الاثنين، 21 نوفمبر، 2016

التحليل الوزني

التحليل الوزني

أسس التحليل الوزني :

هو أحد الطرق التقليدية للتحليل الكمي ويعتمد على استخدام الميزان الحساس لتقدير المكونات ويتم التحليل الوزني بأحد الطرق التالية:
طريقة الوزن المباشر
طريقة حساب النقص في الوزن
طريقة الترسيب الكيميائي

طريقة الوزن المباشر ( الزيادة في الوزن ):

وذلك بحساب الزيادة في وزن بعض المواد التي تقوم بامتصاص بعض الغازات
( H2O _ CO2 __ O2) بعد عملية الامتصاص وتكافئ هذه الزيادة وزن الغاز الممتص.
                              C    +  O2                      CO2

طريقة حساب النقص في الوزن :

وذلك بحساب انقص في الوزن نتيجة تكسر المادة الأصلية عند درجة حرارة معينة أو تصاعد ماء التبلور كما في الأملاح التي تحوي على جزيئات من ماء التبلور

CaCO3                                 CaO +  CO2

100                                                      56
س                            ص

الوزن الفعلي المتبقي                              الوزن الأصلي

CuSO4.5H2O                         CuSO4+   5H2O                      
90              جرام                249      جرام





طريقة ا لترسيب الكيميائي

تعتمد هذه الطريقة على فصل العنصر أو الأيون المراد تقديره  من المحلول وذلك عن طريق تفاعل كيميائي بين العنصر أو الأيون وبين ما يعرف بالمرسب أو المادة المرسبة وذلك لينتج مادة شحيحة الذوبان تعرف بالمادة المترسبة وتعتبر طريقة الترسيب الكيميائي  أكثر طرق التحليل الوزني شيوعاً
                (المترسبة)                           (المرسبة)

NaCl    +  AgNO3                                              AgCl+NaNO3   



خطوات التحليل الوزني

1-      1-إذابة العينة .
2-      المعالجة الأولية .
3-      الترسيب.

إذابة العينة:

عن طريق إجراء عدة اختبارات لذوبانية العينة واختيار المذيب المناسب ويتم ذلك بعد فحص العينة بالعين المجردة ثم تجفيف العينة لمدة ساعتين على الأقل عند درجة حرارة من 100-120ْم وملاحظة أي تغيرات في الوزن نتيجة لفقدان ماء التبلور أو حدوث تفكك أو أكسدة أو اختزال لبعض مكونات العينة .

المعالجة الأولية :

وتشمل تهيئة الظروف المناسبة لعملية الترسيب
( مثل ضبط الرقم الهيدروجيني _ حجم المحلول _ درجة الحرارة )
وهي عملية إجراء عملية فصل للعناصر أو الأيونات التي يمكن أن تتداخل مع العينة المطلوبة وتؤثر على نتائج التحليل  الوزني .


الترسيب:
 
تعتبر أهم خطوات التحليل الوزني والغرض الأساسي من عملة الترسيب هو عزل المكون المطلوب تقديره عن بقية المكونات التي قد تكون موجودة في المحلول وذلك عن طريق إضافة (ا لمادة المرسبة)
للحصول على الصورة المترسبة .

ملاحظة:
أحياناً يحدث تفكك جزئي لبعض الرواسب أي تتغير فيه الصيغة الكيميائية لجزء من الراسب (الصورة المترسبة) أثناء عملية التجفيف مما يؤدي إلى تحول الراسب إلى مخلوط من مركبين وبنسب غير معروفة وهذا يؤدي إلى خطأ في الحسابات ولتجنب الأخطاء الناتجة عن ذلك نقوم بعملية حرق لهذه الرواسب وذلك لضمان تحويل كل أجزاء الراسب إلى صورة واحدة  فقط لهت صيغة كيميائية ثانية تعرف (بالصورة الموزونة ) .
Al(OH)3  x H2O                            Al2O3 +   H2O

