lunedì 7 marzo 2011

دروس في كيمياء : دروس في تحضير المحاليل الكيميائية : المعايرة بالأحماض و الأسس

http://www.infpe.edu.dz/cours/Enseignants/secondaire/Chimie/chimie1/index.htm


لمتابعة الدرس الربط اعلاه

بطاقة فنية للوحدة التكوينية وفقا للمواصفات المتفق عليها




المحور: كيمياء المحاليل



الوحدة التكوينية: الأحماض و الأسس و المعايرة (3)



الأهداف:



- إعطاء مفهوم معايرة مادة في خليط



- إعطاء مفهوم نقطة التكافؤ



- خيار كاشف مناسب معين لتعيين نقطة التكافؤ



- حساب تراكيز لبعض المحاليل الحمضية أو الأساسية



- رسم الخطوط البيانية بالدقة و الاستنتاج منها



- إبراز أهمية المعايرة في الصناعة و الزراعة و الحياة اليومية



- تبيان أسماء بعض الأدوات و الأجهزة المستعملة في مخبر الكيمياء



تقديم الوحدة تقديم العناصر الجزئية الوحدة مرتبة:



راعينا في دراسة معايرة الأحماض و الأسس التجارب المستعملة في انسجامها مع المحتوى و البرنامج مع إبراز الأهداف و الغايات لكل تجربة و التركيز على المنهج التجريبي، كما راعينا في الوحدة المدروسة التسلسل في الأفكار و المفاهيم حيث تطرقنا لمفهوم المعايرة بصفة عامة و المعايرة الحجمية بصفة خاصة، كما تطرقنا إلى استعمال الكواشف و مقياس ال pH في حساب تركيز مادة معينة



الكلمات المفتاحية:



- نقطة التكافؤ - المكافئ الغرامي - النظامية - المعايرة - التحليل الحجمي - الحجم المكافئ



التقويم



في الوحدة المدروسة (معايرة الأحماض والأسس pH) راعينا التقويم من جهة إدراج بعض التطبيقات ، و من جهة أخرى حاولنا أن نربط محتوى تمارين مع المخبر ، وفي الأخير تطرقنا لتمارين و مسائل شاملة مستهدفين الربط بين بعض عناصر أو كل عناصر الوحدة من ناحية المفاهيم عامة و من ناحية التجارب المخبرية خاصة.



المراجع :



راعينا في المراجع المستخدمة في هذه الوحدة عدة عوامل منها مستواها العلمي و منهجيتها و التجارب المقترحة ( أدوات -أجهزة - مواد كيميائية …) و كانت المراجع



المراجع باللغة العربية



1 - الجمهورية الجزائرية الديموقراطية الشعبية ـ وزارة التربية الوطنية ـ مديرية التعليم الثانوي العام - برنامج العلوم الفيزيائية -جوان 1995



2 - الجمهورية الجزائرية الديموقراطية الشعبية - وزارة التربية الوطنية - مديرية التعليم الثانوي العام - الكيمياء - للأقسام النهائية علوم الطبيعة و الحياة - علوم دقيقة



3 -ستانلي هـ باين و آخرون - ترجمة الدكتور أحمد عبد العزيز ياسين وآخرون الكيمياء العضوية- الطبعة الرابعة القاهرة ـ دار ماكجيروهيل للنشر 1983



4- الدكتور صلاح يحياوي و آخرون – حالات المادة و تحولاتها – المشروع الريادي لتطوير تدريس الكيمياء في المرحلة الثانوية بالوطن العربي – المنظمة العربية للتربية و الثقافة و العلوم –إدارة التربية – تونس 1987



لتسهيل عملية فهم الدرس



المعايرة:



هي تعيين تركيز مادة ما في الخليط



النظامية

تعرف نظامية المحلول بأنها عدد المكافئات الغرامية من المادة الموجودة في لتر من المحلول



