الترسيب في التحليل ألوزني:
يتصف الراسب في التحليل الوزني ببعض الصفات منها:
1- أن تكون بلورات الراسب ذات حجم مناسب بحيث يمكن ترشيحها من دون أن تحوي على كمية قليلة من محلول الترسيب.
2- أن يكون الراسب خالياً من الملوثات.
3- أن لا يتأثر الراسب بحرارة التجفيف.
4- أن تكون عملية الترسيب انتقائية.
5- أن تعطي الكمية القليلة من المادة المطلوب تحليلها وزناً كبيراً من الراسب لتقليل الأخطاء التجريبية الناتجة من عمليتي الترشيح والوزن.
ميكانيكية الترسيب:
إن الراسب المستعمل في التحليل الوزني يتكون بعملتين بحيث تتكون جسيمات صغيرة جداَ تسمى النوى وتنمو هذه النوى بالعملية الثانية لتكوين جسيمات أكبر ولا يمكن ملاحظة هذه النوى إلا بعد فترة زمنية تسمى فترة ظهور الراسب وهي الفترة الواقعة بين إضافة العامل المرسب وظهور الراسب . تختلف هذه الفترة اختلاف الرواسب وتتراوح من أجزاء الثانية لكلوريد الفضة إلى بضع دقائق في حالة كبريتات البار يوم.
إن نمو النوى لغرض تكوين الراسب يعتمد على ذو بانية الراسب وعلى ظروف الترسيب وعلى سيبل المثال عندما تكون الذوبانية مناسبة ( غير قليلة جداً) يتكون عدد قليل من النوى ويستهلك بعدئذ معظم العامل المرسب في نمو النوى وبذلك يتكون راسب بلوري وتكون هذه البلورات نقيه وملائمة للترشيح. أما عندما تكون ذوبانيه الراسب قليلة جداً يتكون عدد كبير من النوي ويتكون بعدئذ الراسب بتراكم هذه النوى وبذلك يعد الراسب المتكون راسباً بلورياً ناعماً أو راسباً غير بلوري.
التعمير:
إن تعمير الراسب الذي يحدث خلال عملية تسمى بالهضم وهي عملية إبقاء الراسب بتماس مباشر مع السائل الأصلي عند درجة حرارة عالية لفترة معينة تتراوح من بضع دقائق إلى عدة ساعات يعمل على نمو البلورات الأولية باندماجها وترتيب الأيونات في البلورات وبالتالي تكوين بلورات بشكلها الكامل ذات السطوح الملساء
التبعثر:
إن عملية التبعثر هي عكس عملية تخثر الراسب وهي العملية التي تتكسر فيها الجسيمات الكبيرة التي تكون سهلة الترشيح إلى جسيمات صغيرة صعبة الترشيح. تحدث هذه العمليات عادة في الرواسب الغروية عند استعمال ظروف معاكسة لعملية تخثر الراسب أوعند غسل الراسب بماء أو محلول الكتروليتي. فعلى سبيل المثال يتبعثر راسب كلوريد الفضة عند غسله بالماء وذلك لأن سطح جسيمات كلوريد الفضة يحاط بطبقتين من أيونات ممتزة وكما يلي:
NO3- AgCl Cl- ……. Na+ ……. Ag+ AgCl
تزال الأيونات السالبة عادة مثل NO3-,Cl-- عندما يغسل الراسب بالماء من فوق سطح الراسب أكثر مما تزال الأيونات الموجبة وبذلك تحمل جسيمات AgCl شحنه موجبة في الطبقتين مثل Na+,Ag+ مما يتسبب تنافر الجسيمات وتبعثر الراسب ولهذا السبب يغسل راسب كلوريد الفضة بمحلول مخفف من حامض النيتريك الذي يقوم بتجهيز عدد كافي من الأيونات الموجبة والسالبة ويصبح بذلك عدد الأيونات السالبة مساوياً لعدد الايونات الموجبة على سطح جسيمات الراسب وهذا يمنع حدوث عملية التبعثر . وعموماً يمكن إتباع بعض الخطوات لمنع التبعثر مثل غسل الراسب بمحلول الكتروليتي مناسب أو غسل الراسب بحامض مخفف أو محلول ملح الامونيوم أو إضافة كمية ضئيلة من الجلاتين .
