مقدمة في كيمياء التحليل الكيفي

Παρουσίαση με θέμα: "مقدمة في كيمياء التحليل الكيفي"— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1

2 مقدمة في كيمياء التحليل الكيفي
تقديم د/ مي مصطفي أحمد حسن قسم الكيمياء كلية العلوم والدراسات الانسانية بالأفلاج أقسام البنات Dr/ Mai Mostafa Ahmed Hassan

3 أنواع التحليل الكيميائي
ينقسم التحليل الكيميائي الي: 1- التحليل الكيفي(الوصفي) 2- التحليل الكمي: ينقسم الي - تحليل كمي كيميائي - تحليل كمي آلي Dr/ Mai Mostafa Ahmed Hassan

4 تعريف التحليل الكيميائي و أهميته :
  يعرف التحليل الكيميائي بأنه التحليل المستخدم لتحديد المادة كيفما كانت طبيعتها تحديدا كيفيا أو كميا(بمعنى تحديد مكون المادة ونسبة كل مكون) أهمية دراسة التحليل الكيميائي يفيد التحليل الكمي والحجمى للمواد المختلفة الموجودة على شكل مركبات كيميائية حيث يمكن تحديد شكل المركب والتعرف على المركبات المحضرة وتصنيع العقاقير واكتشاف المنتجات الطبيعية. تقدير الملوثات الموجودة في مياه الشرب والهواء الجوى وغيرها من المواد الضارة وذلك للأثر الضار على صحة الإنسان والبيئة. استغلال الصفات الطبيعية واستخدامها كمقياس لتحديد صلاحية بعض المواد مثل تغير اللون لبعض المنتجات دليلا على انتهاء فترة صلاحيتها للاستخدام الإنسان. تحديد دقيق للأوزان الجزيئية وهى مهمة ليست شاقة إذا كان المطلوب هو تحديد الوزن الجزيئي لمادة واحدة نقية. يزداد الأمر صعوبة وتعقيدا اذا كانت المادة المراد تحليلها عبارة عن مخلوط يراد تقدير أوزان مكوناته الجزيئية. كما توجد أيضا عدة مجالات يعتبر التحليل الكيميائي فيها جزء هام منها: مجال الصناعة: مثل مصانع المشروبات الغازية– مصانع السيارات– البويات– مستحضرات التجميل وكذلك صناعة العطور مجال الصحة: معامل التحاليل الطبية والبحثية. مجال العقاقير: تحضير العقاقير – الكشف عن مدى صلاحية الدواء واحتوائه على المادة الفعالة وصلاحيته قبل عرضة للتداول في الأسواق. مجال سلامة البيئة: تلوث الماء ونقاء مصدرها – التلوث الهوائي- اثر إضافة الأسمدة على التربة والمحاصيل الزراعية. Dr/ Mai Mostafa Ahmed Hassan

5 التحليل الكيفي Qualitative analysis
  يعنى هذا الفرع من التحليل الكيميائي بدراسة الطرق الخاصة بالكشف عن العناصر أو المجموعات والتعرف على مكونات أي مركب أو خليط من مركبات في الحالة الصلبة أو الحالة السائلة. قد نستخدم في التحليل الوصفي عدد من الأجهزة التي نقيس بواسطتها الخواص الطبيعية لهذه العناصر ومن أهمها طيف الانبعاث الذرى أو اختبار اللهب Emission Spectroscopy and Atomic Absorption Spectroscopy كما يمكن التعرف على تركيب العينة المراد تحليلها ونستخدم الأجهزة التي تقيس الخواص الطبيعية أو الكيميائية مثل Nuclear Magnetic Resonance and IR and UV-visible Dr/ Mai Mostafa Ahmed Hassan

6 خطوات ما قبل التحليل تحديد الهدف من عملية التحليل
توفير الوسائل المتاحة للتحليل اختيار أكثر الطرق التحليلية مناسبة لتحقيق هدف التحليل الحصول على نتائج دقيقة يستخدمها في حساباته إعداد تقرير مفصل يحتوى على الحسابات Dr/ Mai Mostafa Ahmed Hassan

