التحليل الكيفي و التحليل الكمي

التحليل الكيميائي

يهدف التحليل الكيميائي إلي التعرف على المادة العضوية أو الغير عضوية المراد تحليلها كميا وكيفيا وهو ما يسمى بالتحليل الكمي Quantitative Analysis والتحليل الكيفي Qualitative Analysis  كما يتضمن هذا التحليل التعرف على شكل المركب وصيغته الكيميائية للاستفادة منه في الصناعة والزراعة والطب. ويتم التحليل الكيميائي إما بالوسائل التقليدية باستخدام الكواشف أو من خلال إجراء المعايرات المختلفة أو باستخدام الأجهزة العلمية الحديثة وهو ما يسمى بالتحليل الآلي Instrumental Analysis

وهناك كما أسلفنا فرعان أساسيان للتحليل الكيميائي :

التحليل الكيفي Qualitative Analysis :

ويهدف هذا النوع من التحليل إلى معرفة مكونات المادة والكشف عن العناصر الموجودة فبها وذلك باتباع طرق كيميائية مختلفة وعندما يراد الكشف عن عنصر معين يسمى ذلك بالتحليل العنصري Elemental Analysis حيث بتم التعرف على العناصر مثل الصوديوم والبوتاسيوم والكالسيوم والباريوم وغيرها وقد يستخدم التحليل العنصري في التحليل العضوي للتعرف على العناصر الرئيسية في المركبات العضوية مثل الكربون والهيدروجين والنتروجين الهاليدات وغيرها.

التحليل الكمي  Quantitative Analysis: 

ويهدف هذا النوع من التحليل إلى معرفة كمية المواد الموجودة في عينة ما أي التعرف على تركيز المادة وذلك باستخدام غدة طرق منها التحليل الكمي المعتمد على وزن المواد المتفاعلة ووزن المواد الناتجة من التفاعل ويسمى بالتحليل الوزنيGravimetric Analysis أو بالتحليل الكمي المعتمد على حساب حجوم المواد المتفاعلة عند نهاية التفاعل وهو ما يسمى بالتحليل الحجمي Voulumetric Analysis .

 وكلا النوعين من هذا التحليل يعتمدان على مهارة المحلل ودقته للوصول إلي النتائج الصحيحة وذلك بخلاف التحليل الآلي الذي يتسم بالدقة العالية 

التحليل الكيفي

مقدمة :

التحليل الكيفي أو التحليل النوعي فرع من فروع الكيمياء التحليلية يبحث في الكشف عن أيونات العناصر في أملاحها والملح عادة يتألف من شقين : شق حمضي وهو ما يسمى بالآنيون (Anion) وشق قاعدي وهو ما يسمى الكاتيون (Cation) فيتحدد بذلك ويتعين مما تتألف هذه المركبات بدقة دون أن تتبين المسبة المئوية التي يشغلها كل عنصر في أي مركب من المركبات .

الاختبارات الأولية التي تجري على المادة الصلبة :

أ – اختبار اللهب :

         كثيراً ما يتطلب التحليل الوصفي استعمال مصباح بنزن إذ يدل لون لهب بعض العناصر على حقيقتها ولهذا يؤخذ سلك بلاتين يغمس في محلول حمض HCI المركز ويعاد غمسه في المادة المجهولة ومن ثم يوضع فوق اللهب فيظهر اللهب وقد اكتسب لوناً من الألوان يدل على وجود عنصر معين .

وهذا الجدول يبين ألوان بعض العناصر المعدنية :

 

ب – اختبار الذوبان :

         تمتاز بعض المواد الصلبة بخاصة الأملاح غير العضوية منها بالذوبان في الماء وهذا ما يسهل عملية التحليل الكيفي ويساعد على تقسم هذه الأملاح  وتوزيعها على مجموعات غير أن هناك مركبات كثيرة لا تذوب في الماء .

أملاح تذوب في الماء أملاح لا تذوب في الماء

نترات العناصر المعدنية NO-3 .