============================================





العمليات الأساسية في التحليل الوزني

[أ] متطلبات الصورة المترسبة

ومن أهم المتطلبات اللازم توفرها في الصورة المترسبة ما يلي :
1- يجب أن تكون الصورة المترسبة عبارة عن مركب شحيح الذوبان , ولا تستخدم في العادة المركبات التي لها حاصل إذابة أكبر من    1*10 - 8  وذلك لتجنب الأخطاء التي تنتج عن عملية الذوبان .
2ـ يجب أن تكون الصورة المترسبة على هيئة حبيبات أو بلورات كبيرة وذلك حتى تسهل عملية غسل وترشيح الراسب ويلاحظ أن الرواسب الجيلاتينية مثل هيدرو كسيد الحديد أو هيدروكسيد الألومنيوم لها حبيبات ذات أحجام صغيرة مما يريد من فرصة تلوت هذه وبطء عملية الترشيح وذلك لنفاذ الحبيبات خلال ورقة الترشيح وسد مساماتها .
3ـ يجب أن تتم عملية تحويل الصورة المترسبة إلى صورة الموزونة في يسر وسهولة وأن يكون التحول كاملاً .

 [ب] متطلبات الصورة الموزونة

ومن أهم المتطلبات اللازم توافرها في الصورة الموزونة ما يلي :
1ـ يجب أن تكون الصورة الموزونة عبارة عن مركب واحد فقط له صيغة كيميائية
EhemicaL  formula ثابتة ومعروفه وإلا فإن العمليات الحسابية تصبح مستحيلة إذا كانت الصورة الموزونة عبارة عن مركب ليس لع صيغة كيميائية محددة أو مخطوط من عدة
مركبات بنسب غير معروفة . مثال ذلك ما يحدث عند تقدير الحديد على هيئة هيدروكسيد حيث أن الصيغة  F e ( OH )3  لا تمثل الصيغة الكيميائية للراسب كما هو متوقع , ونجد أن الراسب يحتوي على عدد غير محدد من جزيئات الماء يختلف باختلاف ظروف الترسيب . ولذلك فإنه من الأفضل أن تكتب الصيغة الكيميائية للراسب كالتالي     F e2 O3  X H O 
والتي لا تصلح أن تكون صورة موزونة لاستحالة حساب الوزن الجزيئي لهذه الصورة وذلك لوجود عدد مجهول من جزيئات ماء التبلور ولذلك فإنه يجب حرق هذا الراسب للتخلص من هذا العدد المجهول من جزيئات ماء التبلور . لذلك فإنه يجب حرق هذا الراسب للتخلص من هذا العدد المجهول من جزيئات الماء والحصول على صورة موزونة لها صيغة كيميائية معروفة وهي          F e2 O3
  F e2 O3 X H2 O                         F e2 O3 + X H 2 O    
2ـ يجب أن تكون الصورة الموزونة ثابتة كيميائياً بحيث لا يحدث لها أي تأكسد أو اختزال سواء في جو المعمل أو أثناء عملية الحرق كما أنه يجب أن تقدم هذه الصورة بامتصاص الماء   أو ثاني أكسيد الكربون مما يؤدي إلى زيادة في الوزن وأخطاء في نتائج التحليل الوزني فاختيار أو كسيد الكالسيوم   CaO كصورة موزونة لا يعتبر اختياراً صحيحاً .
على الرغم من توفر كل متطلبات الصورة الموزونة في هذا المركب , وذلك لقيام هذا الراسب بامتصاص بخار الماء وثاني أكسيد الكربون من الجو وبالتالي فإنه بفضل تحويل الأكسيد إلى صورة أخرى وهي الكبريتات      CaSO4  بمعاملة أوكسيد الكالسيوم وهو في الجفنة بحمض الكبريتيكH2 SO4  ثم التخلص من الزيادة من الحمض بالتبخير .
3- يجب أن تكون كمية العناصر أو الأيون ( المطلوب تقدير ) في الصورة الموزونة أقل ما يمكن فعلى سبيل المثال عند التقدير عنصر الكروم بطرق التحليل الوزني فإنه من الممكن وزن الكروم على هيئة أوكسيد الكروم   Cr2O3   أو على هيئة كرومات الباريوم إلا أنه يفضل استخدام المركب الأخير كصورة موزونة لأن محتوى أو كمية الكروم في هذا المركب أقل من محتوى الكروم أو كسيد الكروم وبالتالي  فإن الأخطاء التي قد تنتج من فقدان جزء من الراسب أثناء الوزن أو الترشيح أو الغسل أو التجفيف والحرف تكون أقل بكثير عند أستخدام كرومات الباريوم ويمكن إثبات ذلك بالعملية الحسابية التالية التي تثبت أن كمية الكروم في من راسب كرومات الباريوم أقل من كمية الكروم في من أكسيد الكروم . 