المكافئ الغرامي



يختلف معنى المكافئ الغرامي حسب نوع المعايرة. يضاف إلى ذلك أنه يجب معرفة التفاعل الذي يدخل فيه المركب قبل أن نقرر مقدار الوزن المكافئ لذلك المركب. و في الواقع فإن نفس المركب قد يكون له وزنان مكافئان مختلفان أو أكثر في بعض الأحيان. ولهذا فإنه لا يمكن، بصورة عامة معرفة الوزن المكافئ للمركب بدون معرفة طبيعة و معادلة التفاعل الذي يدخل فيه . ففي معايرات التعديل يعرف الوزن المكافئ للمادة التي تدخل في تفاعل التعديل بأنه وزن تلك المادة الذي يساهم بوزن مكافئ من أيون الهيدروجين أو يتفاعل معه. فالوزن المكافئ لحمض كلور الهيدروجين أو هيدروكسيد الصوديوم هو الوزن الجزيئي لكل من هذه المواد. أما الوزن المكافئ لحمض الكبريت H2SO4 فهو نصف وزنه الجزيئي لأن الهيدروجين الحمضي الثاني في حمض الكبريت قوي نسبيا ولا يمكن تمييزه عن الهيدروجين الأول. أي أن حمض الكبريت لا يتعادل إلا على شكل واحد هو التالي:







أما في حالة حمض الفوسفور فالأمور ليست بتلك البساطة. ذلك أنه يمكن باستعمال بعض الدلائل ( برتقالي الميثيل ) أن يتعدل الهيدروجين الأول فقط :







كما أنه يمكن باستعمال مشعر آخر ( فينولفتالين ) أن يتعدل هيدروجينان معا :







ففي الحالة الأولى يكون الوزن المكافئ لحمض الفوسفور هو وزنه الجزيئي ، أما في الحالة الثانية فالوزن المكافئ هو نصف الوزن الجزيئي . و لا يمكن في الأحوال العادية معايرة الهيدروجين الثالث في حمض الفوسفور لأنه في غاية من الضعف K3=5.10-13 ، و لمعايرة الهيدروجين الثالث يضاف كلوريد الكالسيوم CaCl2 بعد معايرة الهيدروجين الثاني و هذا حتى يحرر الهيدروجين الثالث و ذلك











و كذلك عند معايرة Na2CO3 بحمض كلور الهيدروجين إذ يمكن تمييز التعديل الأول (مشعر الفينولفتالين )











عند التعديل الثاني ( مشعر برتقالي الميثيل )







لذلك فإن الوزن المكافئ لكربونات الصوديوم هو الوزن الجزيئي لتلك المادة في حال استعمال الفينولفتالين كمشعر، و هو نصف وزنها الجزيئي في حال استعمال برتقالي الميثيل .



أما في معايرات الأكسدة و الإختزال فإن الوزن المكافئ للمادة المؤكسدة أو المختزلة يتعلق بالتفاعل الذي تدخله المادة. و هو يتعين بتغير عدد الأكسدة، و يمكن تعريفه بأنه وزن تلك المادة الذي يأخذ أو يعطي، مباشرة أو بصورة غير مباشرة مولا واحدا من الإلكترونات.



مثل:







فالوزن المكافئ لأيون فوق البرمنغنات في هذا التفاعل هو 1/5 الوزن الجزيئي ، والوزن المكافئ لأيون الأوكزالات في هذا التفاعل هو نصف الوزن الجزيئي . و أخيرا فإن مفهوم الوزن المكافئ في معايرات التعقيد و الترسيب ليس واضحا تماما، لذلك يفضل استعمال الوزن الجزيئي المعبر عنه بالصيغة الكيميائية.



