طرق التحليل الوزني

التحليل الوزني هو  إحدى أنواع التحليل الكيميائي الكمي التي تعتمد على الوزن، يتم فيه فصل مادة معلومة التركيب الكيميائي بشكل تام النقاوة، بعد ذلك يتم وزنها بميزان حساس، يتم تقدير عنصر (فلز أو لا فلز) منفرد أو مشتق منه بحيث يكون معروف التركيب الكيميائي تقديراً كمياً من خلال استخدام حسابات معينة، يتضمن التحليل الوزني طرق معينة بحيث كل طريقة تختلف عن الأخرى.

مميزات طرق التحليل الوزني

1-  تعين الأوزان الذرية للعناصر.

2- الدقة لديها تتراوح من (0.01-0.02).

3- تعتبر أدق من الطرق الحجمية.

4- تحتاج الى وقت أطول.

وهناك طريقتان لقياس الأوزان هما:

• طريقة مباشرة: يتم فيها قياس وزن المادة الناتجة من التحليل بحيث تكون معروفة التركيب الكيميائي.

• طريقة غير مباشرة: يتم تحديدها عن طريق قياسات الأوزان المفقودة أو التي يتم خسارتها في الوزن نتيجة لتطاير.

طرق التحليل الوزني

طريقة الانحلال أو التطاير

يتم فصل المادة المطلوب معرفة تقديرها على شكل غاز (gas) من المادة الباقية في النموذج أو العينة، ويتم الاعتماد على وزن المادة المتطايرة أو المتبخرة أو على وزن المادة الباقية، حيث تتضمن طريقة الانحلال ما يلي:

1- انحلال المواد الصلبة في درجات الحرارة العالية: مثل انحلال كربونات الكالسيوم عند درجة حرارة (900) درجة مئوية و(1) ضغط جوي، حسب المعادلة التالية: .

وانحلال كربونات المغنيسيوم عند درجة حرارة (500) درجة مئوية و(1)ضغط جوي، حسب المعادلة التالية:

.

من خلال المعادلات السابقة نلاحظ أن كربونات الكالسيوم وكربونات المغنيسيوم تحللت إلى مادة صلبة (solid) أخرى معلومة التركيب الكيميائي يتم وزنها بسهولة، انحلال هذه المواد الصلبة يتطلب درجة حرارة عالية، وقد حررت غاز ثاني أوكسيد الكربون المتطاير عندها يتم تعين وزن المادة المتبقية بعد إزالة غاز .

وكذلك  كربونات  الليثيوم عند درجة حرارة 910 درجة مئوية وضغط (0.05) ضغط جوي، وانحلال بيكربونات الصوديوم عند درجة حرارة (270) درجة مئوية (1) ضغط جوي، حسب هذه المعادلات:

• كربونات الليثيوم: .

• بيكربونات الصوديوم: .

حيث أن تم تحرير غاز ثاني أوكسيد  الكربون المتطاير.

2- يعامل النموذج بكاشف كيميائي: يعطي الناتج المطلوب إلى شكل متطاير مثل إضافة حمض  الهيدروكلوريك الى حجر الكلس وتطاير غاز ثاني  أوكسيد الكربون، كما في المعادلة التالية: .

3- امتصاص النواتج الغازية: هذه الطريقة تعتمد على امتصاص الغازات الناتجة من تحلل مادة كيميائية أو انحلال المادة حرارياً من خلال مواد لها القدرة على الامتصاص النوعي، بحيث أن نستطيع الوصول إلى وزن الغاز الممتص من خلال معرفة الفرق في الوزن قبل وبعد الامتصاص، مثال خليط من ( و ) عينة تعطي بالحرارة، بحيث يمرر الخليط على أنبوب موزون يحتوي على بيركلورات المغنيسيوم اللامائية ، ويتم امتصاص الماء ، أو يمرر الخليط على أنبوب موزون يحتوي على الأسكارايت وهي عبارة عن ألياف اسبستوسية مشبعة بمادة هيدروكسيد الصوديوم الذي يمتص غاز ثاني أوكسيد الكربون ، ويوجد أيضاً مواد أخرى تمتص الماء مثل ، ، .

طريقة العزل

تستعمل هذه الطريقة في عزل وتحضير العناصر في سبائكها مثل تحضير الذهبوالنحاس في سبيكة، حيث تذاب السبيكة في البداية في الماء الملكي وهو عبارة عن خليط من و المركزين، وتعامل بعد ذلك ببيروكسيد الهيدروجين لاختزال الذهب وترسيب النحاس مثلاً (يحضر بمزج (3) مل من المركز مع (1) مل ) ثم تضاف مادة مختزلة تختزل أيونات الذهب الى عنصر الذهب ويفصل من السبيكة ويوزن، أما النحاس فيترسب باستخدام تيار كهربائي ويوزن أيضاً.