7 خطوات التحليل الكيميائي
اخذ العينة هي العينة المطلوب تحليلها ويجب عند اخذ العينة أن تكون معبرة وممثلة تمام التمثيل لنفس مكونات الكمية الكلية . مثلا إذا كان خام الحديد في جبل ما لذا يجب جمع كمية تبلغ وزنها 500 ضعف لأكبر قطعة من الخامة بشكل عشوائي ولاستحالة جلب العينة الكبيرة إلى المختبر فانه يجرى طحنها جيدا ثم تقسم بطريقة "التربيع" والهدف من هذا هو تصغير العينة مع الاحتفاظ بمعدل محتوياتها ثابتا قدر الإمكان. تجفيف ووزن العينة حسب طبيعة المادة إذا كانت صلبة يجب تجفيفها داخل فرن درجة حرارته تتراوح بين م لمدة ساعة أو أكثر ثم وضعها بعد ذلك داخل مجفف بداخلة مادة تمتص الماء - مثل كبريتات الصوديوم اللامائية - وذلك لضمان جفاف العينة حتى تتمكن من وزنها بدقة على زجاجة ساعة ثم تنقل إلى إناء زجاجي مناسب لإذابة العينة دون أي فقد للمادة الموزونة. Dr/ Mai Mostafa Ahmed Hassan

8 طرق إذابة العينة أولا: استخدام الماء المقطر لإذابة العينة سواء كان ماء بارد أو ساخن. لإذابة المركبات غير العضوية: إذا كانت العينة المراد تحليلها غير ذائبة في الماء نستخدم الأحماض المخففة سواء حمض الهيدروكلوريك أو النيتريك سواء على البارد أو على الساخن وفى حالة عدم ذوبان العينة نستخدم الاتى: ثانيا: الأحماض المركزة ثم في النهاية إذا لم تذب العينة نستخدم الماء الملكي وهو عبارة عن مخلوط من حمض الهيدروكلوريك المركز وحمض النيتريك المركز(بنسبة 1:3) إذا لم تذاب العينة في الأحماض المخففة أو المركزة فإننا نلجأ إلى الصهر. ثالثا: يتم صهر العينة المراد تحليلها مع مركبات كيميائية معينة عند درجات حرارة عالية حتى يختلطا وينتج مادة سهلة الإذابة. مثال لهذه المركبات المستخدمة فى عملية الصهر: بيرو كبريتات البوتاسيوم K2S2O7 كربونات الصوديوم Na2CO3 فوق أكسيد الصوديوم Na2O2 بعد الصهر يمكن إذابة العينة الناتجة بعد تبريدها في محلول مائي أو حمض مخفف. لإذابة المركبات العضوية: استخدام مذيب عضوي إذا كانت المادة عضوية قطبية نستخدم مذيب قطبي مثل الكحوليات أو الكيتونات مثل الأسيتون أو الكلوروفورم. وإذا كانت عضوية غير قطبية نستخدم مذيب غير قطبي مثل الايثر البترولي أو الهكسان أو ثنائي مثيل الايثر. Dr/ Mai Mostafa Ahmed Hassan

9 فصل الشوائب أو المتداخلات:
بعد ذوبان العينة يجرى فصل كل العناصر أو المكونات التي تتداخل مع العنصر المراد تقديره والتعرف علية وتشمل أي مادة غريبة يمكن أن تمنع التقدير المباشر للمادة المطلوب يجب أن تكون الطرق الكيميائية المستخدمة في الكشف عن المكونات طرق انتقائية selective methods بمعنى أنها تستخدم لتقدير مجموعة من العناصر أو المكونات بحيث يمكن تقدير أي عنصر من هذه المكونات في أي خليط بشرط عدم وجود أي من العناصر الأخرى في نفس المجموعة فإذا وجد احد هذه العناصر أثناء التحليل فإننا نتعرض لما يعرف بالتداخل Interference والذي يشمل أي مادة غريبة يمكن أن تمنع التقدير المباشر للعنصر المطلوب لذا فان فصل المتداخلات(الشوائب) يعد أمرا مهما لنجاح التحليل ويتم الفصل عن طريق ترسيب الشوائب أو بطريقة الترسيب الكهربائي electrodepositing آو بواسطة طرق الفصل الكروماتوجرافية chromatographic methods مثل التبادل الأيوني أو الاستخلاص extraction أو عن طريق الحجب الكيميائي .masking Dr/ Mai Mostafa Ahmed Hassan