تلوث الراسب:
يتلوث الراسب أثناء التحليل الوزني بسبب ترسيب مواد غريبة مع الراسب المطلوب تحليله وذلك عندما يكون ثابت حاصل ذوبان رواسب المواد الغريبة مساوياً تقريباً ثابت حاصل ذوبان الراسب المطلوب تحليله .يحدث تلوث للرواسب المطلوب تحليلها بسبب وجود شوائب معها نتيجة للترسب المشارك أو للترسيب اللاحق .
الترسيب المشارك :
يعد الترسيب المشارك مشكلة معقدة في التحليل الوزني حيث يتضمن جميع التلوثات التي تحدث خلال تكوين الراسب المطلوب تحليله.
يمكن توضيح بعض ميكانيكيات تلوث الراسب الناتج من الترسيب المشارك بالشكل التالي:
1- الترسيب الحقيقي :
ترتفع ذوبانية المادة الملوثة عند تكوين الراسب الرئيسي المطلوب تحليله وبذلك تختلف بلورات الراسب الرئيسي عند بلورات المادة الملوثة بتركيبها الهندسي ولهذا يتكون خليط ذو نوعين من البلورات . لا يمكن تقليل التلوث الحاصل من الترسيب الحقيقي بواسطة الهضم أو الغسل ولا يمكن الاستعانة بعملية إعادة الترسيب لتقليل هذا النوع من التلوث إذ لا يمكن إذابة المواد الملوثة بشكل كامل . ولمنع حدوث هذا التلوث يمكن استعمال طرق فصل ملائمة قبل البدء بالترسيب .
2- الاحتواء :
عندما يتكون الراسب بطريقة ما تنمو بلوراته حول جزء من المحلول الأصلي يؤدي ذلك لاحتواء الراسب على شوائب ذائبة داخل البلورات . يمكن ان تعمل عملية التعمير على تقليل حدوث هذا النوع من التلوث حيث يؤدي التعمير إلى تكوين بلورات متكاملة الشكل .
3- الامتزاز :
أن ظاهرة الامتزاز هي أحد المشاكل التي تسبب حدوث تلوث على سطح بلورات الراسب . ويحدث ذلك في الغالب عند إضافة وفره من ايونات مشتركة في المحلول خلال وبعد الترسيب لتحسين ذوبانية الراسب بحيث تكون ملائمة في البناء البلوري له. وبذلك تتكون طبقتين ممتزتين وهي التي تسبب حدوث تلوث للراسب . يمكن إتباع وسائل عديدة لغرض تقليل حدوث تلوث الرواسب نتيجة للامتزاز منها : الترسيب من محاليل ساخنة ، الترسيب من محاليل مخففة ، هضم الراسب وغسل الراسب وإعادة الترسيب .
الترسيب اللاحق:
يحدث التلوث بالترسيب اللاحق إذ تترسب المواد الملوثة بعد إكمال الترسيب الرئيسي ( أي بعد تكون الراسب الرئيسي المطلوب تحليله ). يزداد التلوث بالترسيب اللاحق كمياً مع الزمن وتزداد سرعة التلوث بالترسيب اللاحق في درجات حرارية عالية .
لغرض تقليل حدوث التلوث بالترسيب اللاحق يمكن إجراء ما يلي:
ترشيح الراسب بسرعة بعد أكمال الترسيب أو فصل الملوثات المحتملة قبل إجراء عملية الترسيب أو حجب الملوثات وهي في المحلول . ويمكن استخدام الترسيب اللاحق في حالة المحاولة لفصل ايونين بعضهما عن بعض اعتمادا على الاختلاف في سرعة تكوين راسبيهما . على سبيل المثال يمكن فصل ايون النحاس من ايون الخارصين على هيئة كبريتيدات إذ يترسب كبريتيد النحاس مباشرة وبذلك يمكن فصله بسرعة بالترشيح ويترسب بعدئذ كبريتيد الخارصين ببطء كما يمكن فصل ايون الكالسيوم عند ايون المغنسيوم إذ يترسب اوكزالات الكالسيوم قبل اوكزالات المغنيسيوم ويفصل بالترشيح أولا ثم يترسب اوكزالات المغنيسيوم الموجودة في الرشيح بعد فترة زمنية معينة.