جميع أملاح الصوديوم والبوتاسيوم  والأمونيوم .

جميع الكلوريدات والبر ومات ما عدا كلوريد الزئبق الأحادي – كلوريد الفضة – كلوريد الرصاص وإن كان هذا يذوب في الماء الساخن .

جميع الكبريتات تذوب ماعدا كبريتات الباريوم والرصاص .

         جميع الكربونات ماعدا

كربونات الصوديوم والبوتاسيوم والأمونيوم .

جميع  الفوسفات ماعدا فوسفات الصوديوم والبوتاسيوم والأمونيوم والكالسيوم والماغنسيوم .

جميع الاكاسيد ماعدا أكسيد الصوديوم والبوتاسيوم والأمونيوم .

أما إذا كان الملح صعب الذوبان في الماء فيجري عليه الخطوات الآتية :

1 – يجرب الذوبان في محلول مخفف من HCl على البارد ثم الساخن أو

2 - يجرب الذوبان في محلول مركز  منHCl  على البارد ثم الساخن أو

3 - يجرب الذوبان في محلول مخفف من HNO3 على البارد ثم الساخن أو

4 - 3 - يجرب الذوبان في محلول مركز  من HNO3على البارد ثم الساخن أو

5 – يجرب أخيراً الذوبان في الماء الكلي (3حجم من حمض HCI المركز وحجم واحد من حمض النتريك المركز HNO3 .

 

أولاً : الكشف عن الشقوق الحمضية

يتألف أي ملح من الأملاح الغير عضوية من شقين كما ذكرنا سابقاً

ويسمى الشق السالب بالشق الحمضي (anion) وقد جرت العادة أن تقسم هذه الآنيونات إلى أنواع :

1 – أنيونات تختزل إلى حموض تتطاير إذا ما أضيف إليها حمض HCI مخفف مثل الكربونات --CO3 /   النيوكبريتات   S2O3 --    /  النتريت  -  NO2.

2 – أنيونات تختزل إلى حموض قوية تتحرر لذا يضاف حمض H2SO4 المركز إلى محاليل أملاحها مثل الكلوريد Cl -: ، البروميد Br --  ، والنترات -NO3 .

3 – أنيونات لا تتأثر بكلا الحمضين السابقين ولكن يمكن التعرف عليها عن طريق ترسيب أملاحها المتميزة مثل--    SO4 ، الفوسفات  --- PO4 ، وبالتالي يمكن جعل الآنيونات في مجموعات :

1 – مجموعة حمض الهيدروكلوريك المخفف Dil.HCl :

وتشمل هذه المجموعة الآنيونات التالية : الكربونات --CO3 والبيكربونات HCO3-  والكبرتيت     -- SO3 ،  والبثوكبريتات   --S2O3 ، والنتريت  NO2--، والكبرتيد  -- S  .

أ – الكشف عن الكربونات   Carbonate --CO3:

تجربة تأكيدية :

         يعطي أيون الملح الذي يتضمن أيون الكربونات لونا أحمر إذا ما أضيف إليه قطرتان من محلول دليل الفينولفثالين phenolphthaline  .

إذا أضيف قليل من حمض HCI المخفف يتصاعد غاز CO2 الذي يعكر ماء الجير ويحوله إلى محلول بني باهت .

     

Na2CO3 + 2HCl  2 NaCl + CO2 + H2O  

CO2 + Ca(OH)2  CaCO3 + H2O

كذلك يتصاعد هذا الغاز لذي تسخين معظم أملاح الكربونات

CaCO3  CaO + CO2                                                                

أما محلول ملح الكربونات فيتفاعل مع محلول كبريتات الماغنسيوم MgSO4 وينشأ راسب أبيض من كربونات الماغيسيوم Mg(CO3)2 ومع كلوريد الزئبتيق  HgCl2 وتعطي راسب أحمر طوبي من كربونات الزئبقيقHgCO3   .