10 سهولة تطبيق الطريقة وتوفر الأجهزة والمواد الكيميائية.
اختيار طريقة التحليل بعد فصل المتداخلات(الشوائب) عن المادة المراد تقديرها يتم اختيار طريقة التحليل بحيث تكون الأنسب للإجابة عن السؤال المطروح وهو ما هي مكونات العينة المقدمة؟ هناك عدة اعتبارات تساعد المحلل الكيميائي على اختيار انسب هذه الطرق من أهمها: السرعة. الدقة والمصداقية. سهولة تطبيق الطريقة وتوفر الأجهزة والمواد الكيميائية. عدد التحاليل المطلوبة Dr/ Mai Mostafa Ahmed Hassan

11 التحليل الوصفي والطرق المستخدمة فى التعبير عن التركيزات المختلفة
تعريف التركيز Concentration يعرف بأنه النسبة بين كمية المذاب إلى كمية المذيب. فمثلا يعتبر الماء مذيب بينما كلوريد الصوديوم مذاب NaCl / H2O. هناك طريقتان للتعبير عن التركيز حسب الوحدات المستخدمة لكل من المذيب و المذاب 1- طريقة طبيعية Physical methods 2- طريقة كيميائية Chemical methods Dr/ Mai Mostafa Ahmed Hassan

12 طريقة طبيعية Physical methods
هنا نستخدم وحدات الوزن كالجرام ومشتقاته. الميكروجرام (-106 جرام) والنانوجرام (-109) جرام لوزن المذاب. بينما تكون وحدة المحلول (المذيب) باللتر ومشتقاته(الملليلتر=10-3) و (والميكرولتر= 19-6). ويمكن تميز الوحدات الاتية من طرق التعبير عن التركيز: ا- جم / لتر: ويعبر عن عدد الجرامات المذابة من المذيب فى لتر من المحلول ومنه تعبير الجزء فى المليون ppm : الجزء فى المليون (ppm) = وزن المذاب بالمليجرام = وزن المذاب بالميكروجرام وزن المحلول باللتر وزن المحلول بالميللتر ب- النسب المئوية: ويستخدم منها ثلاث انواع: النسب المئوية الوزنيه: هى النسبة بين عدد الجرامات من المادة المذابة الى عدد الجرامات من المذيب فى 100 النسبة المئوية الوزنيه = وزن المذاب x 100 وزن المذيب Dr/ Mai Mostafa Ahmed Hassan

13 النسبة المئوية الوزنيه = حجم المذاب x 100 حجم المذيب
النسب المئوية الحجمية: هى النسبة بين عدد الملليترات من المادة المذابة الى عدد الملليترات من المذيب فى 100 النسبة المئوية الوزنيه = حجم المذاب x 100 حجم المذيب النسب المئوية الوزنيه - الحجمية: هى النسبة بين عدد الجرامات من المادة المذابة الى عدد الملليترات من المذيب فى 100 النسبة المئوية الوزنيه = وزن المذاب x 100 التركيز الفورمالي (الصيغي) Formal Concentration يعني ان الوزن الجزيئي للمادة بالجرام مذاب في واحد لتر من المذاب (الماء). Dr/ Mai Mostafa Ahmed Hassan

14 الطرق الكيميائية Chemical methods
فى هذه الطريقة يعبر عن كمية المادة المذابة بوحدات التركيز الكيميائية وهى: 1- المول Mol : وهو عبارة عن الوزن الجزيئي للمادة أو الوزن الذري بالنسبة للذرات أو الايونات (الوزن الذري الجرامي للذرات أو الوزن الأيونى للايونات). ويحتوى المول الواحد للمادة على عدد افوجادرو من الجزيئات 6.02 x 1023 و يأخذ وحدات الوزن الجرامية. 2- المولارية Molarity: عدد المولات من المادة المذابة معبرا عنها بالجرامات في واحد لترمن المذيب. أمثلة : حضري محلول 1 mol NaCl في واحد لتر أولا نحسب الوزن المولارى وهو = الوزن الذري للصوديوم(23) + الوزن الذري للكلور (35.5) = 58.5 جرام. ثانيا نزن على الميزان الحساس 58.5 جرام من المادة ثم تنقل في إناء وتذاب في 1000 مللي. Dr/ Mai Mostafa Ahmed Hassan

