبحت هذه المعادلة موزونة الآن، ويمكننا استخدامها مع الاستعانة بالبيانات الكمية المعطاة في السؤال. نعرف من معطيات السؤال أن كتلة راسب هيدروكسيد المغنيسيوم المجمع كانت ‪0.187‬‏ جرام. وبما أننا نعرف التركيب الدقيق لهيدروكسيد المغنيسيوم من صيغته، يمكننا معرفة الكتلة المولية لهيدروكسيد المغنيسيوم. وهي تساوي ‪58.3‬‏ جرامًا لكل مول. بعد ذلك يمكننا معرفة عدد مولات هيدروكسيد المغنيسيوم الناتجة من خلال قسمة كتلته بالجرامات على الكتلة المولية بالجرام لكل مول. وهكذا فإن عدد مولات هيدروكسيد المغنيسيوم تساوي ‪0.0032‬‏.

يمكننا ربط مولات هيدروكسيد المغنيسيوم الناتجة بمولات ملح هاليد المغنيسيوم في المادة المراد تحليلها باستخدام النسبة المولية في المعادلة الموزونة. ينشأ مول واحد من هيدروكسيد المغنيسيوم من مول واحد من ملح هاليد المغنيسيوم. ولذلك، لا بد من وجود ‪0.0032‬‏ مول من ملح هاليد المغنيسيوم في العينة. ونظرًا لأن ‪0.0032‬‏ مول من ملح هاليد المغنيسيوم يوجد في عينة كتلتها ‪0.593‬‏ جرام، يمكننا استخدام هذه المعلومة لمعرفة الكتلة المولية.

وبما أننا صرنا الآن نعرف عدد مولات ملح هاليد المغنيسيوم وكتلته، يمكننا استخدام هذه المعلومة في إيجاد الكتلة المولية لملح هاليد المغنيسيوم نفسه. الكتلة المولية لـ ‪MgX2‬‏ هي كتلة العينة مقسومة على عدد المولات الموجودة فيها. إذن الكتلة المولية لـ ‪MgX2‬‏ تساوي ‪185.3‬‏ جرامًا لكل مول. وباستخدام الكتلة الذرية للمغنيسيوم، يمكننا معرفة الكتلة الذرية للعنصر ‪X‬‏ في ملح هاليد المغنيسيوم هذا. بطرح الكتلة الذرية للمغنيسيوم من الكتلة المولية لملح هاليد المغنيسيوم، يصبح لدينا ضعف كتلة الهالوجين الموجود. ضعف الكتلة الذرية للهالوجين الموجود يساوي ‪161‬‏. إذن الكتلة الذرية للهالوجين ‪X‬‏ هي ‪161‬‏ مقسومًا على ‪2‬‏، ما يساوي ‪80.5‬‏.

يجب أن نضع في اعتبارنا أن هذه القيمة لن تكون الكتلة الذرية الدقيقة للهالوجين ‪X‬‏؛ لأنها مشتقة من بيانات معملية حيث توجد نسبة خطأ. الهالوجين الوحيد الذي تقترب كتلته الذرية من ‪80.5‬‏ هو البروم. الكتلة الذرية للبروم تساوي ‪79.9‬‏. إذن فالإجابة الصحيحة هي البروم.

الآن، حان وقت مراجعة النقاط الأساسية. تنتج بعض التفاعلات الكيميائية رواسب. الراسب هو ناتج صلب يتكون من خلط محاليل تتفاعل معًا. يمكن جمع الراسب عن طريق ترشيحه ثم غسله ثم تجفيفه. التحليل الوزني هو طريقة كمية يعتمد التحليل فيها على قياسات الكتلة. يمكن ربط كتلة أي راسب متكون بكتلة المادة المتفاعلة المراد تحليلها باستخدام معادلة موزونة.

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