الدرس الثالث ... المحاليل و التركيز

المحاليل والتركيز
-يحتاج الكيميائيون لمعرفة تركيز المحاليل التى يعبر عنها أحياناً جم لتر أو ( مول / لتر ) وعند ذوبان 1 مول من المادة فى الماء ويكمل المحلول إلى لتر واحد فإن التركيز الناتج هو 1 مول / لتر . ويمكن استخدام العلاقة التالية فى حساب التركيز :
التركيز ( مول / لتر ) = عدد المولات/ الحجم بالتر0
الكتلة المذابة = الكتلة الجزيئية × الحجم باللتر × التركيز 0
عدد المولات = الكتلة / كتلة المول
أمثلة محلولة
1-احسب التركيز ( مول / لتر ) لمحلول هيدروكسيد الصوديوم (NaOH) الناتج من إذابة 10 جم هيدروكسيد صوديوم صلب فى 250 ملليمتر من الماء .
( Na = 23 , H= 1 , O = 16 )
كتلة مول من NaOH = 1×23 + 1×16 +1× 1= 40 جم
التركيز = الكتلة المذابة / الكتلة الجزيئية × الحجم باللتر = 10 / 40 × 0.25 =
10 ×100 /40 ×25= 1000 / 1000= 1مول /لتر
====================================================
2-احسب كتلة هيدروكسيد البوتاسيوم KOH ) ) اللازمة لتحضير 500 ملليمتر من محلول 2مول / لتر . ( K = 39 , H= 1 , O = 16 )
كتلة مول من KOH = 1×39 +1×16 +1×1=56 جم
الكتلة المذابة = الكتلة الجزيئية × الحجم باللتر × التركيز
=56 ×0.5 × 2= 56 جم
احسب التركيز بالمول /لتر لمحلول حمض الكبرتيك يحتوى على 250 ملليلتر من على 12.25 جم
H=1 , O=16 ,S=32
كتلة مول من حمض الكبرتيك = 2×1+ 1×32 + 4×16 = 98 جم
التركيز = الكتلة المذابة / الكتلة الجزيئية × الحجم باللتر
=12.25 / 98 ×0.25 = 0.5 مول /لتر
التحليل الكيميائى
مقدمة :-سبق وأن ناقشنا بعض الطرق التى تستخدم فى تميز المواد والتعرف عليها مثل نوع الروابط وشكل المركبات ودرجة ثباتها وتقدير درجات انصهارها ودرجات تجمدها وذوبانيتها ونوعية تفاعلاتها ونواتج هذه التفاعلات من رواسب أو ألوان يمكن استخدامها فى التعرف على هذه المواد . وتعرف هذه الفحوصات بالتحليل الكيفى حيث يتم التعرف على مكونات المادة .
*التحليل الكيفى :-
هو التعرف على مكونات المادة .
*التحليل الكمى هو :-
تقدير تركيز أو كمية هذه المكونات فى العينة فإتها.
*الكيمياء التحليلية
العلم الذى يتناول الطرق والأجهزة التى تستخدم فى التعرف على المواد وتقدير كماياتها
وهذه التحاليل تعطى معلومات للغاية . وعلى سبيل المثال يمكن معرفة
1-تركيب التربة والصخور لتحديد صلاحياتها للزراعة ومحتوى المياه والأغذية من الملوثات البيئية الضارة
2-كمية غازات أول أكسيد الكربون وثانى أكسيد الكبريت وأكاسيد النيتروجين فى الجو 3-كمية المكونات الفعالة فى الدواء وتركيز السكر فى الدم البول
4-معرفة تركيز العديد من مكونات المنتجات الصناعية لتحديد صلاحيتها للإستخدام ويعبر عادة عن التركيز بطرق عديدة منها :
1. النسبة المئوية (%) الوزنية : محلول هيدروكسيد الصوديوم المائى 5% يعنى أن كل 100 جرام من الماء تحتوى 5 جرامات من هيدروكسيد الصوديوم
2. المولارية ( مول/لتر ) : محلول حمض الهيدروليك (0.10 مولارى )يعنى أن كل لتر من المحلول يحتوى على 0.1 مول أو 3.65 جرام من الحمض .