15 الوزن المكافئ Equivalent weight:
3- العيارية Normality : هو عدد الأوزان المكافئة معبرا عنه بالجرامات من المادة المذابة في واحد لتر من المذيب. أمثلة: حضري محلول 1 N H2SO4 فى واحد لتر. أولا نحسب الوزن المكافئ للحمض = الوزن الجزيئي لحمض الكبريتيك (96) مقسوما على عدد ذرات الهيدروجين البدول (2). الوزن المكافئ Equivalent weight: هو الوزن الجزيئي للمادة المذابة مقسوما على التكافؤ. تكافؤ الحمض: عبارة عن عدد ذرات الهيدروجين البدول (التي يمكن استبدالها) تكافؤ القاعدة: عبارة عن عدد مجموعات الهيدروكسيل البدول. تكافؤ الملح: عبارة عن تكافؤ احد شقي الملح في عدد ذرات هذا الشق. Dr/ Mai Mostafa Ahmed Hassan

16 أسس التحليل الوصفي التفاعلات العكسية والاتزان الكيميائي بعض التفاعلات الكيميائية يحدث في الحال وبعضها تسير ببطء إلى حد ما وبعض التفاعلات لا تتم نظرا لميل المواد الناتجة من التفاعل لان تتفاعل سويا مكونة المواد المبدئية وتسمى مثل هذه التفاعلات بالتفاعلات العكسية. إن العديد من التفاعلات المستخدمة في الكيمياء التحليلية تفاعلات متزنة اى أنها تتم في باتجاه متعاكس أمثلة على التفاعلات العكسية: تفاعل الحديد مع بخار الماء الذي ينتج منة أكسيد الحديد المغناطيسي والهيدروجين Dr/ Mai Mostafa Ahmed Hassan

17 Reactant Product Dr/ Mai Mostafa Ahmed Hassan

18 3Fe + 3H2O Fe3O4 + 3H2 Reactant Product Dr/ Mai Mostafa Ahmed Hassan

19 يتفاعل الهيدروجين مع اليود الذي تمثله معادلة متزنة:
H2 + I2 2 HI يحدد اتجاه السهم جهة التفاعل, فإذا كان اتجاهه نحو اليمين(الطردي) دل على أن التفاعل يسير في اتجاه تكوين النواتج ويكون تفاعل مباشر , أما إذا كان اتجاهه نحو اليسار(العكسي) فانه يدل على أن النواتج تتفكك لتعطى المتفاعلات. هذه التفاعلات تصل إلى حالة الاتزان عندما يكون سرعة التفاعل الأمامي (الطردي) مساوية لسرعة التفاعل الخلفي (العكسي). Dr/ Mai Mostafa Ahmed Hassan

20 الاتزان الكيميائي أهم المبادئ النظرية للتحليل الوصفي نظرية الاتزان الكيميائي ونظرية المحاليل التي تعتمد على قانون فعل الكتلة وتطبيقاته Dr/ Mai Mostafa Ahmed Hassan

21 قانون فعل الكتلة وحالة الاتزان
ينص قانون فعل الكتلة على أنه: في حاله التفاعلات المتزنة عند ثبوت درجة الحرارة فان معدل سرعة التفاعل الكيميائي تتناسب تناسب طردي مع حاصل ضرب تركيز الكتلة الفعالة للمواد المتفاعلة. R1 aA bB eE dD R2 حيث A, B ,E , and D عبارة عن المتفاعلات والنواتج , بفرض ان سرعة التفاعل فى الاتجاه الأمامي R1 وان سرعة التفاعل في الاتجاه العكسي R2 , ويمكن ان نعبر عن التركيز بالمولارية Dr/ Mai Mostafa Ahmed Hassan

22 ونشير إلى التركيز يساوى الكتلة الفعالة بالرمز ,[ ]يمكن ان نكتب القانون كالاتى: R1 α [A]a [B]b حيث ان R1 = معدل التفاعل الطردي R2 α [E]e [D]d حيث ان R2 = معدل التفاعل العكسي R1 =K1 [A]a [B]b K1 ثابت سرعة التفاعل الطردي R2 =K2 [E]e [D]d K2 ثابت سرعة التفاعل العكسي Dr/ Mai Mostafa Ahmed Hassan

23 عند الأتزان R1=R2 K1 [A]a [B]b = K2 [E]e [D]d K1/K2= [E]e [D]d / [A]a [B]b where Kequ.= K1/K2 Kequ.= [E]e [D]d / [A]a [B]b Dr/ Mai Mostafa Ahmed Hassan

24 العوامل المؤثرة على ثابت الاتزان الكيميائي
التركيز الضغط العوامل الحافزة تمام التفاعل تأثير الأملاح على ثابت الاتزان حالة المادة Dr/ Mai Mostafa Ahmed Hassan