فيديو الدرس: اختبارات الكشف عن الأنيونات الكيمياء

في هذا الفيديو، سوف نتعلم كيف نحدد الأيونات السالبة المائية وفقًا لتفاعليتها ولون وذوبانية أملاحها.

٢٠:٥٨

‏نسخة الفيديو النصية

في هذا الدرس، سوف نتعلم كيف نحدد الأيونات السالبة المائية وفقًا لتفاعليتها ولون وذوبانية أملاحها. في المختبر، من المفيد معرفة إذا ما كانت لدينا مواد مذابة في عينة من ماء سائل أم لا، بعبارة أخرى معرفة إذا ما كانت عينة الماء نقية. وقد يكون من المفيد أيضًا التمكن من التعرف على المواد الموجودة في محلول مجهول.

تذوب العديد من المواد في الماء. وفي هذا الدرس، سنركز على مواد تسمى الأملاح الأيونية. يذوب العديد من الأملاح الأيونية بسهولة في الماء وتنتج محاليل. ولذلك، تعرف الأملاح الأيونية التي تذوب بسهولة في الماء باسم الأملاح القابلة للذوبان. إذا أضفنا ملحًا أيونيًّا قابلًا للذوبان إلى الماء وقلبناه جيدًا، فمن المتوقع أن نحصل على محلول من هذا الملح الأيوني. وبمجرد ذوبان الملح الأيوني، لن نتمكن من تأكيد وجود جسيمات الملح في المحلول. ففي كثير من الأحيان، لا يكون للأملاح الأيونية لون واضح. وينطبق هذا تحديدًا على أملاح الفلزات من المجموعة الأولى والمجموعة الثانية في الجدول الدوري.

والعديد من الأملاح الأيونية ليس لها رائحة واضحة أيضًا. وعندما تذوب بكميات صغيرة وتكون محاليل، تبدو وكأنها اختفت. ومع ذلك، فإن الأملاح الأيونية تحتوي على أيونات موجبة وأيونات سالبة مرتبطة معًا برابطة أيونية قوية في شبيكة بلورية. الأيونات الموجبة تعرف باسم الكاتيونات، والأيونات السالبة بالأنيونات. في حالة ملح كلوريد الصوديوم، تكون الكاتيونات هي أيونات الصوديوم أو ‪Na+‬‏، والأنيونات هي أيونات الكلوريد أو Cl−.

عندما توضع هذه البلورات الأيونية الصلبة في الماء، تحاط الأيونات بجزيئات الماء وتتحرر من الشبيكة البلورية. وتذوب الأيونات في محلول حيث يمكنها التحرك بحرية. إذن تحتوي محاليل الأملاح الأيونية على كاتيونات وأنيونات يمكنها التحرك في المحلول. وفي كثير من الأحيان لا نعرف أنها موجودة بمجرد النظر إلى المحلول.

يحتوي محلول كلوريد الصوديوم على أيونات صوديوم موجبة الشحنة وأيونات كلوريد سالبة الشحنة. كلا النوعين من الأيونات عديما اللون، لذا محلول كلوريد الصوديوم يشبه عينة من الماء النقي. في المختبر، قد يكون من المهم جدًّا معرفة إذا ما كانت هذه الأيونات موجودة. ويجب أن نفترض أن جميع المواد المجهولة في المختبر سامة. لذا، علينا ألا نتذوق العينات المجهولة أبدًا. نحتاج إلى بعض الاختبارات الكيميائية البسيطة للإجابة عن أسئلة من قبيل: هل يوجد أيونات كلوريد في هذا المحلول؟

لحسن الحظ، توجد مجموعة من الاختبارات الموثوقة التي يمكن إجراؤها بسهولة في المختبر باستخدام بعض أنابيب الاختبار وبعض المواد الكيميائية أو الكواشف المعروفة. هذه الاختبارات سريعة وتعطي نتائج واضحة. والملاحظات البسيطة التي يمكن رصدها خلال هذه الاختبارات يمكن أن تتضمن التغيرات في اللون. ويشمل ذلك فقدان اللون. ثمة ملاحظة أخرى قد نرصدها، وهي ظهور مادة صلبة من خليط محاليل. وهذا يعرف باسم الراسب. وقد نلاحظ تكون فقاعات غازية أو سماع أزيز من خليط التفاعل، وهو ما يعرف أيضًا باسم الفوران. يجب أن تنطبق هذه الملاحظات على الأيونات المختبرة فقط كي لا تتسبب النتائج في أي لبس. فلن يكون الاختبار موثوقًا، إذا كانت نتائج العديد من الأيونات المختلفة متشابهة في اختبار كيميائي معين.

