الاثنين، 21 نوفمبر، 2016

أسس التحليل الكمي الحجمي


أسس التحليل الكمي الحجمي :

 يهدف  هذا النوع من التحليل إلى تحديد تركيز المواد المتفاعلة من خلال إجراء  المعايرات بين الحجوم معلومة من محاليل معلومة التركيز وأخرى معلومة الحجم  غير معلومة التركيز .المحلول المعلوم التركيز بالضبط يسمى المحلول القياسي وهو يحتوي على عدد معين من الجزيئات الجرامية في اللتر و بمعرفة حجم المحلول القياسي الذي يتفاعل تماما مع محلول المادة الأخرى ذات التركيز المجهول عند نقطة التكافؤ( نقطة النهاية ) و بتطبيق قوانين التكافؤ الكيميائي يمكن حساب قوة المحلول المجهولة .
بمكن الكشف عن نقطة النهاية(نقطة التكافؤ) عن طريق ملاحظة التغير في إحدى الخواص الطبيعية للمحلول المعاير الناتج عن التغير في تركيز إحدى المواد المتفاعلة بالقرب من تلك النقطة
وبمكن تقسيم الخواص التي يعتمد عليها في الكشف عن نقطة النهاية إلى قسمين :

(أ‌)      خواص مرئية : وهي الخواص التي يمكن ملاحظتها بالعين المجردة  مثل التغير في لون المحلول أو ظهور تعكر أو اختفاء هذه التغيرات وعادة ما يستخدم الدليل حيث يتغير لون الدليل بشكل مميز للغين عند نقطة النهاية وهذا ما سنتناوله  بالتفصيل في هذا الفصل
(ب‌)    خواص قابلة للقياس : وهذا النوع من الخواص لا يمكن كشفها بالعين المجردة وانما يمكن متابعة تغيرها أثناء المعايرة عن طريق قياسها باستخدام الطرق الآلية وسوف تتناول هذا النوع باختصار :
        المعايرات التوصيلية Conductometric Titration:
وهي المعايرات التي يستدل فيها على نقطة النهاية عن طريق قياس التوصيل الكهربي أثناء المعايرة  ومن ثم رسم العلاقة بين حجم الكاشف المضاف والتوصيل الكهربي وتكون نقطة النهاية عند الارتفاع المفاجئ أو الثبات في قيمة التوصيل الكهربي( شكل)
        المعايرات الجهدية Potentiometric Titration :

وهي المعايرات التي يستدل فبها على نقطة النهاية عن طريق قياس الفرق في الجهد بين زوج من الأقطاب ( أحدهما معلوم الجهد ) مغموسة في المحلول المعاير ويستخدم فيها جهاز مقياس الجهد الكهربي POTENTIOMETER للدلالة على قيمة الجهد الكهربي( مقاسا بالميللي فولط mV أو الأس الهيدروجيني pH ) عند إضافة أي نقطة من الكاشف.

        المعايرات التيارية Amperometric Titration
وهي المعايرات التي يستدل فيها على نقطة النهاية من خلال التغير المفاجئ في قيمة شدة التيار( مقاسا بالميلي أمبير) عند نقطة النهاية

        المعايرات الحرارية Thermometric Titration
وهي المعايرات التي يستدل فبها على نقطة النهاية عن طريق التغير المفاجئ في درجة حرارة المحلول المعاير عند نقطة النهاية

        المعايرات الطيفيةة Spectrophotometric Titration
وهي المعايرات التي يستخدم فبها التغير في امتصاص المحلول المعاير للأشعة المرئية أو فوق البنفسجية عند نقطة النهاية


أولا : أساليب التعبير عن التركيز:
تحضر المحاليل عادة بإذابة وزن معين من المادة المطلوب تحضيرها
 في حجم معين من المذيب ( كما في الشكل ) وبالتالي تنقسم أساليب التعبير عن التركيز الى :