الترسيب من محلول متجانس :
يضاف عادة محلول العامل المرسب ببطء إلى محلول مخفف وساخن من المادة المطلوب ترسيبها وتحليلها فعندما تتلامس أول قطرة من محلول العامل المرسب مع سطح النموذج يؤدي ذلك إلى حدوث تركيز عال نسبياً في مكان ما في المحلول ويحصل بذلك ما يسمى بدرجة فوق الاشباع الموضعية ويؤدي ذلك إلى تكوين عدد كبير من البلورات الأولية ذات الحجم الصغير ينتج عنه تكوين راسب بلوري ناعم أو راسب غير متبلور ما لم يرج الخليط بالتحريك .
يستخدم الترسيب من محلول متجانس للتغلب على هذه المشكلة ففي هذا النوع من الترسيب ينتج العامل المرسب ببطء وبانتظام وبشكل متجانس في المحلول من تفاعل كيميائي معين يحدث في المحلول إما عن طريق تحلل مائي لمادة ما أو من تفاعل مادتين كما هو واضح من الأمثلة التالية:
(أ) تكوين العامل المرسب بالتحلل المائي :
1- التحلل المائي لليوريا:
بالتحلل المائي لليوريا ينتج امونيا على وفق التفاعل التالي:
وعلية ينتج محلول الامونيا الذي يمكن استعماله في ترسيب Fe3+,Al3+.
1- التحلل المائي لبعض الأملاح العضوية :
بالتحلل المائي لثنائي مثيل الكبريتات وثلاثي ايثيل الفوسفات ينتج كبريتات وفوسفات على التوالي على وفق التفاعلين :
ولهذا يمكن استعمال الكبريتات لترسيب البار يوم والفوسفات لترسيب المغنيسيوم .
3- التحلل المائي لثايو استاميد :
بالتحلل المائي لثايو استاميد ينتج كبريتيد على وفق المعادلة التالية :
ويستعمل الكبريتيد لترسيب الكادميوم
(ب) تكوين العامل المرسب في تفاعل مادتين :
من العوامل المرسبة الناتجة من تفاعل مادتين مثل
1- ثنائي مثيل جلايوكسيم
ويستخدم لتحليل وترسيب النيكل والبلاد يوم.
2- 1- نيتروزو-2- نفثول
ويستخدم لترسيب الكوبالت
ظروف الترسيب والتحليل:
يمكن توضيح القواعد العامة للظروف المثالية اللازمة للترسيب المستخدم في التحليل الوزني بالشكل التالي:
1- يجب أن يجري الترسيب في محاليل مخففة مما يؤدي إلى تقليل الخطأ الناتج من الترسيب المشارك.
2- يجب مزج المحلول عن طريق الرج الثابت مما يساعد على نمو البلورات الكبيرة المنتظمة. وللتأكد من اكتمال الترسيب يجب إضافة كمية فائضة من العامل المرسب.
3- يجب أن يجري الترسيب في محاليل ساخنة حيث يتكون راسب مستقر من درجة عالية علما أن هذا لا يكون صحيحا في حالة العديد من العوامل المرسب العضوية.
4- يجب أن يتم هضم الراسب البلوري لفترة طويلة في حمام بخاري لتجنب مشكلة الترسيب المشارك.
5- يجب أن يغسل الراسب بمحاليل مخففة علما أن الماء لوحده يسبب تبعثرا للراسب.
6- لتجنب مشاكل الترسيب المشارك والترسيب اللاحق ينصح بإجراء عملية إعادة الترسيب.
غسل الراسب:
إن الغرض من غسل الراسب هو لإزالة الملوثات من على سطح الراسب ويعتمد تركيب محلول الغسيل على مدى حدوث التبعثر للراسب لهذا نتجنب استعمال الماء لوحده كمحلول غسيل. يستعمل عادة محاليل الكتروليتية قوية للغسيل ولهذه المحاليل أيون مشترك مع الراسب وبذلك تقلل الأخطاء الناتجة من الذوبانية والتي يمكن لها أن تتبخر بسهولة ولا تؤثر على وزن الراسب. ولهذا يمكن استعمال محاليل أملاح الامونيوم كمحاليل للغسيل وتفضل أن تكون ساخنة.