في هذا الدرس، سنركز على اختبارات الكشف عن الأنيونات، أي الأيونات السالبة الشحنة. وسنرى كيف نجري اختبارات الكشف عن أيونات الكلوريد والبروميد واليوديد، التي تعرف جميعها باسم أيونات الهاليدات. وسنتناول كذلك اختبارات الكشف عن أيونات الكبريتات والكبريتيت. وهذان نوعان مختلفان تمامًا من الأيونات، على الرغم من تشابههما في الاسم والصيغة الكيميائية. وسنرى أيضًا اختبارات الكشف عن أيونات الكربونات والنيترات. ونتناول الملاحظات التي تؤكد عند رصدها نتيجة موجبة لاختبار الكشف عن هذه الأيونات.

سنبدأ بإجراء اختبار كيميائي للكشف عن أيونات الكربونات. أيونات الكربونات هي مثال للقواعد. وإذا كانت موجودة في محلول ما، فإنها تتفاعل مع الأحماض لإنتاج غاز ثاني أكسيد الكربون. على سبيل المثال، كربونات الصوديوم هي كربونات فلزية قابلة للذوبان. وعندما تذوب في الماء، تطلق أيونات الكربونات في المحلول المائي. وعندما نضيف حمض الهيدروكلوريك إلى كربونات الصوديوم، ينتج كل من ملح كلوريد الصوديوم والماء وثاني أكسيد الكربون. وهذا تفاعل تعادل. ومن ثم، إذا أضفنا بضع قطرات من حمض الهيدروكلوريك المخفف إلى محلول الكربونات، فسنلاحظ تكون فقاعات من غاز ثاني أكسيد الكربون. يمكن أن توصف هذه الملاحظة أيضًا بوجود أزيز أو فوران. لا يمكننا أن نرى ثاني أكسيد الكربون لأنه عديم اللون. وهو أيضًا عديم الرائحة. لذا فالملاحظة في هذا الاختبار هي الفوران.

بالطبع، قد يسبب العديد من الغازات الأخرى فورانًا. إذن لإثبات أن الغاز هو ثاني أكسيد الكربون وأنه ناتج عن أيونات الكربونات، نمرر بعضًا من هذا الغاز في محلول ماء الجير. ويمكن فعل ذلك عن طريق جمع بعض الغاز غير المرئي من أعلى السائل في أنبوب الاختبار باستخدام ماصة بلاستيكية. نخرج الهواء من الماصة أولًا بالضغط عليها، ثم نملؤها بغاز ثاني أكسيد الكربون فقط. تنقل الماصة على الفور إلى ماء الجير في أنبوب اختبار منفصل، ويطلق الغاز من الماصة إلى محلول ماء الجير. ويمكننا، بدلًا من ذلك، استخدام أنبوب توصيل لنقل فقاعات الغاز من وعاء التفاعل، في حالة إنتاج كمية كبيرة من الغاز.

يحتوي ماء الجير على هيدروكسيد الكالسيوم. ويتفاعل ماء الجير مع غاز ثاني أكسيد الكربون لإنتاج راسب أبيض يشبه الحليب. هذا الراسب هو كربونات الكالسيوم، وهو غير قابل للذوبان بشكل كبير. هذه الخطوة الإضافية في الاختبار تؤكد أن الغاز هو ثاني أكسيد الكربون، ومن ثم فإن المحلول الأصلي كان يحتوي على أيونات الكربونات.

توجد أيونات الهاليدات في الأملاح التي تحتوي على أيونات الهالوجينات السالبة الشحنة. على الرغم من أن الهالوجينات قد تنتج محاليل ملونة في الماء، فإن أيونات الهاليدات جميعها عديمة اللون. ومن أجل الكشف عن أيونات الهاليدات، يجب أولًا تحميض محلول الاختبار بحمض النيتريك المخفف. تنفذ هذه الخطوة أولًا لإزالة الأيونات الأخرى التي قد تكون موجودة، مثل أيونات الكربونات وأيونات الهيدروكسيد. ففي حالة وجود هذه الأيونات، ستعطينا نتيجة موجبة في الجزء الثاني من الاختبار، وهو ما سيكون مضللًا. من المهم أن نستخدم هنا حمض النيتريك وليس حمض الهيدروكلوريك، لأن حمض الهيدروكلوريك يحتوي على أيونات كلوريد. ولا نريد إضافة الأيونات نفسها التي نحاول الكشف عن وجودها.