ب – الكشف عن البيكربونات   --HCO3 Bicarbonate  :

نفس التجارب السابقة ولكن مع التسخين باستثناء التجربة التأكيدية :

NaHCO3 + HCl  NaCl + CO2  + H2O

وتختلف محاليل البيكربونات عن الكربونات بأنها :

لا تعطي مع كبريتات الماغنسيوم أو كلوريد الباريوم أي راسب على البارد .

ج – الكشف عن الكبرتيت  -- SO3 Sulphite :

تجربة تأكيدية :

مع حمض HCI المخفف والتسخين يتصاعد غاز SO2 الخانق والذي يحول ورقة مبللة بمحلول ثاني كربونات البوتاسيوم  K2Cr2O7من اللون البرتقالي إلى اللون الأخضر .

يعطي محلول الكبرتيت مع محلول كلوريد الباريوم  BaCl2راسب أبيض يذوب إذا ما أضيف إليه قليل من حمض HCI .

Na2SO3 + BaCl2      2 NaCl + BaSO3

  أما مع محلول خلات الرصاص Pb(CH3COO)2 فيعطي راسب أبيض من كبريتيت الرصاص PbSO3 يذوب في حمض HNO3 (مخفف)  .

ويزيل محلول الكبرتيت لون محلول برمنجنات البوتاسيومKMnO4 نظراً للاختزال

2 KMnO4 + 5H2SO3  K2SO4 + 2MnSO4 + 2H2SO4 + 3H2O

د – الثيوكبريتات S2O3-- Thiosulphat  :

تجربة تأكيدية :

مع حمض HCl المخفف  راسب أصفر باهت من الكبريت مع تصاعد غاز ثاني أكسيد الكبريت SO2 .

2HCl + Na2S2O3  H2S2O3 + 2 NaCl

H2S2O3  S + H2SO3

H2SO3  SO2 + H2O

لا يؤثر محلول كلوريد الباريوم على محلول الثبوكبريتات إلا إذا كان عالي التركيز .

يكون راسب أبيض مع خلات الرصاص ويتحول عند الغليان إلى الأسود .

مع محلول كلوريد الحديد الثلاثي  لون بنفسجي لبعض الوقت ثم يختفي .

هـ : الكبريتيد   --S Sulphide :

تجربة تأكيديه : مع حمض HCl مخفف يتصاعد غاز كبريتيد الهيدروجين H2S ذو رائحة البيض الفاسد والذي يسود ورقة مبللة بخلات الرصاص

(NH4)2 S  +   2HCl      2NH4Cl  +   H2S                                       

مع خلات الرصاص يعطي راسب أسود PbS .

مع نترات الفضة AgNO3 أيضاً يعطي راسب أسود يذوب في حمض HNO3 الساخن .

و – النتريت  - NO2 : Nitrite :

تجربة تأكيديه :

مع حمض HCl المخفف يتصاعد غاز ثاني أكسيد النتروجين بني اللون (NO2)

:

NaNO2 + HCl  NaCl + HNO2

3HNO2       HNO3 + 2NO   + H2O

  2NO  +  O2        2NO2

•        هذا ويتلون محلول الحمض بلون أزرق كذلك ، وكذلك تتصاعد أبخرة اليود عند إضافة محلول يوديد البوتاسيوم KI  وهذه الأبخرة تلون ورقة مبللة بالنشادر باللون الأزرق البنفسجي .

•        مع محلول كبريتات الحديد الثنائي FeSO4  وفي وسط حمضي ضعيف يتشكل أيونا من النيتروزيل للحديد الثنائي (ذي اللون البني) .