نقطة التكافؤ:



هي النقطة التي تقابل كميات متكافئة من الحمض و الأساس و التي تسمى بنقطة التكافؤ عند منحني التعديل



التحليل الحجمي:



التحليل الحجمي هو أن يضاف حجم يعين تجريبيا من محلول ثان يحوي المادة المراد تعيين تركيزها، بحيث تتفاعل معا فئات غرامية متساوية من المادتين دون زيادة أو نقصان. ويدعى المحلول ذو التركيز المعروف بالمحلول المعياري



الحجم المكافئ:



هو حجم محلول مادة معينة يمكن أن تعدل حجم معين من محلول مادة أخرى



عندما تكون عدد مكافئات محلول ما تساوي عدد مكافئات محلول آخر يكون



لمادة أخرى N1V1 = N2V2 لمادة ما



من العلاقة السابقة يكون:



V2 هو حجم مكافئ نسبة للمادة التي حجمها هو V1



أو V1 هو حجم مكافئ نسبة للمادة التي حجمها هو V2



المقدمه




يستعمل الكيميائي طرقا متعددة لتمييز المواد عن بعضها، و التحليل الكيفي هو ذلك الفرع من الكيمياء الذي يبحث في تعيين ماهية العناصر أو الأيونات أو المركبات الصرفة الموجودة في المادة المنحلة. و بالمقابل فإن التحليل الكمي يبحث في كمية العناصر أو المركبات التي تتألف منها المادة المحللة، و ما تزال طرق التحليل الكلاسيكية تحتل مكانا مرموقا في الكيمياء. و يقصد بطرق التحليل الكلاسيكية تلك الطرق التي تحتاج إلى أجهزة خاصة و معقدة للقيام بالتحليل. وتعتمد هذه الطرق، بصورة رئيسية، على الميزان في طرق التحليل الوزني، و على السحاحة في طرق التحليل الحجمي، وعلى ظهور لون مميز أو زواله أو تشكل راسب أو انحلاله في طرق التحليل الكيفي. و كثير من هذه الطرق لا تزال معتمدة عليها في المخابر الصناعية التطبيقية بسبب سهولة العملية و رخص التكاليف و الدقة الجيدة في النتائج.



أما في المجال الأكاديمي فلا تزال هذه الطرق تعلم لطلاب في مادة الكيمياء لأنها تكسب الطالب معرفة أساسية في الكيمياء كما تنمي فيه طريقة التفكير العلمي كما تنمي في الطالب القدرات على القيام بعمل تجريبي في المخبر و التحلي بروح المسؤولية تجاه الآخرين.



وسنحاول إلقاء نظرة سريعة حول طرق التحليل الآلي المتعلقة بتعيين نقطة التكافؤ.



كما يعتبر التحليل الوزني من أبسط و أقدم طرق التحليل الكمي المعروفة. وقد ساهم مساهمة فعالة في وضع أسس علم الكيمياء في نهاية القرن الثامن عشر، حيث كان الميزان الأداة الرئيسية التي اعتمد عليها في استنتاج قوانين حفظ الطاقة و النسبة المضاعفة، وكذلك في استنتاج الأوزان الذرية الأولى للعناصر



في هذا النوع من التحليل تؤخذ عينة معروفة الوزن و تحل بالماء ثم يرسب أحد مكوناتها على شكل مادة عديمة الانحلال. يفصل هذا الراسب و ينقى قدر الإمكان ثم يجفف ويوزن. و من معرفة هذا الوزن يمكن تحديد المادة المراد تعيينها كميا



أما المبدأ العام للتحليل الحجمي هو أن يضاف حجم يعين تجريبيا من محلول ثان يحوي المادة المراد تعيين تركيزها.



أما عملية إضافة هذا المحلول إلى المحلول الثاني فتدعى عملية المعايرة . و يجرى قياس حجم المادة المضافة بواسطة السحاحة، وهي أنبوب أسطواني مدرج حجميا يحوي حنفية دقيقة في أسفله.