بعد إضافة بضع قطرات من حمض النيتريك المخفف، نضيف بضع قطرات من محلول نيترات الفضة. يخزن هذا المحلول عادة في صورة محلول مخفف في زجاجة بنية اللون؛ لأنه حساس للضوء. إذا كانت أيونات الهاليدات موجودة، فستظهر بعض المواد الصلبة في المحاليل. تسمى هذه المواد الصلبة رواسب، ولها ألوان مميزة.

أيونات الكلوريد تكون كلوريد الفضة، وهو راسب أبيض غير قابل للذوبان. وتتفاعل أيونات الفضة المائية مع أيونات الكلوريد المائية لتعطينا كلوريد الفضة، وهو مادة صلبة بيضاء. وأيونات البروميد تكون بروميد الفضة، وهو راسب قشدي اللون. تتفاعل أيونات الفضة المائية مع أيونات البروميد المائية لإنتاج بروميد الفضة الصلب. وأيونات اليوديد تكون راسبًا أصفر من يوديد الفضة. تتفاعل أيونات الفضة المائية مع أيونات اليوديد المائية لتعطينا يوديد الفضة، وهو مادة صلبة.

لاحظ أنه لا يمكن تحديد أيونات الفلوريد باستخدام هذا الاختبار؛ لأن فلوريد الفضة قابل للذوبان ولا ينتج عنه راسب يمكن ملاحظته على الإطلاق. يكون من الصعب أحيانًا التمييز بين الرواسب البيضاء والقشدية والصفراء اللون التي تتكون في هذه الاختبارات. على سبيل المثال، يمكن أن يصبح لون كلوريد الفضة أغمق عند التعرض للضوء. ويمكن إجراء اختبار إضافي باستخدام محلول الأمونيا للتأكد من نوع هاليد الفضة الذي يسبب الراسب الملاحظ. يذوب كلوريد الفضة بسهولة إذا أضيفت بعض الأمونيا المخففة إلى الراسب. ولا يذوب بروميد الفضة إلا في محلول الأمونيا المركز فقط. أما يوديد الفضة، فهو غير قابل للذوبان في محاليل الأمونيا المخففة والمركزة. إذا كانت أملاح الهاليد الصلبة متوفرة، يمكن إضافة حمض الكبريتيك المركز إلى كمية صغيرة من الملح الصلب لنحصل على ملاحظات مثيرة للاهتمام.

بما أن نواتج هذه التفاعلات من المحتمل أن تكون ضارة أو سامة، يجب إجراء هذه الاختبارات في دولاب الأدخنة. إذا أخذنا أربعة أنابيب اختبار تحتوي على عينات صلبة من فلوريد الصوديوم، وكلوريد الصوديوم، وبروميد الصوديوم، ويوديد الصوديوم، وأضفنا قليلًا من قطرات حمض الكبريتيك المركز إلى كل أنبوب على حدة، فسنتوقع الملاحظات التالية.

مع ارتفاع درجة الحرارة قليلًا، ينتج عن فلوريد الصوديوم أدخنة مسببة للتآكل من غاز فلوريد الهيدروجين. ويسبب ذلك تآكل الزجاج على قضيب زجاجي به قطرة ماء في طرفه عند تعرضه لهذا الغاز. أما كلوريد الصوديوم، فينتج أدخنة حمضية من غاز كلوريد الهيدروجين. وستبدو هذه الأدخنة بيضاء وشبيهة بالبخار. وهذا الغاز سيحول ورقة عباد الشمس الأزرق المبلل بالماء إلى اللون الأحمر. أما بروميد الصوديوم، فينتج أدخنة برتقالية من البروم، وكذلك غاز ثاني أكسيد الكبريت، وهو غاز حمضي. ويحول غاز ثاني أكسيد الكبريت ورقة مبللة بمحلول حديث من ثاني كرومات البوتاسيوم المحمضة من اللون البرتقالي إلى اللون الأخضر. ويوديد الصوديوم، ينتج مجموعة متعددة من النواتج. أكثرها وضوحًا البخار البنفسجي الناتج عن اليود، ورائحة البيض الفاسد الناتجة عن غاز كبريتيد الهيدروجين. وقد يتكثف اليود على هيئة مادة صلبة بنية أو سوداء عند فوهة الأنبوب.

