الكيمياء التحليلة

تقسيم الكيمياء التحليلة Analytical Chemistry :

للكيمياء
التحليلية تطبيقات واسعة في الحياة العملية فهي تستخدم في الصناعة و الطب
و الزراعة و في الكشف عن الجريمة و اليك امثلة عن ذلك:

-في الطب:في تقدير نسبة البولينا او السكر في الدم
-في ضبط الغش التجاري:كما في المواد الغذائية و الادوية
-في الكشف عن الجرائم:كما في تخليل العملات المزيفة
-في المصانع:حيث تستخدم في تقدير كتلة مادة مذابة في محلولها و كذلك في مراقبة جودة المنتج عن طريق تخليله
-في
مجال تلوث البيئة:تعد الكيمياء التحليلة الوسيلة المثلى التي يتم بها
تحديد التكوين الغازي لعينة من الهواء الجوي الموجود فوق المدن او المناطق
الصناعية.



حيث تعني الكيمياء
التحليلة بمعرفة مكونات المادة من خلاال تحديد انواع العناصر او الايونات
او المركبات الموجود فيها و تمسى الطرق الكيميائية التحليلية المستعملة في
معرفة نوعية المكونات الكيميائية بالكيمياء التحليلية النوعية او التحليل
النوعي Qualitative analysis اما الطريقة التي تستخدم في تعين هذه
المكونات فتسمى بالتحليل الكيميائي الكمي او التحليل الكمي Quantitative
analysis و منها:

أ-الطريقة الحجمية Volumetric analysis :



و تعتمد هذه الطريقة على تقدير كمية مكونات المادة بواسطة عمليات المعايرة Titration .


ب-الطريقة الكتلية Gravimetric analysis :

و تعتمد هذه الطريقة على تقدير مكونات المخلوط بواسطة عمليات الترسيب و عادة ما يكون المحلول الكمي مسبوقا بالتحليل النوعي

مثال:لو
كان عندك قطعة نقود و ارادوا منك معرفة مكوناتها الكيميائية قنبدأ اولا
بتحليللها نوعيا لمعرفة هذه المكونتا فنجد انها تتكون من نحاس و نيكل و
فضة و بناء على هذه المعلومات نحلل العينة كميا لنحصل على ان هذه العينة
مثلا بها 65% نحاس،21%نيكل و 14% فضة


التحليل الكمي الحجمي اي المعايرة Volimetric analysis :


تعتمد
فكرة المعايرة على الاساس العام الذي تتم بمقتضاه التفاعلات الكيميائية و
هو قانون النسب المتكافئة Law of chemical equivalence و الذي يقول تتفاعل
المواد فيما بينها بنسب كتلتها المكافئة


و في
عملية المهايرة يضاف حجم معين من محلول يحتوي على مواد مختارة معروف
تركيزها بدقة(محلول قياسي standard solution ) الى حجم معلوم من محلول آخر
يحتوي على المادة المراد تعين تركيزها بحيث تتفاعل بنسب كتلتها المكافئة.

لذلك
يقصد بالتحليل الكمي الحجمي او المعايرة انها عملية كيميائية تتم فيها
معرفة حجم المحلول من مادة معينة معلوم تركيزه فيها بدقة و هذا التركيز
يلزم ليتفاعل كميا مع عينة من مادة اخرى يراد تقديرها.و يمكن حساب كتلة
المادة المراد تقديرها من معرفة حجم المحلول القياسي المستخدم و هو
المحلول المعلوم تركيزه بدقة و كذلك من قوانين الاتحاد الكيميائي المعروفة
و خاصة قانون النسب المتكافئة.

و النقطة
التي يتم عندها التفاعل من الوجهة النظرية هي نقطة التكافؤ equivalence
point و هي النقطة التي يكون عندها عدة مكافئات المادة القياسية مساويا
لعدد مكافئات النادة المراد تقديرها،حيث ان نقطة نظرية لا يمكن رؤيتها ،و
يمكن معرفة هذه النقطة عمليا بنقطة اخرى مقاربة لها تماما تعرف بنقطة
نهاية المعايرة End point و يستدل عليها بحدوث بعض التغيرات الفيزيائية
مثل تغير لون المحلول القياسي(مثل زوال او ثبات لون برمنجنات البوتاسيوم)
او باضافة كميات قليلة من مادة مساعدة تسمى دليل Indicator و يشترط في
الدليل ان يحدث له تغير يمكن رؤيته عند نهاية التفاعل بين المادة المراد
تقديرها و بين المحلول القياسي في الحلول المعلاير Titrate و يطلق على
النقطة التي يحدث عندها التغير في لون الدليل نقطة انتهاء المعايرة end
point of titration .و هناك مواد يمكن تحضير محاليل قياسية منها بمجرد
الوزن و الذوبان و تسمى بالمواد القياسية الاولية primary standard
substances من مثل كربونات الصوديوم و البوراكس.