يمكن تصنيف محاليل الغسيل إلى ثلاثة أصناف:
1- محلول يمنع حدوث تكوين راسب غروي الذي ينفذ خلال مسامات ورقة الترشيح كمحلولNH4 NO3 حيث يستعمل لغسل Fe(OH)3
2- محلول يخفض في ذوبا نية الراسب مثل الكحولات
3- محلول يمنع حدوث التحلل المائي لأملاح الحوامض والقواعد الضعيفة.
بحث في التحليل الوزني
التحليل الوزني
مقدمة
يبحث التحليل الكمي في تقدير كميات المكونات أو العناصر الداخلة في تركيب المركب الكيميائي أو الخليط، ويتبين من هذا أن التحليل النوعي لمادة مجهولة التركيب يسبق عادة التحليل الكمي لها لأنه لا يجوز تقدير مادة معينة تقديرًا كميًا ما لم يتأكد من وجودها وصفيًا فالتحليل الكمي يشتمل على التحليل بالوزن ويتم بترسيب المادة وتقديرها كميًا في هيئة عنصر منفرد أو مشتق معين معروف التركيب يفصل عن المحلول بالترسيب أو الطرد المركزي ثم غسله وتجفيفه ووزنه، فيحسب وزن المادة المراد تقديرها من معرفتنا لوزن الراسب وتركيبه بدقة. فمثلا يمكن تعيين نسبة الكلور في ملح الطعام مثلا بإذابة وزن معين من الملح في الماء ثم إضافة محلول نترات الفضة إليه فيترسب على شكل كلوريد الفضة، ثم يرشح الراسب ويغسل ويجفف ثم يوزن لمعرفة كمية الكلور ونسبته في الملح، ويضم التحليل الوزني الطرق التي يتم فيها
تقدير أوزان المواد أو بعض مكوناتها بطريقتين هما :
1. الطريقة المباشرة او الزيادة في الوزن :
وفيها يتم تحديد قياسات الأوزان لنواتج العملية التحليلية المعروفة التركيب .
2- الطريقة غير المباشرة او فقدان الوزن :
إذ تحدد بواسطتها قياسات الأوزان المفقودة أو الناقصة في الوزن بوصفها نتيجة لخاصية التطاير بالعينة
3- طريقة الترسيب الكيميائي :
و تعتمد على فصل او عزل العنصر او الايون وبين مايعرف بالمرسب او المادة المرسبة لينتج مركب شحيح الذوبان يعرف بالراسب ثم يلي ذلك حساب كمية هذا العنصر او الايون بمعرفة وزن الراسب وصيغته الكيميائية وهذه الطريقة من اكثر طرق التحليل الوزني استخداما وذلك لصعوبة وجود العناصر او المركبات في حالة نقية حيث ان نقاوتها العالية شرطا في استخدام الطرق الاخرى في التحليل الوزني
خطوات التحليل الوزني
اذابة العينة :
عن طريق اجراء عدة اختبارات لذوبانية العينة واختيار المذيب المناسب بعد فحص العينة بالعين المجردة وتقسيمها ميكانيكيا باستخدام منخل ثم تجفيفها لمدة ساعتين على الاقل في درجة 100-120مئوية وملاحظة اي تغير في الوزن لفقدان الماء المتبلور او بعض المكونات المتطايرة او حدوث تفكك او اكسدة او اختزال , و اخيرا توزن كمية مناسبة من العينة وتذاب في المذيب المناسب 0
المعالجة الولاية لمحلول العينة
وتشمل تهيئة الظروف المناسبة ( مثل ضبط الرقم الهيدروجيني وحجم المحلول ودرجة الحرارة ) التي تقلل من فرصة ذوبان الراسب وكذلك اجراء عملية فصل اولية للعناصر او الايونات التي يمكن ان تتداخل في عملية التحليل الوزني الرئيسية
الترسيب
وهي اهم الخطوات على الاطلاق في عملية التحليل الوزني والغرض الاساسي من عملية الترسيب هو عزل المكون المطلوب تقديره عن بقية المكونات التي قد تكون موجودة في المحلول وذلك عن طريق تكوين ما يعرف بالراسب او الصورة المترسبة0