Fe2+  +  NO-2 +  2H+  Fe 3+ +  NO  + H2O

Fe 2+  +  NO + 5H2O    [Fe NO )H2O)5]2+

ويمكن إيجاز ما سبق من تجارب في الجدول التالي :

 - (1) مجموعة حمض الهيدروكلوريك المخفف :

عند إضافة الملح الصلب إلى محلول حمض الهيدروكلوريك المخفف HCl

الملاحظة       الأيون المحتمل         المعادلات الدالة على التفاعل

1 – حدوث فوران على البارد وانطلاق غاز يعكر ماء الجير CO2        إما

كربونات بيكربونات

CO3--,HCO3     Na2CO3 + HCl 

NaCl + H2O + CO2 

Or 

NaHCO3 + HCI  NaCl + CO2  + H2O

 

الملاحظة       الأيون المحتمل         المعادلات الدالة على التفاعل

2 – غاز عديم اللون له رائحة البيض الفاسد ويسود ورقة مبللة بخلات الرصاص .        كبريتيد

S--    Na2S + HCl  

NaCl + H2S 

(CH3COO)2 Pb + H2S 

PbS + CH3COOH

3 – غاز عديم اللون ولـه رائحة خانقة ويحول ورقة مبللة لثاني كرومات البوتاسيوم إلى اللون الأخضر .          كبرتيت

SO3--        Na2SO3 + 2HCl 

2NaCl + H2O + SO2 

4 – غاز عديم اللون ولـه رائحة خانقة ويحول ورقة مبللة بثاني كرومات البوتاسيوم إلى اللون الأخضر مع تكوين راسب أبيض مصفر من الكبريت.    الثيوكريتات

S2O3--      Na2S2O3 + 2HCl 

2NaCl + H2O + S + SO2 

5 – غاز له لون بني يميل إلى الاحمرار (يحول ورقة مبللة بمحلول النشا المذاب فيه يوديد البوتاسيوم إلى اللون الأسود .        النتريت

NO2--        NaNO2 + HCl 

NaCl + HNO2

2HNO2  H2O + NO

+ NO2

(2) مجموعة حمض الكبرتيك المركز Conc.   H2SO4

أ – الكلور يد : CI-  :  تذوب أغلب الأملاح الكلوريدية في الماء ماعدا كلوريد الفضة AgCl وكلوريد الزئبق الأحادي  Hg2Cl2 أما كلوريد الرصاص PbCl2فيذوب في الماء الساخن .

 

تجربة أساسية : مع حمض الكبريتيك المركز يتصاعد غاز كلوريد الهيدروجين الذي يشكل سحباً بيضاء مع ساق مبللة بمحلول النشادر .

NaCl + H2SO4  Na2SO4 + 2HCl

HCl + NH4OH  NH4Cl + H2O

مع محلول نترات الفضة  راسب أبيضAgCl   يذوب في محلول النشادر .

مع ثاني أكسيد المنجنيز في وجود حمض الكبريتيك ينطلق غاز الكلور الأصفر المخضر .

2NaCl + MnO2 + 3H2SO4   2NaHSO4 + MnSO4

+ 2H2O + Cl2

تجربة أساسية :

مع حمض الكبريتيك المركزH2SO4   بروميد الهيدروجين الذي يتحل إلى غاز البروم الأحمر البني .

2KBr + H2SO4   K2SO4 + 2HBr

2HBr + H2SO4    Br2 + SO2 + 2H2O

مع نترات الفضة  راسب أصفر باهت من بروميد الفضة قليل الذوبان في محلول الأمونيوم أو حمض النتريك .

KBr + AgNO3    Ag Br + KNO3

مع خلات الرصاص  راسب أبيض يذوب في الماء الساخن .

ج – اليوديد I -         Iodide :

تجربة أساسية :

مع حمض الكبريتيك المركز  أبخرة بنفسجية (اليود) تحول ورقة مبللة بالنشادر إلى اللون الأزرق .

 

مع نترات الفضة  راسب أصفر AgI يذوب في محلول سباتيد البوتاسيوم .

KI   + AgNO3      AgI   +  KNO3   

مع خلات الرصاص  راسب أصفر من يوديد الرصاص يذوب في الماء الساخن  PbI2 .