الشروط اللازم توافرها في المادة القياسية الاولية:

أ-يسهل الحصول عليها نقية و يمكن تجفيفها ما بين 110-120 درجة سيليزية دون ان تنحل بالحرارة

ب-سهولة ذوبانها في الماء

ج-يجب
الا يجدث لها اي تغير في الكتلة اثناء الوزن اي ان المادة لا تمتص بخار
الماء من الجو و لا تتأكسد باكسجين الهواء الجوي و لا تتفاعل مع غاز ثاني
اكسيد الكريون الموجود في الهواء الجوي كما يشترط ان لا يتغير تركيبها
الكيميائي اثناء الحفظ او التخزين عند درجات الحرارة العادية.

د-أن تكون مادة صلبة و غير قابلة للتطاير عند درجات الحرارة العادية

هـ-أن
تكون كتلتها المكافئة كبيرة حتى يمكن اهمال اخطاء الوزن و هذه الاخطاء
تتراوح عادة بين 0.0001-0.0002 جرام و للحصول على نتيجة دقيقة يجب الا تقل
الكتلة اللازمة من المادة القياسية عن 0.2 جرام.

و-تتفاعل بسرعة مع المادة المراد تقديرها

و
الاحماض و القواعد لا تعتبر من المواد القياسية الاولية لان بعض الاحماض
تمتص بخار الكاء من الجو من مثل حمض الكبريتيك المركز كما ان بعض القواعد
تمتص بخار الماء و تتفاهل مع غاز ثاني اكسيد الكربون الموجود في الجو من
مثل الصودا الكاوية و كذلك ان بعض الاحنماض و القلويات قابلة للتطاير من
مثل حمض الهيروكلوريك المنرك و محلول الامونيا.


تحضير محلول قياسي:


اذا توافرت لديك مادة قياسية اولية،فكيف يمكنك تحضير محلول معلوم العيارية او التركيز منها؟


تؤخذ
الكتلة المكافئة الجرامية او جزء منها او مضاعفاتها ثم تذاب في مذيب مناسب
و عادة ما يكون الماء ثم يكمل المحلول الى الحجم المعين.و اذا تعذر الحصول
على مادة نقية كما هو الحال في معظم الاحماض و القلويات و المواد التي
تمتص بخار الماء من الهواء الجوي فاننا نحضر منها محاليل ذات عيارية
تقريبية اولا ثم تجري معايرتها مع مادة اخرى نقية ذات عيارية معلومة و
بذلك تصبح محاليل قياسية مع انها لمواد غير قياسية.


شروط استخدام طرق المعايرة في التحليل الكمي الحجمي:


1-أن يكون هناك تفاعل كيميائي يمكن التعبير عنه بمعادلة كيميائية
2-أن تتفاعل المادة المراد تقديرها تفاعلا تاما مع المواد القياسية،و يكون ذلك حسب قوانين الاتحاد الكيميائية بنسبة كتلتها المكافئة
3-ان يحدث التفاعل الكيميائي بصفة مستمرة و سريعة و معظم التفاعلات الايونية تفي بهذه الشروط
4-ان يكون التفاعل مصحوبا بتغير في بعض الخواص الفيزيائية او الكيميائية للمحلول و يمكن الاستجلاال على هذا التغير عند نقطة التكافؤ
5-وجود دليل يحدد نقطة انتهء المعايرة.


مميزات استخدام طرق المعايرة:


1-تعطي نتائج دقيقة يمكن الاعتماد عليها
2-تحتاج الى اجهزة بسيطة يمكن توفرها
3-يمكن اجراؤها بسهولة
4-لا تحتاج الى زمن طويل عند اجرائها


المواد و المواد التالية ضرورية عند استخدام طرق المعايرة:

1-مادة ذات درجة نقاوة عالية لتحضير المحاليل القياسية
2-دليل لوني او طريقة آلية لمعرفة نقطة انتهاء المعايرة
3-اوعية لقياس الحجوم مثل السحاحة ،الماصة،الدورق العياري ذو السعة المحدودة