متطلبات التحليل الوزني
متطلبات الصورة المترسبة :
1- يجب ان تكون الصورة المترسبة مركب شحيح الذوبان لتجنب الاخطاء نتيجة الذوبان
2- يجب ان تكون الصورة المترسبة على هيئة بلورات كبيرة ليسهل غسل وترشيح الراسب
3- يجب ان تتم عملية تحويل الصورة المترسبة الى الصورة الموزونة في يسروسهولة وان يكون التحول كاملا
متطلبات الصورة الموزونة :
1- يجب ان تكون الصورة عبارة عن مركب واحد فقط له صيغة كيميائية ثابتة ومعروفة لإمكانية العملية الحسابية
2- يجب ان تكون الصورة الموزونة ثابتة كيميائيا بحيث لايحدث لها أي اكسدة او اختزال سواء في جو المعمل او اثناء الحرق
3- يجب ان تكون كمية العنصر او الايون المطلوب تقديره في الصورة الموزونة اقل مايمكن
4- يجب اختيار المادة المرسبة ترسب العنصر او الايون المطلوب تقديره فقط اي تكون انتقائية
الهضم
الغرض الاساسي من هذه العملية هو تسهيل عملية ترشيح الراسب عن طريق زيادة حجم حبيبات او بلورات الراسب حيث يترك داخل المحلول فترة زمنية فيتم تخثر وتكتل حبيباته هذا إذا كان من نوع الرواسب الغروية او ذات الحبيبات الصغيرة , اوتحدث اعادة التبلور إذا كان الراسب متبلورا حيث تذوب البلورات الصغيرة وتترسب ثانية على شكل بلورات وحبيبات كبيرة
الترشيح
وهي فصل عملية الحالة الصلبة (الراسب) المتكونة نتيجة الترسيب الكيميائي عن الحالة السائلة (المحلول) ,ويتم الترشيح بواسطة ورق الترشيح او جفنة جوش او قمع بخنر
الغسل
يتم باستخدام وسائل معينة للتخلص من الشوائب او اثر المحلول وعند اختيار سائل الغسل يجب :
• ان يكون الكتروليتيا سهل التطاير وان لا يحتوي على املاح غير متطايرة لسهل التخلص منه عند التجفيف والحرق0
• ان لايكون نواتج غير متطايرة او غير ذائبة مع الراسب 0
• ان لايعمل على ذوبان الراسب0
• إذا كانت قيمة حاصل الاذابة للراسب عالية فيجب اضافة مادة تحتوي على الايون المشترك للمادة المرسبة الى سائل الغسيل للتقليل من فرص ذوبان الراسب0
التجفيف والحرق
والهدف من هذه لعملية التخلص من أي بقايا لسائل الغسيل وجزيئات الماء والشوائب المتطايرة مان الحرق يعمل على تحويل الصورة المترسبة الى الصورة الموزونة الثابتة كيميائيا0
الوزن
وهي استخدام الميزان الحساس لتقدير كمية الراسب وتاتي في نهاية عملية التحليل الوزني بعد التاكد من ان الراسب يمثل مركبا كيميائيا واحدا فقط له صيغة كيميائية معروفة ثابتة0
الحسابات
يتم حساب كمية المكون المراد تقديره بمعرفة وزن الراسب وما يعرف بمعامل التحليل الوزني او العامل الكيميائي ويمكن حسابه كما يلي :
الوزن الذري او الو زن الجزيئي المراد تقديره
معامل التحليل الوزني = ــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ ــــــــــــــــــــــــــــ
الوزن الجزيئي للراسب
على سبيل المثال تقدير كمية الكلوريد في عينة لكوريد الصوديوم بعد ترسيبه على هيئة كلوريدفضة:
معامل التحليل الوزني للكلوريد = الوزن الذري للكلوريدCl / الوزن الجزيئي لكلوريدالفضةAgCl
وزن الكلوريد = معامل التحليل الوزني للكلوريد X وزن الراسب
النسبة المئوية للكلوريد = ( ( وزنAgCl X معمل تحليل الكلوريد ) / وزنNaCl ) X 100.