د – النترات -NO3   Nitrat :

تجربة أساسية :

مع حمض الكبريتيك  أبخرة بنية حمراء من ثاني أكسيد النيتروجين يرافقها قليل من أبخرة حامض النتريك .

NaNO3 + H2SO4    NaHSO4 + HNO3

4 HNO3    4 NO2 + O2 + 2H2O

إذا أجريت التجربة السابقة في وجود برادة النحاس فإن المحلول يأخذ لوناً أزرق نتيجة تكون نترات النحاس ويتصاعد في الوقت نفسه أبخرة حمراء من ثاني أكسيد النتروجين .

3Cu + 8HNO3    3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O            

2 NO + O2    2NO2

تجربة الحلقة السمراء :

محلول الملح + محلول كبريتات الحديد الثنائي FeSO4 + بعض قطرات من حمض الكبريتيك المركز على جدار الأنبوبة الداخلي تتكون حلقة سمراء .

6FeSO4 + 4H2SO4 + 2NaNO3    3Fe2(SO4)3 + Na2SO4                                                                     + 4H2O + 2NO. 

FeSO4 + NO   Fe (NO) SO4

وفيما يلي سنوجز أهم ما سبق ذكره في الجدول التالي :

الملح الصلب + حمض H2SO4 المركز :

الملاحظة       الآيون المحتمل         المعادلات الدالة على التفاعل

•        تصاعد غاز عديم اللون ذى رائحة نفاذة يكون سحبا بيضاء إذا تعرض لقضيب مبلل بالنشادر .   الغاز هو

HCl

الأيون:الكلوريدCl-   2NaCl + H2SO4 

Na2SO4 + 2HCl

2HCl + NH3  NH4 Cl

•        تصاعد أبخرة لها رائحة نفاذة وتدخن في الهواء الرطب ولها لون أحمر كما يأخذ المحلول اللون الأحمر .         البروميد

Br-    2KBr + H2SO4 

K2SO4 + 2HBr

2HBr + H2SO4 

SO2 + 2H2O + Br2

•        تصاعد أبخرة ذات لون بنفسجي ويتحول اللون إلى اللون الأزرق الأبخرة هي أبخرة اليود والغاز هو يوديد الهيدروجين . اليوديد

I-       KI + H2SO4 

K2SO4 + 2HI

2HI + H2SO4 

SO2 + 2H2O + I2

•        أبخرة بنية (من ثاني أكسيد النتروجين) ذات رائحة نفاذة سامة ، يزداد تصاعدها عند إضافة قليل من برادة النحاس فالغاز المتكون هو ثاني أكسيد النتروجين . النترات

NO3-         2KNO3 + H2SO4 

K2SO4 + 2HNO3

Cu+ 4HNO3 

Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O

 

3 – المجموعة الثالثة

تشمل أيومات لا تتأثر بالحمضين السابقين ومنها أيون الكبريتات      SO4 --          وأيونات الفوسفات  --- PO4  والبورات   ---B4O7

محلول الملح + محلول أبدروكسيد الأمونيوم  راسب أبيض

                                                       +    رائق

SO4-- كبريتات

                                                                 كلوريد الباريوم

PO4--- فوسفات                                                      { راسب أبيض }

B4O7 بورات                                              لا يذوب  (-- SO4   )         

        الراسب الأبيض +حمضHCl)

                                              يذوب( B4O7)راسب أبيض معAgNO3)

                                          ( ---   PO4) (راسب أصفر معAgNO3)

الكبريتات    -- SO4          Sulphate :

مع كلوريد الباريوم  راسب أبيض من كبريتات الباريوم لا يذوب في الأحماض المعدنية

Ba Cl2 + Na2SO4  Ba SO4 + 2NaCl

•        أيون فوسفات :   ---  PO4  Orthophosphate :

مع محلول نترات الفضة : يتكون راسب أصفر من Ag3PO4 يذوب في النشادر المائي .

مع محلول كلوريد الباريوم : راسب أبيض يذوب في الأحماض المعدنية .

