[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة]
أداء المعايرة
مقدمة
بالنسبة لبرونستد ولوري، الحمض هو مادة تعطي أيون الهيدروجين والقاعدة هي مادة مستقبلة لأيون الهيدروجين في التفاعلات التي تنتقل بها أيونات الهيدروجين من مادة لأخرى. على سبيل المثال، في تفاعل الحمض والقاعدة التالي:
HCl (aq) + NaOH(aq) → H2O(l) + Na+(aq) + Cl-(aq)
HCl(aq) هو الحمض الذي يعطي أيون الهيدروجين +(aq) H للقاعدة .NaOH(aq) هذا التفاعل عادة يمسى بتفاعل التعادل.
معايرة الحمض بالقاعدة هو إجراء لتحديد تركيز الحمض أو القاعدة في محلول معين وذلك بقياس حجم الحمض( أو القاعدة) معروف التركيز اللازم للتفاعل بشكل كامل مع حجم معين من المحلول مجهول التركيز.
المحلول معروف التركيز (تركيزه محدد بدقة) يسمى بالمحلول القياسي ( المحلول المعياري). حيث أن هذا المحلول يحتوي على عدد محدد من الغرامات المكافئة لكل لتر محلول.
في العادة يضاف المحلول المعياري من خلال وعاء مدرج يسمى بالسحاحة.
عملية إضافة المحلول المعياري حتى نقطة انتهاء التفاعل تسمى بالمعايرة. والمادة المراد تحديد تركيزها بالمعايرة تسمى بالمحلول المعاير (بفتح الياء). النقطة التي عندها ينتهي التفاعل تسمى بنقطة التكافؤ أو بنقطة النهاية النظرية.
هذه النقطة يجب أن تكون قابلة للتحديد من خلال تغير فيزيائي واضح في المحاول لا مجال للعين أن تخطئه, ويمكن ذلك بإضافة مادة تساعد في إظهار هذا التغير تسمى بالكاشف. إذن فالمادة الكاشفة يجب أن تعطي تغيراً مرئيا واضحاً ( كتغير اللون مثلاً) في المحلول المعاير
[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة]
من أجل القيام بعملية المعايرة يجب أن تتوفر في التفاعل الشروط التالية:
1. يجب أن يكون التفاعل الكيميائي بسيط، يمكن وصفه بمعادلة كيميائية، والمادة المراد تحديد تركيزها (المحلول المعاير) يجب أن يتفاعل بشكل كامل مع المحلول المعياري (المادة معروفة التركيز) بنسبة عددية ثابتة ومحددة.
2. يجب أن يكون التفاعل لحظياً أو سريعاً جداً.
3. يجب أن يكون هناك تغيراً فيزيائيا أو كيميائيا واضحا في محلول التفاعل عند نقطة التكافؤ (كتغير اللون مثلا)
4. يجب توفر مادة كاشفة لنهاية التفاعل تحدث تغيرا واضحا وحاداً في أحد الخصائص الفيزيائية لمحلول التفاعل ( كتغير اللون) عند نقطة نهاية التفاعل.
5. اذا لم تتوفر المادة الكاشفة لتحديد نقطة التكافؤ (نقطة نهاية التفاعل النظرية)، يجب أن تحدد هذه النقطة بوسيلة أخرى مثل المعايرة التي تعتمد على قياس فرق الجهد, قدرة إيصال التيار الكهربائي أو قياس الطيف الضوئي لمحلول التفاعل.
المعايرة يمكن استخدامها لعدة أنواع من التفاعلات:
أ. تفاعلات التعادل (تفاعل الحمض مع القاعدة)
ب. تفاعلات الترسيب
ت. تفاعلات الأكسدة والاختزال
ث. تفاعلات تكوين الأيونات المعقدة.
التفاعل الذي سوف ندرسه في هذه التجربة هو تفاعل التعادل الذي ذكرناه سابقاً بين حمض الهيدروكلوريك وهيدروكسيد الصوديوم والكاشف المستخدم في هذه التجربة هو الفينول فثالين أو مثيل البرتقالي. NaOH(aq) هو المحلول المعياري وهو يضاف من خلال السحاحة، HCl(aq) هو المحلول المعاير مجهول التركيز.