يمكن التعرف على أيونات الكبريتات الموجودة في المحاليل باستخدام مزيج من حمض الهيدروكلوريك الذي يضاف أولًا ثم يليه محلول كلوريد الباريوم. نحتاج إلى خطوة التحميض أولًا لإزالة الأيونات الأخرى، مثل أيونات الكربونات، التي ستتداخل مع الاختبار وتعطينا نتيجة موجبة زائفة. وتزال أيونات الكربونات في صورة غاز ثاني أكسيد الكربون.

بعد التحميض باستخدام حمض الهيدروكلوريك، وليس حمض الكبريتيك لأنه يحتوي على أيونات الكبريتات التي نجري الاختبار للكشف عن وجودها، تضاف بضع قطرات من كلوريد الباريوم. كلوريد الباريوم هو ملح باريوم قابل للذوبان بشدة. إذا كانت أيونات الكبريتات موجودة، ينتج راسب أبيض كثيف. هذا الراسب هو كبريتات الباريوم، وهو ملح باريوم غير قابل للذوبان بشكل كبير. كبريتات الباريوم غير قابلة للذوبان لدرجة تجعل من الممكن استخدامها في التطبيقات الطبية حيث يبتلعها المريض لإظهار التباين في صور الأشعة السينية. ولا تسمم المريض لأنها لا تمتص داخل الجسم.

يمثل عادة التفاعل الذي يحدث في هذا الاختبار بالمعادلة الأيونية المبسطة التي تزال فيها الأيونات المتفرجة. تتفاعل أيونات الباريوم المائية مع أيونات الكبريتات المائية لتنتج كبريتات الباريوم، وهي مادة صلبة بيضاء.

الصيغة الكيميائية لأيونات الكبريتيت SO32−. في بعض الأحيان يكتب «الكبريتيت»، ‪sulfite‬‏، بالإنجليزية بالحرفين ‪ph‬‏ بدلًا من الحرف ‪f‬‏. ويعرف أيون الكبريتيت أحيانًا أيضًا بأيون الكبريتات الرباعي. وهذا الاسم يسهل الخلط بينه وبين أيون الكبريتات أو أيون الكبريتات السداسي الذي له الصيغة SO42−. أملاح الكبريتيت ومحاليل الكبريتيت أقل شيوعًا في ملاحظتها بالمختبر. وهي تستخدم أحيانًا باعتبارها مواد حافظة في المنتجات الغذائية.

ويوجد اختبار مثير للاهتمام لمعرفة إذا ما كانت موجودة في المحاليل. عند إضافة حمض الهيدروكلوريك إلى محلول يحتوي على مركبات الكبريتيت، ينتج غاز ثاني أكسيد الكبريت. وعلى الرغم من أن غاز ثاني أكسيد الكبريت قابل للذوبان بشدة في الماء، فيمكن التأكد من وجوده باستخدام ورقة مبللة بمحلول حديث من ثاني كرومات البوتاسيوم المحمضة. فتتحول الورقة المبللة من اللون البرتقالي إلى اللون الأخضر.

بدلًا من ذلك، يمكننا تعريض قطرة من محلول برمنجنات البوتاسيوم المحمضة بحمض الكبريتيك للغاز بوضعها على طرف قضيب زجاجي. فالمحلول الأرجواني، الذي يحتوي على أيونات المنجنات السباعي، يصبح عديم اللون نظرًا لتكون كبريتات المنجنيز الثنائي.

يمكن التأكد من وجود أيونات النيترات في المحاليل عن طريق إضافة محلول هيدروكسيد الصوديوم أولًا. بعد ذلك، تضاف قطع صغيرة من رقائق الألومنيوم أو مسحوق الألومنيوم. ثم يسخن الخليط جيدًا، وينتج غاز الأمونيا. يمكن بسهولة الكشف عن غاز الأمونيا عن طريق وضع ورقة من عباد الشمس حمراء مبللة بالماء أعلى فوهة أنبوب الاختبار. فستتحول في الحال إلى اللون الأزرق لأن غاز الأمونيا أقل كثافة من الهواء. ووجود غاز الأمونيا في هذا التفاعل يثبت أن أيونات النيترات موجودة في المحلول الأصلي. وبما أن جميع أملاح النيترات الشائعة قابلة للذوبان، فمن غير الممكن استخدام اختبار بسيط ينتج راسبًا للكشف عن أيون النيترات.

