أساسيات التحليل الحجمي Principles of Volumetric analysis

الكيمياء, الكيمياء التحليلية

التحليل الحجمى بالمعايرة Titrimetric

   المعايرة
عملية سريعة تعتمد أساساً على قياس حجم المحلول القياسي المستخدم أو تحديده. ومن
معرفة هذا الحجم أو تحديده وحجم المحلول القياسي المستعمل بالضبط وتركيزه يصبح
بالإمكان حساب وزن المادة أو النموذج بمساعدة القوانين الكيميائية. تتم عملية
المعايرة بأن يُضاف أحد المحلولين من أنبوب مدرج يسمى السحاحة إلى دورق صغير يحتوي
على حجم معين ومقاس بدقة باستعمال الماصة Pipette  من
محلول المادة الأخرى وتستمر هذه الإضافة – المعايرة Titration – حتى إتمام التفاعل بينهما.

شروط عملية التحليل الحجمي

1- يجب أن تمثل العملية تفاعلاً بسيطاً يمكن أن يعبر عنه بمعادلة
كيميائية متكافئة Stoichiometry
or Equivalent proportion  دون أن
يكون هناك تفاعل جانبي بين الدليل والمادة المجهولة.

2- يجب أن يحدث التفاعل ويجري بسرعة كبيرة وبعكسه فان عملية المعايرة
ستستهلك وقتاً طويلاً. وما من شك فأن معظم التفاعلات الأيونية تحقق هذا الشرط.

3- يجب أن يكون للتفاعل نقطة انتهاء واضحة – تغيير ملحوظ في بعض الصفات
الفيزيائية أو الكيميائية للمحلول – أو أن يتوفر دليل يظهر هذه النقطة إظهاراً
متميزاً نتيجة تغير لونه.

4- ان يستمر التفاعل على نهايته. 

الأدوات المستخدمة فى التحليل الحجمي

 أولاً:
الأدوات : السحاحات Burettes
 والماصات Pipettes على اختلاف أحجامها، ودوارق القياس Measuring or Volumrtric flasks  وأسطوانات القياس المدرجة Measuring cylinders فضلاً عن عديد من الأدوات الأخرى اللازمة
لإجراء التحليل الحجمي والوزني.

 ثانياً:
الأدلة لمعرفة نقطة انتهاء التفاعل

 ثالثاً:
المواد الكيميائية عالية النقاوة وتتصف بمميزات تؤهلها للاستخدام في تحضير
المحاليل القياسية.

المحاليل القياسية Standard solutions

  تعرف
بأنها محاليل يحتوي الحجم المعين منها على وزن معين من المادة المذابة. وهكذا تكون
هذه المحاليل ذات درجة تركيز معلومة ودقيقة بالضبط وتحضر المحاليل ذات التراكيز
الثابتة كما يلي :

–        
بإذابة وزن مضبوط بدقة من مادة تكون على درجة عالية من النقاوة
والثبات، وتسمى بالمادة القياسية الأولية Primary standard substance  في حجم
معين لتعطي التركيز اللازم بالضبط .

     شروط المادة القياسية الأولية 

1– ذات تركيب معروف، ويسهل الحصول عليها بدرجة عالية من النقاوة (99%)
أو من السهل تنقيتها بعد الكشف أو معرفة الشوائب التى تنبغي أن تتجاوز 0.2%
كما يسهل تجفيفها (100 -120 C^o)
وحفظها في حالة نقية. ومن الصعب أن تتوفر هذه المميزات في المواد المائية.

2– أن تكون المادة غير متميعة Non hydroscopic كما يجب ان لا تكون قابلة لأي تغير فيها في
أثناء عملية الوزن.

3– يجب ان يكون وزنها المكافئ كبيراً حتى تصبح أخطاء الوزن في حدود
الإهمال.

4– يجب أن تكون المادة سهلة الذوبان في الماء تحت الظروف التي تستعمل
فيها

5– أن يكون التفاعل مع المادة القياسية من التفاعلات التي تظهر تماماً
عند نقطة التكافؤ وأن يتم بسرعة.

6– يجب أن لا يكون محلول المادة القياسية الأولية ملوناً قبل انتهاء
عملية المعايرة أو بعدها. منعاً لتداخل لونها مع لون الدليل المستعمل لإيجاد نقطة
انتهاء التفاعل.

7– يجب أن لا تتأثر بالضوء ودرجات الحرارة والغبار والمواد العضوية

المواد القياسية المستخدمة فى التحليل الحجمي

   1- تفاعلات التعادل :-

 
كربونات الصوديوم Na₂CO₃
، البوراكس Na₂b₄O₇.10H2O
، فثالات البوتاسيوم الحامضية C₈H₅O₄K
، حمض الهيدروكلوريك HCl  ، يوديدات البوتاسيوم الحامضية KHIO₃ ، حمض السكسنيك H₂C₄H₄O₄  ، حمض البنزويك C₆H₅COOH  ، حمض
الفورميك CH₂O₂
 ، حمض الأوكزاليك H₂C₂O₄

2- تفاعلات الأكسدة والاختزال :-

ثنائي
كرومات البوتاسيوم K₂Cr₂O₇
 ، برومات البوتاسيوم KBrO₃ ، أيودات البوتاسيوم KIO₃  ،
أيودات البوتاسيوم الحمضية KHIO₃
 ، اليود I₂ ، أوكزالات الصوديوم Na₂C₂O₄ .

    3- تفاعلات الترسيب :-

الفضة Ag  ، نترات
الفضة AgNO₃
 ، نترات الزئبقيك HgNO₃ ، كلوريد البوتاسيوم

الحسابات Calculation

   تقدر كتلة
المادة عادة بالوحدات المترية مثل الكيلو جرام (Kg)  والجرام
(g)  ،
الميلجرام (Mg)  ،
والميكروجرام (μg)  ،
والنانوجرام (ng)  ،
البيكوجرام (Pg)  والعلاقة بين هذه الوحدات هي :

  غير أننا لأغراض
الحسابات الكيميائية نفضل استخدام الوحدات التى تعبر عن العلاقات الوزنية او نسب الاتحاد
الكيميائية بين المواد المتفاعلة بدلالة أعداد صحيحة صغيرة . لهذا السبب تستعمل كل
من المولارية Molarity  ، والعيارية Normality ، بوصفها وحدات للتركيز في الحسابات الحجمية .
باستخدام المكافئات والأوزان المكافئة Equivalent weights  ، بدلاً
من المولات وأوزان الصيغة Formula
weights 

المراجع :  الباب الرابع  / أساسيات التحليل الحجمي Principles of Volumetric analysis  من كتاب أسس الكيمياء التحليلية (التحليل الوصفي والكمي والآلي ) للمؤلف / محمد مجدي عبدالله واصل.