أ‌         التركيز بدلالة وحدات كتلة / وحدات حجم
1       القوة (ق): (حجم / لتر)
2       النسبة المئوية الحجمية %w/v
3       المولارية ( م )
4       العيارية  (ع )
ب‌      التركيز بدلالة وحدات كتلة / وحدات كتلة
1       المولالية (ل)
2       النسبة المئوية الوزنية %w/w
أ- التركيز بدلالة وحدات كتلة / وحدات حجم :




1- القوة (ق) : (حجم / لتر):
هي عد الجرامات من المادة الذائبة في 1 لتر من المذيب
5 جرام (NaCl) ذائبة في 100مل                محلول قوته 5جم / لتر.
 2-النسبة المئوية الحجمية

هي عدد الجرامات من المادة الذائبة في 100 مل من المذيب .
10 جرام (Na2CO3) ذائبة في 100مل ماء               محلول 10%(جم / حجم).

 3-المولارية (م) :

هي عدد االمولات من المادة الذائبة في   1لتر من المذيب
مثال: 1مول من هيدروكسيد الصوديوم  يزن 40 جرام .
40جرام من NaOH ذائبة في 1لتر           محلول 1 مولاري (م).
20جم من NaOH ذائبة في 1لتر              محلول 0.5مولاري (م) .
مثال : محول مكون من إذابة 2 جرام  من NaOH ذائبة في 250 مل
ماهي مولارية هذا المحلول ؟
 وزن المادة في اللتر    8 جرام لان في ربع اللتر 2 جرام .    المول الواحد : 40 جرام
ما هو  التركيز بالمولارية لمحلول  مكون من إذابة 2جرام من هيدروكسيد الصوديوم في 250 مل ماء ؟
(Na=23 . O=16.H=1)                                              
 ( وزن المادة الذائبة  في 1 لتر ) = 2 x 1000   =  8 جرام
              250
عدد المولات ( n)  =    W
                                    M 
=           8    =    0.2 م
           40
حيث :       W  =   وزن المادة،          M =     وزن المول الواحد .
    8   جرام من NaOH              8  ÷     40                0.2 م
المول يزن 40 جرام
وبشكل عام فان :



                 = 0.2×40×(250÷1000)= 2 جرام

 4-العيارية:
تعريف : هي عدد الأوزان المكافئة من المادة الذائبة في 1 لتر من المحلول .


أحسب الوزن المكافئ لحمض الكبريتيك H2SO4.
حيث :H=1,S=32,O=16
الوزن المكافئ لحمض الكبريتيك  = الوزن الجزيئي
                                            عدد أيونات H+
= (2×1)+32+(4×16)             = 49 جرام
     2
49جرام(H2SO4)     ذائبة في 1لتر                           محلول 1ع  (عياري)
                         

4.9 جرام(H2SO4)     ذائبة في 1 لتر                    محلول 0.1 ع (عياري)

  

        س/ أحسب الوزن المكافئ لهيدروكسيد الصوديوم :NaOH
حيث :Na=23,O=16,H=1
ج/ الوزن المكافئ لهيدروكسيد الصوديوم(NaOH) :
             =   23+16+1     =40       =40  جرام
              1                  1    
40جرام (NaOH):  ذائبة في         1 ع
1لتر
                  
 
8  جرام(NaOH): ذائبة في1 لتر                             0.2ع
   
      لأن : 8÷40=1÷5=0.2


                                 
مثال:   Na2CO3

حيث :Na=23,C=12,O=16
الوزن المكافئ لكربونات الصوديوم Na2CO3=
                                       (2×23)+12+(3×16)=
                                                    2
46+12+48=  106  = 53 جرام
       2            2
53 جرام من Na2CO3ذائبة في                       محلول 1ع
1لتر
5.3جرام من Na2CO3ذائبة في                    محلول0.01ع
 1لتر




أحسب التركيز العياري لمحلول مكون من إذابة 0.53 من كربونات الصوديوم Na2CO3 حيث :Na=23,C=12,O=16

الوزن المكافئ =               الوزن الجزيئي
                        عدد أيونات الفلز  x   تكافؤ الفلز
=            106  =  53 جرام
    2×1
عدد الأوزان المكافئة =  5.3  
      53   

