كيمياء – الكشف عن الكاتيونات للصف الثالث الثانوى 2016

 الكشف عن الكاتيونات ( الشقوق القاعدية) 

تقسم الشقوق القاعدية فى التحليل الكيفى إلى ستمجموعات تسمى المجموعات التحليلية.

يعتمد تقسيم الشقوق القاعدية على إختلاف ذوبان أملاح هذه الفلزات فى الماء فمثلاً: كلوريدات فلزات المجموعة التحليلية الأولى (كلوريد الذهبI، كلوريد الزئبق I، كلوريد الرصاصII) شحيحة الذوبان في الماء ولذلك يسهل ترسيبها وفصلها عن المجموعات الأخرى على هيئة كلوريدات بإضافة كاشف المجموعة وهو حمض الهيدروكلوريك المخفف

يسمى المحلول أو المحاليل التى تستخدم فى ترسيب أية مجموعة بـ (كاشف المجموعة) ولكل مجموعة من

الشقوق القاعدية كاشف معين.

س (علل): الكشف عن الشق القاعدى أكثر تعقيداً من الكشف عن الشق الحمضى. 

لكثرة عدد الشقوق القاعدية وللتداخل فيما بينها، وإمكانية وجود الشق الواحد فى أكثر من حالة تأكسد(الحديد يمكن أنيوجد على هيئة أيون الحديد أيون الحديد II او على هيئة أيون حديدIII)

الجدول يوضح فلزات كل مجموعة والكاشف المميز لها

أولاً: المجموعة التحليلية الثانية 

كاشف المجموعة:

غاز كبريتيد الهيدروجين H₂S في وسط حامضي (HCl مخفف)

تترسب كاتيونات المجموعة التحليلية الثانية على هيئة كبــريتــيدات في الوسط الحامضي

 مثال: أيون النحاس II

التجربة الأساسية:

محلول الملح + كاشف المجموعة (H₂S+ HCl dil) 

كاتيون النحاس Cu⁺² II

يتكون رامب أسود من كبريتيد نحاس II يذوب فى حمض النيتريك الساخن.

(علل): يضاف حمض الهيدروكلوريك المخفف لمحاليل أملاح المجموعة التحليلية الثانية عند الكشف عنها

 جـ: لجعل الوسط حمضى. 

ثانياً: المجموعة التحليلية الثالثة

كاشف المجموعة :

هيدروكسيد الأمونيوم NH₄OH

تترسب كاتيونات المجموعة التحليلية الثالثة على هيئة هيدروكسيدات

مثال : أيون الألومنيوم ، أيون الحديد II ،أيون الحديد III

التجربة الأساسية:

محلول الملح + كاشف المجموعة (هيدروكسيد أمونيوم)

يتكون راسب أبيض جيلاتينى من هيدروكسيد الألومنيوم

يذوب فى الأحماض المخففة ومحلول الصودا الكاوية

كاتيون الألومنيوم Al⁺³

يتكون راسب أبيض جيلاتينى من هيدروكسيد الألومنيوم يذوب فى الأحماض المخففة ومحلول الصودا الكاوية.

تجربة تأكيدية

محلول الملح + محلول هيدروكسيد الصوديوم: يتكون راسب أبيض جيلاتينى من هيدروكسيد الألومنيوم يذوب في وفرة من محلول هيدروكسيد الصوديوم مكوناً ميتا ألومنيات الصوديوم .

كاتيون الحديد Fe⁺² II

يتكون راسب أبيض من هيدروكسيد الحديد II يتحول إلى أبيض مخضر فى الهواء و يذوب فى الأحماض.

تجربة تأكيدية

محلول الملح + محلول هيدروكسيد الصوديوم: يتكون راسب أبيض مخضر من هيدروكسيد الحديدII

كاتيون الحديد Fe⁺³ III

يتكون راسب جيلاتينى بنى محمر من هيدروكسيد الحديد III يذوب فى الأحماض.

تجربة تأكيدية

محلول الملح + محلول هيدروكسيد الصوديوم: يتكون راسب بنى محمر من هيدروكسيد الحديد III

ثالثاً: المجموعة التحليلية الخامسة

كاشف المجموعة:

كربونات الأمونيوم (NH₄)₂CO₃

تترسب كاتيونات المجموعة التحليلية الخامسة على هيئة كربونات

مثال: أيون الكالسيوم

التجربة الأساسية:

محلول الملح + كاشف المجموعة (كربونات الأمونيوم)

كاتيون الكالسيوم Ca⁺² II

يتكون راسب أبيض من كربونات الكالسيوم يذوب فى حمض الهيدروكلوريك المخفف والماء المحتوى على CO₂

تجربة تأكيدية

محلول الملح + حمض كبريتيك مخفف: يتكون راسب أبيض من كبريتات الكالسيوم

الكشف الجاف:

كاتيونات الكالسيوم المتطايرة بالتسخين تكسب لهب بنزِن لون أحمر طوبى

يمكن إيجاز ما سبق من تجارب فى المخطط التالى:

ثانياً: التحليل الكيميائي الكمي Quantitative Chemical analysis

طرق التحليل الكمي

1-        التحليل الحجمي                                         2-  التحليل الكتلي

أولا: التحليل الكمى الحجمي Quantitative volumetric analysis

إحدى طرق التحليل الكمى تعتمد على قياسحجوم المواد المراد تقديرها.