 

مع محلول موليبدات الأمونيوم :

إذا أضيف قليل من محلول هذا الكاشف الحمضي (في حمض النتريك) إلى بعض قطرات من محلول الفوسفات ينتج راسب أصفر من فوسفو مولييدات الأمونيوم ولا ينشأ هذا الراسب إلا في وسط حمض مع التسخين .

•        البورات :-- B4O7 :

مع محلول نترات الفضة :

         يتكون راسب أبيض من ميتابورات الفضة الذي يذوب في الحموض و في محلول النشادر ويتفكك عند الغليان مكوناً راسباً بنياً من أكسيد الفضة .

B4O7-- + 4 Ag + H2O              4 AgBO2  + 2H+

2 Ag BO2 + 3H2O                    2H3BO3 + Ag2O 

مع محلول كلوريد الباريوم :

         راسب أبيض في المحاليل المركزة ويذوب في الأحماض المخففة وفي محلول الأمونيوم .

الأسس النظرية المتعلقة بالكشف

عن الشقوق القاعدية

لفـهم الأسس النظرية المستخدمة في عمليات فصل الفلزات يجب دراسة  :

•        الاتزان الكيميائي والعوامل المؤثرة  عليه

•        تأثير الأيون المشترك

•        الذوبان- المحاليل المائية-ذوبان المركبات الأيونية وغير الأيونية

•        ثابت حاصل الإذابة-الأس الهيدروجينيpH والحسابات المتعلقة به

التحليل الكيفي :

1.      مقدمة عن ماهية التحليل الكيميائي- تصنيف طرق التحليل الكيميائي

   2. تقسيم الشقوق الحمضية إلي مجموعات –دراسة كل مجموعة من حيث :

شقوق المجموعة – كاشف المجموعة- التجارب والتفاعلات المميزة لكل شق.

   3 .دراسة الأسس النظرية المتعلقة بالكشف عن الشق القاعدي:

الاتزان الكيميائي والعوامل المؤثرة عليه .

تأثير الأيون المشترك .

الذوبان-المحاليل المائية – ذوبان المركبات الأيونية وغير الأيونية – ثابت حاصل الإذابة.

الأس الهيدروجيني- والحسابات المتعلق به.

 4 .تقسيم الشقوق إلي مجموعات تحليلية-دراسة كل مجموعة من حيث :

فصل المجموعة – شقوق المجموعة – كاشف المجموعة – التمييز بين عناصر المجموعة .

ثانيا : مفردات التحليل الكمي:

1.تصنيف طرق التحليل الكيميائي الكمي.

التحليل الحجمي :

(أ )أسس ومبادئ التحليل الحجمي- طرق التعبير عن التركيز- الحساب الكيميلئي ومعالجة النتائج .

(ب)تفاعلات التعادل ( معايرة الأحماض والقواعد)

نظرية التعادل –حساب الأوزان المكافئة –أدلة التعادل – منحنيات المعايرة – تطبيقات .

(ج). تفاعلات التأكسد والاختزال

تعريف التأكسد والاختزال – جهد التأكسد وجهد الاختزال – حساب الأوزان المكافئة للعوامل المؤكسدة والمختزلة – أدلة التأكسد والاختزال .

دراسة تحليلية مقارنة لاستخدام البر منجنات والبيكرومات واليود كعوامل مؤكسدة

(د). تفاعلات الترسيب وتكوين المتراكبات :

الأوزان المكافئة – القياس الفضي – أدلة تفاعلات الترسيب

(موهر – فولهارد – فاجان )

التحليل الوزني :

( أ ) .أسس مبادئ التحليل الوزني

( ب).خطوات التحليل الوزني

(ج ).دراسة العمليات الأساسية للتحليل الوزني

اختبار عينة التحليل – الحصول على محلول لعينة الترسيب – الإذابة – الترسيب – الترشيح – الغسيل – عمليات التحويل قبل الوزن – التجفيف – الوزن .

( د). الحسابات والمعالجة .