سنتناول الآن سؤالًا للتحقق من فهمك لاختبارات الكشف عن الأنيونات.

ما المعادلة الأيونية الصافية للتفاعل بين نيترات الباريوم وكبريتات فلز، التي تستخدم للكشف عن أنيون الكبريتات؟ (أ) NO32− مائي زائد SO42− مائي ينتج عنه SO3− مائي زائد ‪NO2‬‏ غاز زائد ‪O2‬‏ غاز. (ب) ‪Ba‬‏ صلب زائد SO42− مائي ينتج عنه ‪BaSO4‬‏ صلب. (ج) ‪Ba2+‬‏ مائي زائد SO42− مائي ينتج عنه ‪BaSO4‬‏ صلب. (د) ‪Ba2+‬‏ مائي زائد SO42− مائي ينتج عنه ‪SO2‬‏ غاز زائد ‪O2‬‏ غاز زائد ‪Ba‬‏ صلب. (هـ) ‪Ba(NO3)2‬‏ صلب زائد ‪H2SO4‬‏ مائي ينتج عنه ‪BaSO4‬‏ صلب زائد اثنين ‪HNO3‬‏ مائي.

في هذا السؤال، علينا التفكير في تفاعل بين نيترات الباريوم، وهو ملح باريوم قابل للذوبان؛ وكبريتات فلز، وهو ما يمكن تمثيله بالصيغة ‪MSO4 (aq)‬‏، لأنه يجب أن يكون أيضًا قابلًا للذوبان. ولأننا سنوضح معادلة أيونية صافية لهذا التفاعل، فلن تظهر إلا الأيونات المتفاعلة. وجميع الأيونات المتفرجة ستحذف. الأيونات المتفرجة هي الأيونات التي لا تتغير على الإطلاق خلال التفاعل.

عند إذابة مول واحد من نيترات الباريوم في الماء، فإنه ينتج مولًا واحدًا من أيونات الباريوم اثنين الموجب وأيونات ومولين من أيونات النيترات. وهذه أيونات مائية. وعند إضافة كبريتات الفلز القابلة للذوبان والممثلة بالصيغة ‪MSO4‬‏ إلى الماء، ستنتج مولًا واحدًا من أيونات ‪M2+‬‏ المائية ومولًا واحدًا من أيونات SO42− المائية أيضًا.

لدينا الآن قائمة كاملة بالأيونات المتفاعلة، ويمكننا تناول ما يحدث لها أثناء هذا التفاعل. تتفاعل أيونات الباريوم مع أيونات الكبريتات لتكوين كبريتات الباريوم غير القابلة للذوبان. وهي تكتب ‪BaSO4‬‏ ثم حرف ‪s‬‏ بين قوسين. تكون أيونات الفلز وأيونات النيترات ملح نيترات قابلًا للذوبان. وبما أن هذه الأيونات قابلة للذوبان، يمكننا إضافتها إلى قائمة النواتج في المعادلة الأيونية. أيونات النيترات وأيونات الفلز هي في الواقع أيونات متفرجة. ومن ثم يمكن حذفها من هذه المعادلة الأيونية. وينتج عن ذلك المعادلة الأيونية الصافية التي تطابق الإجابة (ج) بالضبط مع رموز الحالة الصحيحة.

والآن يمكننا تلخيص النقاط الرئيسية الواردة في هذا الدرس. تتفاعل أيونات الكربونات مع الأحماض لإنتاج غاز ثاني أكسيد الكربون الذي يعكر ماء الجير بجعله يشبه الحليب. تتفاعل أيونات الهاليد مع محلول نيترات الفضة لتعطينا رواسب هاليد الفضة التي يمكن التعرف عليها من ألوانها. تتفاعل أيونات الكبريتات مع أملاح الباريوم القابلة للذوبان لتعطينا راسبًا أبيض من كبريتات الباريوم.

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