الصورة الموزونة ( كرومات الباريوم )                 الصورة الموزونة ( أوكسيد الكروم )
                     BaCrO4                                          Cr2 O 3   
                                               
                         Cr   يحتوي على     BaCrO4                                  2Cr   يحتوي على Cr2 O 3  
                                                                                                          
52 mg Cr يحتوي على   104 mg Cr             253.4 mg     تحتوي على152 mg      

  x mg Cr                                                     تحتوي على 1mgBa CrO4  x mg Cr              تحتوي على   1mg Cr2 O3

x 104 * 1 = 0.7 mg Cr                               x  = 52*1 = 0.2 mg Cr      152                                                                  254.4                     
                               
وبالتالي وأن كمية الكروم المفقودة في حالة فقدان مليجرام واحد من كرومات الباريوم تكون أقل بكثير مما لو فقدت نفس الكمية من أوكسيد الكروم .
ويجب مراعاة المتطلبات السابقة للصورتين المترسبة والموزونة عند اختبار المرسب أو المادة المرسبة , حيث أنه يمكن القول بأن اختبار المادة المرسبة يجب أن يتم بحيث تعطي راسباً شحيح الذوبان ذات بلورات أو حبيبات ذات أحجام معقوله حتى يسهل ترشيحه ويتحول بسهولة إلى الصورة الموزونة إن وجدت أيضاً . وفي حالة وجود صورة واحد فقط يجب أن تكون الصيغة الكيميائية لهذا الراسب معروفة وثابتة ولا تقوم بامتصاص بخار الماء أو ثاني أوكسيد الكربون من الهواء وأن تكون كمية العنصر المراد تقديره أقل ما يمكن هذا وبالإضافة إلى المتطلبات السابقة فإن المادة المرسبة يجب أن تكون على درجة معقولة من التطاير حتى يسهل التخلص من الزيادة المستخدمة من هذه المادة فعلى سبيل المثال عند ترسيب أيون الحديد على هيئة هيدروكسيد يفصل استخدام هيدروكسيد الأمونيوم بدلاً من هيدروكسيدات الصوديوم أو البوتاسيوم وعند تقرير الباريوم على هيئة كبريتات الباريوم فإنه يفصل استخدام حمض الكبريتات الصوديوم أو البوتاسيوم , وعند تقرير الفضة على هيئة كاوريد الفضة يستخدم حمض الهيدروكلوريك بدلاً من كلوريد الصوديوم أو البوتاسيوم أما في حالة ترسب النحاس على هيئة هيدروكسيد الأمونيوم على الرغم من أن الأخير أكثر تطايراً والسبب في ذلك تكوين مركب معقد من النحاس عند وجود زيادة من الأمونيا مما يؤدي إلى ذوبان راسب هيدروكسيد النحاس .

ويجب أيضاً اختبار المادة المرسية التي ترسب العنصر أو الأيون المطاوب تقديره فقط أي أن تكون انتقائية وذلك لمنع الأخطاء التي تنتج عن وجود أكثر من مركب واحد في الراسب فعد تقدير الأمنيوم مثلاً فإنه يرسب على هيئة هيدروكسيد إلا وجود أيون  الجديد في المحلول يؤدي إلى تكون راسب  مختلط من هيدروكسيد الحديد والألومنيوم ولتجنب ذلك تختار مادة مرسبة تكون أكثر انتقائية في ترسيب الألومنيوم وتمنع تداخل أيون الحديد وتستخدم ثيوكبريتات الصوديوم   Na2S2O3   لهذا الغرض حيث يتم ترسيب الألومنيوم فقط بينما يختزل  F e   إلى  F e   حسب المعاملات التالية .

وتؤدي عملية حرق الراسب السابق إلى تطاير الكبريت وتحول هيدروكسيد الألومنيوم إلى الأوكسيد الذي يمكن وزنه وتقديره . ,,,


وخلاصة القول أنه عند اختيار المادة المترسبة يجب أن يتم  بحيث:

تعطي راسباً شحيح الذوبان ذات بلورات أو حبيبات ذات أحجام معقولة حتى يسهل ترشيحه ويتحول بسهولة إلى الصورة الموزونة ( إن وجدت) .
وفي حالة وجود صورة واحدة فقط يجب أن تكون الصيغة الكيميائية لهذا الراسب وثابتة ولا تقوم بامتصاص بخار الماء أو ثاني أكسيد الكربون من الهواء وأن تكون كمية العنصر المراد تقديره أقل ما يمكن كما يجب أن تكون المادة المترسبة على درجة من التطاير لسهل التخلص منها .