يمكننا استخدام الأجهزة بدل من الكاشف لتحديد نقطة نهاية التفاعل، من هذه الأجهزة جهاز قياس إيصال التيار الكهربائي، جهاز قياس درجة الحموضة pH . في هذه التجربة سوف نستخدم جهاز قياس درجة الحموضة و ذلك بغمس مجس الجهاز في محلول HCl(aq) و إضافة أحجام صغيرة ومحددة من محلول NaOH (aq) من خلال السحاحة وتسجيل قراءات الجهاز بدلالة حجم NaOH (aq) المضاف.
نقطة نهاية التفاعل يم
كن تحديدها من خلال رسم اقترانات معينة:
1. من خلال رسم منحنى المعايرة – رسم قيم على المحور الصادي وحجم محلول NaOH (aq) المضاف (ح) على المحول السيني كما في الشكل
[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة]
هذه الطريقة تمكننا من تحديد النقطة التي يحدث عندها تغير واضح في قيمة pH ( نقطة نهاية التفاعل) بدقة كبيرة جداً.
[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة]
المواد اللازمة:
50 مل محلول HCl
100 مل محلول NaOH بتركيز 0.1 مولر
الأدوات اللازمة:
دورق مخروطي حجم 100 مل عدد 3
دورق حجم 100 مل
قمع
سحاحة مع حامل
كاشف فينول فثالين
ماصة حجمية سعة 10 مل
محرك مغناطيسي و مغناطيس
جهاز قياس pH
قنينة شطف
الجزء العملي للتجربة
أ. ضع الدورق على المحرك المغناطيسي اسفل السحاحة، وتأكد إن السحاحة مقفلة. كما في الشكل.
[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة]
ب. املأ السحاحة بمحلول باستخدام القمع ثم عاير ارتفاع المحلول بداخلها.
ت. انقل 10.0 مل من محلول لدورق مخروطي نظيف باستخدام ماصة حجمية. ثم أضف بعض نقاط محلول كاشف الفينول فثالين. استبدل الدورق اسفل السحاحة بالدورق المخروطي. وضع ورقة بيضاء أسفله.
1. ما هو الهدف من وضع ورقة بيضاء اسفل الدورق المخروطي ؟______________________________________________________
ث. ضع مغناطيس صغير في الدورق المخروطي وشغل المحرك المغناطيسي ليدور المغناطيس بلطف.
2. لماذا يجب تحريك محلول أثناء علمية المعايرة ؟
ج. عاير محلول بمحلول NaOH ، وذلك بإضافة 1مل (NaOH ) كل مرة و إعطاء المحلول فرصة من الوقت كي يتم تحريكه. حدد حجم NaOH التقريبي اللازم للوصول إلى نقطة التكافؤ.
3. سجل حجم NaOH التقريبي اللازم لنقطة نهاية التفاعل ______________
ح. املأ السحاحة مرة أخرى بمحلول وعاير ارتفاع المحلول بداخلها.
خ. اعد عملية المعايرة ولكن قم بذلك بدقة متناهية جداً بالقرب من نقطة التكافؤ.
4. سجل حجم NaOH الدقيق اللازم لنقطة نهاية التفاعل ________________.
د.اعد عملية المعايرة مرة أخرى. إن لم تحصل على نفس النتيجة السابقة، قم بإجراء معايرة أخرى ثم خذ المتوسط الحسابي لهذه المعايرات الثلاثة.
5. اكتب النتيجة النهائية لنقطة نهاية المعايرة__________________.
6. اكتب المعادلة الكيميائية الموزونة للتفاعل
7. احسب تركيز محلول HCl .
ذ. اعد عملية المعايرة للمرة الأخيرة ولكن باستخدام جهاز قياس pH .
ر. حدد نقطة التكافؤ من خلال الرسم.
8. ارفق منحنى المعايرة مع التقرير وعلم نقطة نهاية التفاعل على المنحنى.
9. قارن بين نقطة التكافؤ التي حصلت عليها من خلال الرسم بنقطة التكافؤ التي حصلت عليها سابقاً.
II. المعايرة باستخدام المجسات – عرض الأستاذ.
في هذا الجزء من التجربة سيقوم الأستاذ بعرض منحنى المعايرة الذي تم الحصول عليه من خلال مجس حساس لقيم pH في المحلول.