فى هذا النوع من التحاليل يتم إضافة محلول مادة معلومة التركيز(محلول قياسى) تدريجياً إلى حجم معلوم من المادة المراد تحديد تركيزها حتى يتم التفاعل الكامل بين المادتين و يسمى ذلك ” عملية المعايرة “.

المعايــــــــــــــــــــــــــــرة

عملية تعيين تركيز مادة بمعلومية حجمها اللازم للتفاعل الكامل مع مادة أخرى معلومة الحجم والتركيز.

فى حالة تفاعلات التعادل: 

يمكن تعريف المعايرة على أنها عملية تعيين تركيز حمض بمعلومية حجمه اللازم للتعادل مع قاعدة معلومة الحجم والتركيز

المحلول القياسي

محلول معلوم التركيز يستخدم فى عملية المعايرة .

لإختيار المحلول القياسي يجب معرفة التفاعل المناسب بين محلولي المادتين وهذه التفعلات قد تكون:

تفاعلات التعادل: تستخدم في تقدير الأحماض والقواعد

تفاعلات أكسدة وإختزال: تستخدم في تقدير المواد المؤكسدة والمختزلة

تفاعلات الترسيب: تستخدم في تقدير المواد التي يمكن أن تعطي نواتج شحيحة الذوبان في الماء

يتم التعرف على نقطة نهاية التفاعل  End Point بإستخدام أدلة يتغير لونها بتغير وسط التفاعل. 

الأدلة Indicators

مواد كيميائية يتغير لونها بتغير وسط التفاعل تستخدم للتعرف على نقطة نهاية التفاعل .

نقطة نهاية التفاعل: نقطة التعادل

النقطة التى يتم عندها تمام تفاعل التعادل بين الحمض والقاعدة. 

تدريب عملى:

تقدير تركيز محلول هيدروكسيد الصوديوم NaOH مجهول التركيز بالمعايرة مع محلول قياسى معلوم التركيز 0,1 مولارى من حمض الهيدروكلوريكHCl 

الخطوات:

يتم نقل حجم معلوم 25 مل من المحلول القلوي NaOH  إلى دورق مخروطي بإستخدام ماصة

يتم إضافة قطرتين من محلول دليل مناسب (محلول عباد شمس أو أزرق برومثيمول).

تملئ السحاحة بالمحلول القياسى (معلوم التركيز) من حمض الهيدروكلوريك (0,1 مول/لتر) .

يضاف محلول الحمض بالتدريج إلى محلول القلوى حتى يتغير لون الدليل مشيراً إلى نهاية التفاعل (نقطة التعادل) الذى يمكن تمثيله على النحو التالى

فإذا كان حجم الحمض المضاف من السحاحة حتى نقطة تمام التفاعل هو 21 مل فيمكن حساب تركيز محلول NaOH المجهول كالأتي:

لابد من التأكد أن معادلة التفاعل الكيميائية موزونة

يعني عدد مولات هيدروكسيد الصوديوم الموجود في 25 مل من المحلول = 2,1 × 10^-3مول

وتستخدم طريقة الحساب التالية :

الأدلة المستخدمة في تفاعلات التعادل

ثانياً: التحليل الكمي الكتلى  Quantitative analysis

إحدى طرق التحليل الكمى يعتمد على فصل المكون المراد تقديره ثم تعيين كتلته وبإستخدام الحساب

الكيميائى يمكن تقدير كميته.

يتم فصل هذا المكون بإحدى طريقتين: 1- طريقة التطاير         2- طريقة الترسيب

أولاً: طريقة التطاير

تعتمد على أساس تطاير العنصر أو المركب المراد تقديره و تجرى عملية التقدير بطريقتين هما :

جمع المادة المتطايرة وتعيين كتلتها.

تعيين مقدار النقص فى كتلة المادة الأصلية (الكتلة قبل التسخين – الكتلة بعد التسخين)

ثانياً: طريقة الترسيب

تعتمد هذه الطريقة على ترسيب العنصر أو المكون المراد تقديره على هيئة مركب نقى شحيح الذوبان ذو تركيب

كيميائى معروف وثابت ثم يفصل هذا المركب عن المحلول بالترشيح على ورقة ترشيح عديمة الرماد ashless  ثم تحرق ورقة الترشيح وعليها الرامب فى بوتقة إحتراق حتى تطاير مكونات ورقة الترشيح ويبقى الراسب ومن كتلة الرامب يمكن تحديد كتلة العنصر او المركب ، مثال: ترسيب الباريوم على صورة كبريتات باريوم

ورق الترشيح عديم الرماد ashless

 نوع من ورق الترشيح يحترق احتراقاً كاملاً ولا يترك رماد.