العمليات الأساسية في التحليل الوزني

الهضم_ الترشيح_ الغسيل_ التجفيف أو الحرق _الوزن_العمليات الحسابية

أولاً الهضم :

لتسهيل عملية ترشيح الراسب عن طريق زيادة حجم الحبيبات أو البلورات المترسبة وذلك بترك الراسب فترة زمنية حتى يتم التخثر أو تكتل  حبيبات الراسب ( إذا كان من نوع الرواسب الغروية ) أو تحدث عملية إعادة التبلور إذا كان الراسب مادة بلورية .

ثانياً الترشيح :

وهي عملية فصل الحالة الصلبة ( الراسب ) والمتكونة نتيجة لعملية الترسيب الكيميائية عن الحالة السائلة ( المحلول ) والتي كان العنصر أو الأيون متواجداً بها قبل عملية الترسيب .
ويتم الترشيح إما باستخدام ورق الترشيح أو جفنه جوش أو قمع بختر ... الخ . وكلما كان الرتسب ذا حبيبات كبيرة كلما سهل ترشيحه والعكس صحيح .

ثالثاً الغسيل :

تتم عملية غسل الراسب باستخدام سائل معين وذلك لغرض النخلص من الشوائب او اثار من المحلول الذي تكون فيه الراسب والتي قد تكون عالقة بحبيبات الراسب . وعند اختيار سائل الغسيل يجب ملاحظة الاتي :
(أ‌)      ان يكون الكتروليتيا سهل التطاير وان لا يحتوي على أملاح غير متطايرة مثل كلوريد الصوديوم وذلك حتى يسهل التخلص منه قبل التجفيف أو الحرق
(ب‌)    ان لا يكون رواسب غير متطايرة او غير ذائبة مع الراسب .
( ج) ان لا يعمل على ذوبان الراسب .
(د ) اذا كانت قيمة حاصل الاذابة للراسب عالية فيجب اضافة مادة تحتوي على الايون المشترك الى سائل الغسيل لان ذلك سيقلل من فرص ذوبان الراسب , ويجب ان يكون الايون المشترك هو ايون المادة المرسبة وليس المادة المراد تعيينها .
وعند غسل الرواسب الجلاتينية او الغروية يجب اضافة مادة الكتروليتية الى سائل الغسيل وذلك للمساعدة على معادلة الشحنات التي حول حبيبات الراسب وتجميع ( تخثير ) الراسب  لذلك فإن الماء النقي لا يستعمل عادة لغسل الرواسب لأنه يساعد على ذوبان الرواسب الغروية أو الجلاتينية بالماء النقي سوف يؤدي إلى ما يعرف بالببتزة حيث تنقل المادة الإلكترونية التي استخدمت لمعادلة الشحنات حول حبيبات الراسب إلى الماء النقي . ويقضي ذلك على تجميع أو تخثير الراسب ويعود المعلق الغروي أو الراسب الجيلاتني
( والذي تنفذ حبيباته  من خلال ورقة الترشيح ) إلى الظهور مرة أخرى مما يؤدي إلى تعكير الرشاحة .

        AgCl  H+  NO3-   محلول إلكتروليتي  Anion     HNO3   Ag  +  AgCl  
 

                التجفيف

           AgCl  + HNO3
                                   راسب نقيس

الشكل السابق يوضح كيفية التخلص من الشوائب وتجميع ( تخثير ) الراسب وذلك بإستعمال سائل غسيل يحتوي هلى مادة إلكتروليتية متطايرة يسهل التخلص منها في ما بعد بالتجفيف وذلك لكي تعادل الشحنات المحاطة بالراسب .

رابعاً التجفيف أو الحرق :

الغرض الأساسي للتجفيف أو الحرق  هو التخلص من أي بقايا من سائل الغسيل .
* أما الحرق فيستخدم لتحويل الصورة المترسبة إلى صورة موزونة كيميائياً .