10. صف مشاهداتك عن التجربة. ما هو المتشابه وما هو المختلف بين هذه التجربة وبين التجربة التي قمت أنت بأدائها
أداء المعايرة
مقدمة
بالنسبة لبرونستد ولوري، الحمض هو مادة تعطي أيون الهيدروجين والقاعدة هي مادة مستقبلة لأيون الهيدروجين في التفاعلات التي تنتقل بها أيونات الهيدروجين من مادة لأخرى. على سبيل المثال، في تفاعل الحمض والقاعدة التالي:
HCl (aq) + NaOH(aq) → H2O(l) + Na+(aq) + Cl-(aq)
HCl(aq) هو الحمض الذي يعطي أيون الهيدروجين +(aq) H للقاعدة .NaOH(aq) هذا التفاعل عادة يمسى بتفاعل التعادل.
معايرة الحمض بالقاعدة هو إجراء لتحديد تركيز الحمض أو القاعدة في محلول معين وذلك بقياس حجم الحمض( أو القاعدة) معروف التركيز اللازم للتفاعل بشكل كامل مع حجم معين من المحلول مجهول التركيز.
المحلول معروف التركيز (تركيزه محدد بدقة) يسمى بالمحلول القياسي ( المحلول المعياري). حيث أن هذا المحلول يحتوي على عدد محدد من الغرامات المكافئة لكل لتر محلول.
في العادة يضاف المحلول المعياري من خلال وعاء مدرج يسمى بالسحاحة.
عملية إضافة المحلول المعياري حتى نقطة انتهاء التفاعل تسمى بالمعايرة. والمادة المراد تحديد تركيزها بالمعايرة تسمى بالمحلول المعاير (بفتح الياء). النقطة التي عندها ينتهي التفاعل تسمى بنقطة التكافؤ أو بنقطة النهاية النظرية.
هذه النقطة يجب أن تكون قابلة للتحديد من خلال تغير فيزيائي واضح في المحاول لا مجال للعين أن تخطئه, ويمكن ذلك بإضافة مادة تساعد في إظهار هذا التغير تسمى بالكاشف. إذن فالمادة الكاشفة يجب أن تعطي تغيراً مرئيا واضحاً ( كتغير اللون مثلاً) في المحلول المعاير
[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة]
من أجل القيام بعملية المعايرة يجب أن تتوفر في التفاعل الشروط التالية:
1. يجب أن يكون التفاعل الكيميائي بسيط، يمكن وصفه بمعادلة كيميائية، والمادة المراد تحديد تركيزها (المحلول المعاير) يجب أن يتفاعل بشكل كامل مع المحلول المعياري (المادة معروفة التركيز) بنسبة عددية ثابتة ومحددة.
2. يجب أن يكون التفاعل لحظياً أو سريعاً جداً.
3. يجب أن يكون هناك تغيراً فيزيائيا أو كيميائيا واضحا في محلول التفاعل عند نقطة التكافؤ (كتغير اللون مثلا)
4. يجب توفر مادة كاشفة لنهاية التفاعل تحدث تغيرا واضحا وحاداً في أحد الخصائص الفيزيائية لمحلول التفاعل ( كتغير اللون) عند نقطة نهاية التفاعل.
5. اذا لم تتوفر المادة الكاشفة لتحديد نقطة التكافؤ (نقطة نهاية التفاعل النظرية)، يجب أن تحدد هذه النقطة بوسيلة أخرى مثل المعايرة التي تعتمد على قياس فرق الجهد, قدرة إيصال التيار الكهربائي أو قياس الطيف الضوئي لمحلول التفاعل.
المعايرة يمكن استخدامها لعدة أنواع من التفاعلات:
أ. تفاعلات التعادل (تفاعل الحمض مع القاعدة)
ب. تفاعلات الترسيب
ت. تفاعلات الأكسدة والاختزال
ث. تفاعلات تكوين الأيونات المعقدة.
التفاعل الذي سوف ندرسه في هذه التجربة هو تفاعل التعادل الذي ذكرناه سابقاً بين حمض الهيدروكلوريك وهيدروكسيد الصوديوم والكاشف المستخدم في هذه التجربة هو الفينول فثالين أو مثيل البرتقالي. NaOH(aq) هو المحلول المعياري وهو يضاف من خلال السحاحة، HCl(aq) هو المحلول المعاير مجهول التركيز.