3. جزء فى المليون p.p.m : خليط من كربونات الصوديوم يحتوى على 5 جزء فى المليون من كربونات الصوديوم يعنى ذلك أن كل 1.000.000 جزء من المخلوط يحتوى على 5 جزء من كربونات الصوديوم وحيث أن الكيلو جرام يحتوى على مليون ملليجرام فإن هذه المخلوط يحتوى الكيلو جرام من على 5 ملليجرامات كربونات صوديوم .
ملحوظة
(1 كجم = 1000 جرام = 1.000.000 ملليجرام )
( 1 لتر = 1000 ملليمتر )
وتنقسم طرق التحاليل الكمية إلى :
( 1 ) تحليل حجمى
( 2 ) تحليل وزنى
( 3 ) تحليل بإستخدام الأجهزة
أولا : التحليل الحجمى : Volumetric Anallysi
تعتمد هذه الطريقة على على قياس حجوم المواد المراد تقديرها وفى هذا النوع من التحاليل فإن حجما معلوما من المادة المراد تحديد تركيزها يضاف إليه محلول من مادة معلومة التركيز حتى يتم التفاعل الكامل بين المادتين . ويعرف المحلول معلوم التركيز بالمحلول القياسى . وتعرف هذه العملية التى يضاف التى يتم فيه إضافة حجوم معلومة من مادة معلومة التركيز إلى مادة أخرى مجهولة التركيز بالمعايرة ( Titration ) .
-و لاختبار المحلول القياسي يجب معرفة التفاعل المناسب الذى بين محلولي المادتين . هذه التفاعلات قد تكون :
1. تفاعلات تعادل وتستخدم فى تقدير الأحماض والقواعد .
2. تفاعلات أكسدة وإختزال وتستخدم فى تقدير المواد المؤكسدة والمختزلة .
3. تفاعلات الترسيب وتستخدم فى تقدير المواد التى يمكن أن تعطى نواتج شحيحة الذوبان فى الماء .
فإذا كانت المادة المراد تقديرها حامضا يستخدم فى المعايرة محلول قياسي من قلوي أو قاعدة ( هيدروكسيد صوديوم أو كربونات صوديوم ) وإذا كانت المادة المراد تقديرها ذات خصائص قاعدية يستخدم محلول قياسي معلوم التركيز من الحمض لمعايرتها وهكذا .
المحلول القياسي .
المحلول معلوم التركيز
عملية المعايرة ( Titration ) .
يتم فيها إضافة حجوم معلومة من مادة معلومة التركيز إلى مادة أخرى مجهولة التركيز
الدلائل الكشافة
تستخدم للتعرف على النقطة التى عندها يتم التفاعل End Point تستخدم Indicators يتغير لونها بتغيير وسط التفاعل .
*الأدلة المستخدمة فى تفاعلات التعادل :
الدليـــــل اللون فى الوسط الحامضى اللون فى الوسط القاعدى
-الميثيل البرتقالى
-الفينوفثالين
-عباد الشمس
-أزرق بروموثيمول أحمر
عديم اللون
أحمر
أصفر برتقالى
أحمر
أزرق
أزرق
علل لا يستخدم الفينول فيثالين فى الكشف عن الأحماض
لأنة يكون عديم اللون فى الوسط الحمض
تدريب :-
ويمكن إيضاح ذلك فى تقدير محلول من هيدروكسيد الصوديوم مجهول التركيز بالمعايرة مع محلول قياسى معلوم التركيز (0.1 مولارى ) من حمض الهيدروكلوريك حيث ينقل حجم معلوم ( 25 ملليمتراً ) من محلول القلوى إلى دورق مخروطى بإستخدام ماصة ويضاف إليه قطرتين من محلول دليل مناسب ( ميثيل برتقالى أ فينولفثالين ) وتملئ السحاحة بالمحلول القياسى من حمض الهيدروكلوريك . يضاف محلول الحمض بالتدريج إلى المحلول ثم نجرى الحسابات الاتية :-
M1 V1 = M2 V2
Ma Mb
حيث :-
M1 = تركيز الحمض المستخدم ( مول / لتر )
V1 = حجم الحمض المستخدم فى المعايرة
Ma=عدد المولات من الحمض فى معادلة التفاعل
M2= تركيز القلوي المستخدم (مول/ لتر )
V2 = حجم القلوي المستخدم فى المعايرة ( ملليلتر )
Mb =عدد المولات من القلوى فى معادلة التفاعل
ملاحظات :-
1- عندما يتساوى عدد مولات الحمض مع عدد مولات القاعدة يكون
تركيز الحمض مول /لتر × حجم الحمض باللتر = تركيز القاعدة مول /لتر × حجم القاعد باللتر
1- عندما لا يتساوى عدد مولات الحمض مع عدد مولات القاعدة يكون
تركيز الحمض مول /لتر × حجم الحمض باللتر = تركيز القاعدة مول /لتر × حجم القاعد باللتر
1 2

أمثلة محلولة
1-مخلوط من مادة صلبة يحتوى على هيدروكسيد الصوديوم وكلوريد صوديوم لزم لمعايرة 0.1 جرام منه حتى تمام التفاعل 10 ملليلتر من 0.1 مولارى حمض هيدروكلوريك . احسب نسبة هيدروكسيد الصوديوم فى المخلوط .