تهدف المعايرة إلى إضافة كمية معينة من المحلول المعياري لكمية من المحلول المجهول المراد معايرته. وهذا يعني أن النسبة المولية للمحلول المعياري المضاف مطابقة للنسبة المولية في معادلة التفاعل الحاصل. ففي معايرة محلول مائي H2SO4 بواسطة محلول مائي NaOH نحصل على محلول مائي من كبريتات الصوديوم و الماء كما في المعادلة الكيميائية:


من المعادلة الكيميائية نجد أن إضافة مولين من هيدروكسيد الصوديوم NaOH إلى مول واحد من كبريتات الحمضية H2SO4



و تفاعل المعايرة يمكن أن يكون من أحد الأنواع التالية:



تفاعل التعديل ( تعادل ) حمض بأساس



تفاعل مادة مؤكسدة مع مادة مختزلة



تفاعل ترسيب مادة بأخرى



تفاعل تشكل معقد



هناك حاجة ماسة لمواد معيارية لاستخدامها في تحضير المحاليل الضرورية لهذه المعايرات. فعند معايرة كربونات الصوديوم يستلزم وجود حمض ذو نظامية موثوق تماما حيث يكون تركيز المادة معلومة بالدقة، كما يجب أن تعرف العوامل التي تتأثر بها هذه المادة لتجنبها، و إلا فإن التحليل الحجمي تفقد مصداقيتها. 5- حسابات التحليل الحجمي





و ليس من السهل تحضير محلول معياري بتركيز موثوق بدءا من مادة صلبة أو محلول مركز معين. و يعود ذلك في أغلب الأحيان إلى كون المادة التي تبدأ بها ذات نقاوة غير مؤكدة، أو أنها تحوي كميات مختلفة من الماء أو أنها تمتص الرطوبة أو غاز ثاني أكسيد الكربون من الجو عند تناولها. فإذا نظرنا بطاقة الموجودة على قارورات المواد الكيميائية نجد أن المادة ما هي إلا خليط من مواد أخرى بنسب صغيرة و معلومة، و تدعى المادة المرجعية المستعملة في عملية التعيير هذه بالمادة المعيارية الأولية و التي يجب أن تتوفر عدة شروط:



- أن تكون المادة ذات نقاوة معلومة.



- أن يكون تفاعلها مع المادة المراد تعييرها تفاعلا محددا .



- أن لا يتضمن تناولها أية صعوبة.



- يستحسن أن يكون وزنها الجزيئي مرتفعا.



1 - المحاليل الحمضية المعيارية



يعتبر حمض كور الهيدروجين أكثر الأحماض استعمالا في معايرات التعديل، ثم يلي H2SO4، HClO4 . و عمليا يحضر محلول من HCl بتركيز دقيق بدءا من محلول HCl المركز الذي تعرف كثافته و تركيبه الوزني المئوي، ثم يعين بدقة بعملية معايرة يستخدم فيها أساس معياري أولي.



أهم المواد المعيارية الأولية المستعملة لتعيير المحاليل الحمضية السابقة كربونات الصوديوم و البوراكس. و تستعمل لهذا الغرض كربونات الصوديوم اللاما ئية شديدة النقاوة و التي توجد على شكل مسحوق. تسخن هذه المادة في فرن حتى الدرجة 0285 مئوية لمدة نصف ساعة لإزالة الرطوبة فيها، توزن الكمية المطلوبة مباشرة بعد التبريد في مجفف، وتحل في الحجم المطلوب من الماء. يعاير حمض كلور الهيدروجين بواسطة محلول الكربونات حتى نقطة نهاية برتقالي الميثيل.
أما البوراكس الذي يستعمل أيضا كمادة معيارية أولية فهو تترابورات الصوديوم الذي يحتوي على عشرة جزيئات من ماء التمييه
Na2B4O7.10H2O

  وهو عبارة عن ملح لحمض ضعيف جدا يتفاعل في المحاليل مع الأحماض القوية وفق المعادلة

http://www.infpe.edu.dz/cours/Enseignants/secondaire/Chimie/chimie1/index.htm


تابع الدرس على الربط اعلاه
وفقكم الله