العيارية(ع)   =      وزن المادة
                    الوزن المكافئ×الحجم باللتر
         


ت‌      التركيز بدلالة وحدات كتلة / وحدات كتلة:
1           المولالية (ل):  وتمثل عدد الجرامات الجزيئية (المولات) من المادة الذائبة في 1000 جرام من المذيب .
2       النسبة المئوية الوزنية : وتمثل عدد الجرامات من المادة الذائبة في 100 جرام من المذيب

الكثافة والثقل النوعي للمحاليل
Density and Specific Gravity of Solutions
الكثافة (  (Dهي العلاقة بين كتلة المادة ووحدة الحجم أما الثقل النوعي sp.gr)) فهو نسبة الكتلة للمادة الى حجم من الماء مساو لهذه الكتلة عند درجة حرارة ( 4 درجة مئوية) ووحدة الكثافة في النظان المتري عبارة عن ( كجم/ل ) أو (جم/ مل).
أما الثقل النوعي فليس لديه نظام معين وتستخدم العلاقة التالية لايجاد الكثافة :
                 الكثافة (  ( D = الكتلة (كجم) ( (M  /  الحجم ( اللتر) (V (
                                   = الكتلة (جم) ( (M  /  الحجم ( مل) (V (
أمثلة :
(1 )   احسب التركيز المولاري لحمص النيتريك HNO3 (  M.wt = 63)  في محلول اذا كانت قيمة ثقله النوعي (1.42 جم/ مل ) ونسبة الحمض تساوي 70% ؟
الحل :
عدد جرامات الحمض المركز في اللتر = 1.42 x 1000 = 1420 جم
الوزن الفعلى للحمض في اللتر = 1420 x  0.70 = 994 جم / اللتر
المولارية (م ) = عدد المولات / الحجم باللتر
                    =  994 /63  =    16 مولار
(3)    احسب الحجم المطلوب من الحمض المركز الذي يحتوي على 37 % من  HCl ( M.wt  = 36.5) وثقله النوعي (1.18حم / مل) وذلك لتحضير 100 مل من الحمض بتركيبز 6.0 مولاري .

الحل :

مولارية للحمض المركز=    وزن الحمض(جم/ لتر)xالنسبة الوزنية x 1 مول
                                                 الوزن الجزيئي ( M.wt)
                             =  ( 1.18 x 0.37 x  1مول ) /  36.5
                            =  12مول / لتر =  12مولار
وباستخدام قانون التخفيف :
x م ) قبل التخفيف  =  ( ح x م ) بعد التخفيف
ح   x  12   =  100 x  6
الحجم اللازم من الحمض المركز = 6 x 100/ 12   = 50 مل




مسائل وحلولها على طرق التعبير عن التركيز

1.      تم تحضير محلول بإذابة (10.12جم) من KCl.MgCl2.6H2O
M.wt =277.87)) في محلول حجمه 2.0 لتر أحسب التراكيز التالية :
        التركيز المولاري للمركب KCl.MgCl2.6H2O( الجواب: 0.01821م)
        النسبة المئوية (w/v )للمركب KCl.MgCl2.6H2O (الجواب :0.506% )
        عدد المليمولات لأيون الكلور يد        Cl-في 25 مل من المحلول(1.366مليمول)
2.      محلول يحتوي على (w/w) 7.88% ملح Fe(NO3)33 وكثافته1.062g/ml) =D) إذا علمت أن M.wt = 241.86) )احسب :
        التركيز المولاري للمادة Fe(NO3)3 ( الجواب: 0.366م )
        عدد الجرامات للمادة Fe(NO3)3 في اللتر من المحلول(الجواب:83.7 جم/لتر)
3.      ما هو وزن نترات الصوديوم NaNO3 اللازم لتحضير 50 مل من محلول مائي بحيث بكون تركيز لأيونات الصوديوم Na+ فيه35 ملحم/مل ( الجواب: 6.47جم.

ليست هناك تعليقات:

إرسال تعليق