يمكننا استخدام الأجهزة بدل من الكاشف لتحديد نقطة نهاية التفاعل، من هذه الأجهزة جهاز قياس إيصال التيار الكهربائي، جهاز قياس درجة الحموضة pH . في هذه التجربة سوف نستخدم جهاز قياس درجة الحموضة و ذلك بغمس مجس الجهاز في محلول HCl(aq) و إضافة أحجام صغيرة ومحددة من محلول NaOH (aq) من خلال السحاحة وتسجيل قراءات الجهاز بدلالة حجم NaOH (aq) المضاف.
نقطة نهاية التفاعل يم
كن تحديدها من خلال رسم اقترانات معينة:
1. من خلال رسم منحنى المعايرة – رسم قيم على المحور الصادي وحجم محلول NaOH (aq) المضاف (ح) على المحول السيني كما في الشكل
[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة]
هذه الطريقة تمكننا من تحديد النقطة التي يحدث عندها تغير واضح في قيمة pH ( نقطة نهاية التفاعل) بدقة كبيرة جداً.
[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة]
المواد اللازمة:
50 مل محلول HCl
100 مل محلول NaOH بتركيز 0.1 مولر
الأدوات اللازمة:
دورق مخروطي حجم 100 مل عدد 3
دورق حجم 100 مل
قمع
سحاحة مع حامل
كاشف فينول فثالين
ماصة حجمية سعة 10 مل
محرك مغناطيسي و مغناطيس
جهاز قياس pH
قنينة شطف
الجزء العملي للتجربة
أ. ضع الدورق على المحرك المغناطيسي اسفل السحاحة، وتأكد إن السحاحة مقفلة. كما في الشكل.
[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة]
ب. املأ السحاحة بمحلول باستخدام القمع ثم عاير ارتفاع المحلول بداخلها.
ت. انقل 10.0 مل من محلول لدورق مخروطي نظيف باستخدام ماصة حجمية. ثم أضف بعض نقاط محلول كاشف الفينول فثالين. استبدل الدورق اسفل السحاحة بالدورق المخروطي. وضع ورقة بيضاء أسفله.
1. ما هو الهدف من وضع ورقة بيضاء اسفل الدورق المخروطي ؟______________________________________________________
ث. ضع مغناطيس صغير في الدورق المخروطي وشغل المحرك المغناطيسي ليدور المغناطيس بلطف.
2. لماذا يجب تحريك محلول أثناء علمية المعايرة ؟
ج. عاير محلول بمحلول NaOH ، وذلك بإضافة 1مل (NaOH ) كل مرة و إعطاء المحلول فرصة من الوقت كي يتم تحريكه. حدد حجم NaOH التقريبي اللازم للوصول إلى نقطة التكافؤ.
3. سجل حجم NaOH التقريبي اللازم لنقطة نهاية التفاعل ______________
ح. املأ السحاحة مرة أخرى بمحلول وعاير ارتفاع المحلول بداخلها.
خ. اعد عملية المعايرة ولكن قم بذلك بدقة متناهية جداً بالقرب من نقطة التكافؤ.
4. سجل حجم NaOH الدقيق اللازم لنقطة نهاية التفاعل ________________.
د.اعد عملية المعايرة مرة أخرى. إن لم تحصل على نفس النتيجة السابقة، قم بإجراء معايرة أخرى ثم خذ المتوسط الحسابي لهذه المعايرات الثلاثة.
5. اكتب النتيجة النهائية لنقطة نهاية المعايرة__________________.
6. اكتب المعادلة الكيميائية الموزونة للتفاعل
7. احسب تركيز محلول HCl .
ذ. اعد عملية المعايرة للمرة الأخيرة ولكن باستخدام جهاز قياس pH .
ر. حدد نقطة التكافؤ من خلال الرسم.
8. ارفق منحنى المعايرة مع التقرير وعلم نقطة نهاية التفاعل على المنحنى.
9. قارن بين نقطة التكافؤ التي حصلت عليها من خلال الرسم بنقطة التكافؤ التي حصلت عليها سابقاً.
II. المعايرة باستخدام المجسات – عرض الأستاذ.
في هذا الجزء من التجربة سيقوم الأستاذ بعرض منحنى المعايرة الذي تم الحصول عليه من خلال مجس حساس لقيم pH في المحلول.
10. صف مشاهداتك عن التجربة. ما هو المتشابه وما هو المختلف بين هذه التجربة وبين التجربة التي قمت أنت بأدائها