خامساً الوزن

وهو عملية استخدام الميزان الحساس لتقدير كمية الراسب وتأتي في نهاية الخطوات العملية التحليل الوزني بعد التأكد من أن الراسب يمثل صيغة كيميائية واحدة وثابتة .

سادساً العمليات الحسابية

النسبة المئوية للمادة في العينة =   وزن المادة المترسبة  X 100
                                                وزن العينة
يتم حساب المكون المراد تقديره بمعرفة وزن الراسب ومعامل التحليل الوزني.

معامل التحليل الوزني = الوزن الذري أو الوزن الجزيئي للمادة المطلوبة    x أ
وزن الراسب(المادة الموزونة)             ب 
أ و ب عبارة عن أعداد لمكافئة البسط والمقام كيميائيا

أمثلة لإيجاد العامل الوزني :

العامل الوزني المادة الموزونة         المادة المطلوبة
SO3(M.wt)
BaSO4(M.wt)    BaSO4       SO3 - -
2Fe3O4(M.wt) 3Fe2O3(M.wt)    Fe2O3       Fe3O4
P2O5(M.wt)
Mg2P2O7(M.wt)        Mg2P2O7 P2O5


المادة المطلوبة %  =  وزن الراسب(جم) x المعامل الوزني x 100
                                       وزن العينة ( جم)
أمثلة :

(1) في تجربة لتحليل المنجنيزMn)) لحساب نسبة معدن المنجنيز تم تحويله بعملية الترسيب الى فوق أكسيد المنجنيز Mn3O4 وتم وزنه .فاءذا كان 3.04 جم من العينة تنتج 0.252 جم من . Mn3O4
احسب النسبة المئوية لأكسيد المنجنيز Mn2O3
احسب النسبة المئوية للمنجنيز في العينة Mn %




الحل :

احسب النسبة المئوية لأكسيد المنجنيز Mn2O3 =

                 وزن الراسب(جم) x المعامل الوزني x 100
                                       وزن العينة ( جم)

0.252    x 3Mn2O3/2Mn3O4 x  100 
                 3.04
0.252 x (3x157.9)/(2x228.8)    =  8.58
           3.04
احسب النسبة المئوية للمنجنيز في العينة Mn % =

               وزن الراسب(جم) x المعامل الوزني x 100
                                       وزن العينة ( جم)


0.252x (3Mn/Mn3O4)x 100                                      
                                                           3.04
0.252 x (3x54.94/228.8) x 100                                   
                                                          3.04
                                                            = 5.97

(2) تم تحليل خام الحديد باذابة عينة تزن (1.1324جم) في حمض HCl مركز وتم تخفيفه بالماء المقطر وتم ترسيب الحديد الثلاثي على شكل Fe2O3.H2O  باضافة   الأمونيا وبعد الترشيح والغسيل تم تجفيف الراسب في درجة حرارة عالية ونتج راسب نفي وزنه 0.5394  جم من أكسيد الحديديك Fe2O3(  =159.69 (  M..wt
( Fe =  55.85 )احسب :
النسبة المئوية للحديد في العينة
النسبة المئوية لأكسيد الحديد Fe3O4 في العينة

الحل :

النسبة المئوية للحديد في العينة =

                وزن الراسب(جم) x المعامل الوزني x 100
                                       وزن العينة ( جم)

0.5394 g x Fe2O3x (2Fe/Fe2O3)(Fe/Fe2O3)x 100   =
                                  1.1324
0.5349 x (2x55.85)/159.69 x 100  =  33.32 %
                      1.1324

النسبة المئوية لأكسيد الحديد Fe3O4 في العينة =
                   وزن الراسب(جم) x المعامل الوزني x 100
                                       وزن العينة ( جم)


0.5349 x (2Fe3O4/3Fe2O3)x  100            =   46.04 %5
                                1.1324






(3) يمكن تقدير كمية الكلوريد (المكون) في عينة لكلوريد الصوديوم
بعد ترسيبه على هيئة كلوريد فضة ( الراسب)  كالتالي :

معامل التحليل الوزني للكلوريد=  الوزن الذري للكلوريد
  وزن الجزيء

معامل التحليل الوزني للكلوريد = الوزن الذري للكلوريدCl
وزن كلوريد الفضة

وزن الكلوريد = معامل التحليل الوزني × وزن كلوريد الفضة


ليست هناك تعليقات:

إرسال تعليق