طريقة الترسيب

يتم فيها تفاعل المواد تحليلها كيميائياً مع الكاشف الكيميائي لكي يعطي نواتج ذو قابلية محدودة على الذوبان، وبعد عملية الترشيح والطرق الأخرى الملائمة يتم توزين المادة الصلبة التي تم ترسيبها، بحيث تكون معلومة التركيب، مثال على طريقة الترسيب لتعين أيون الكبريتات  في مادة معينة يتم إذابة كتلة معينة من تلك المادة في الماء ويحمض بحامض النتريك (Nitric Acid)، ويتم إضافة نترات الباريوم ، حيث يتكون راسب من كبريتات الباريوم ، يتم فصل الراسب بالترشيح ثم يغسل بالماء المقطر وبعد ذلك يجفف ثم يحرق ثم يوزن الناتج المطلوب، وفي النهاية يتم حساب  النسبة المئوية للكبريتات في العينة المحللة، ومن عيوب الطرق الترسيبة أنها تحتاج الى وقت طويل لإجرائها.

الترسيب الكهربائي

يتم ترسيب الفلزات مثل ، ، ، وغيرها من الفلزات التي تتميز بفقد إلكترونات وحمل شحنة موجبة عند تفاعلها مع مواد أخرى في الخلية الكهربائية على الكاثود (Cathode)، بحيث تمتاز هذه الطريقة بعدم الحاجة الى عمليات الترشيح، كما أن التلوث يكون نادراً عند السيطرة الجيدة على ظروف التفاعل الكهروكيميائي، يمكن السيطرة على عمليات الترسيب الكهربائي بالاستعانة بقانون أوم (ohm) وقانوني فاراداي للتحليل الكهربائي.

الترسيب الكيميائي

يتم فيها إضافة مادة تسمى العامل المرسب (عضوي أو لا عضوي) الى المادة المعينة؛ ليتكون راسب (ملح قليل الذوبان) يرشح ويغسل ويجفف أو يحرق عند درجة حرارة عالية، وبعد ذلك يتم توزين الناتج النهائي (Final) ويكون معلوم الوزن والصيغة الكيميائية.

مثال على الترسيب الكيميائي: .

حيث النموذج كلوريد الصوديوم ، المرسب لا عضوي هو ، الراسب مجهول الصيغة هو الذي يجفف عند 110 درجة مئوية ليكون راسب معلوم هو راسب معلوم.

خطوات طرق الترسيب الوزني

1- تحضير المحلول (Preparation of the solution).

2- إضافة عامل مرسب (عضوي أو لا عضوي) Precipitation.

3- هضم الراسب (Digestion).

4- ترشيح فصل الراسب عن الراشح  بورق ترشيح (Filtiration).

5- غسل الراسب بمحلول مناسب (Washing).

6 – تجفيف الراسب نحصل على نفس الصيغة الكيميائية (حرق الراسب).

7- وزن الراسب الناتج  (Weighing).

8- إجراء الحسابات (Calculation).

كيفية اذابة النموذج

1- الماء.

2- الماء الساخن (تسخين).

3- حامض مخفف.

4-  حامض مخفف + تسخين.

5- حامض مركز.

6- الماء الملكي.

أنواع المرسبات

هناك نوعان من المرسبات:

1- المرسبات اللاعضوية: مركبات لاعضوية أملاح لحوامض ضعيفة تكون غير انتقائية ولها حساسية للتراكيز القليلة، تكون هي عبارة عن مرسبات التي تكون رواسب غير ملونة وذات وزن جزيئي قليل، من أمثلة عليها ، ،، مثلاً يُرسب كل من العناصر التالية (، ، )، عدم الخصوصية هذه تؤدي الى ترسب عدد من الأيونات وظهور شوائب إن وجدت في المحلول تؤدي إلى تلوث الراسب.

2-  المرسبات العضوية: مركبات عضوية تستعمل لترسيب بعض الأيونات الفلزية مكونة تركيب حلقي معقد من روابط تساهمية، تناسقية وأيونية، تتميز بنقاوة عالية أكثر من المركبات اللاعضوية، وتكون ذا وزن جزيئي عالي، رواسبها قليلة الذوبان ولكنها تذوب في المذيبات العضوية، رواسبها تكون ملونة يمكن تقديرها بالطرق اللونية التي تتميز بالحساسية العالية، يسهل ترشيحها وغسلها لأن رواسبها ذات بلورات كبيرة الحجم، يمكن توزينها بعد التجفيف.

الصفات الواجب توفرها في الرواسب الجيدة

•  التركيب الكيميائي: يجب أن يكون الصيغة الكيميائية معروفة للراسب.

• الذوبانية: يجب أن يكون الرواسب قليلة الذوبان جداً لكي يتم إتمام الترسيب.

•  التكوين البلوري: تكوين راسب ذي تكوين بلوري كبير بحيث يمكن فصل الراسب بالترشيح بحيث لا يمر من خلال ورق الترشيح.

•  النقاوة: يفضل أن تكون الرواسب نقية بدرجة عالية بحيث لا تعاني من وجود شوائب فيها، وذلك من خلال الاهتمام بالنقاوة والتركيز علا كيفية الترسيب أثناء الغسل والترشيح.

•  الثبات الحراري: يجب أن تكون الرواسب ثابتة حرارياً ضمن المدى الحراري المستخدم وأن لا تتفكك إلى مركبات أخرى.

• الوزن الجزيئي للراسب: يفضل أن يكون كبيراً، مما يوفر فرصة لتقدير الكميات الضئيلة من العنصر وتقليل الأخطاء.

• التخصصية أو الانتقائية: كلما كان العامل المرسب نوعي لمكون ما كلما كان مرغوباً به، مما يساعد على ترسيب المكون المطلوب بشكل أكثر كفاءة.