تركيز حمض الهيدروكلوريك المستخدم = 10 × 0.1 /1000 = 0.001 مول
والمعروف ان 1 مول من هيدروكسيد الصوديوم يتفاعل مع 1 مول من حمض الهيدروكلوريك وبذلك فإن :
تركيز هيدروكسيد الصوديوم = 0.001 مول / لتر
1 مول من هيدروكسيد الصوديوم = 40 جرام
كتلة هيدروكسيد الصوديوم فى المخلوط = 40  0.001 = 0.04 جرام
نسبة هيدروكسيد الصوديوم فى المخلوط =0.04 / 0.1  100= 40 %
=====================================================
2-تعادل 20 مل من محلول حمض الكبريتيك تركيزة 0.2 مولارى مع 40 مل من محلول هيدروكسيد البوتاسيوم اوجد تركيز محلول هيدروكسيد البوتاسيوم
H2SO4 +2KOH → K2SO4 + 2H2O
2مول 1مول 2مول 1مول
من خلال المعادلة يتضح ان عدد مولات القاعدة ضعف عدد مولات الحمض
بذلك يتم قسمة عدد مولات القاعدة على 2
تركيز الحمض مول /لتر × حجم الحمض باللتر = تركيز القاعدة مول /لتر × حجم القاعد باللتر
1 (عدد مولات الحمض ) 2(عدد مولات القاعدة )
0.020 ×0.2 = 0.40 × مولارية القاعدة
1 2
تركيز محلول القلوى بالمول/لتر(المولارية )= 0.020 ×0.2 ×2/ 0.04= 0.2 مولارى
=======================================================
مثال احسب تركيز محلول حمض النتريك الذى تعادل مع 30 مل منة مع 10 مل من محلول هيدروكسيد الماغنسيوم تركيزة 0.3 مولارى
Mg(OH)2 + 2HNO3 →Mg(NO3)2 + 2H2O
2مول مول 2مول مول
M1 V1 = M2 V2
Ma Mb
30 ×M1 = 10 ×0.3
2 1
مولارية حمض النتريك M1 = 2×10 ×0.3 / 30 = 0.2 مولارى
=====================================================
3- تفاعل 150 مل من محلول هيدروكسيد الصوديوم يحتوى اللتر منة على 28 جم مع 75 مل من حمض الهيدروكلوريك احسب تركيز محلول الحمض بالمول 0لتر (مولاريتة )Na=23 , H=1,O=16
HCl + NaOH → NaCl + H2O
1مول مول 1مول مول
كتلة مول من هيدروكسيد الصوديوم NaOH = 1×23 + 1×16 + 1×1 = 40 جم
تركيز محلول هيدروكسيد الصوديوم = ك المذابة / ك الجزيئية × الحجم باللتر
28 /40 × 1 = 28 /40 = 0.7 مولارى
القلوى M1 V1 = M2 V2 الحمض
Ma Mb
75 ×M1 = 150 ×0.7
1 1
مولارية الحمض M1= 150 × 0.7 / 75 =1.4 مولارى
=====================================================

4-أجريت معايرة 20 ملليلترا من محلول هيدروكسيد الكالسيوم Ca(OH)2 بإستخدام حمض هيدروكلوريك 0.05 مولارى وعند تمام التفاعل إستهلك 25 ملليلترا من الحمض . إحسب تركيز هيدروكسيد الكالسيوم ( مول / لتر ) .
2HCl + Ca(OH)2→ CaCl2 +H2O
M1 V1 = M2 V2
Ma Mb
20 × M2 = 0.25 × 0.5
1 2
تركيز هيدروكسيد الكالسيوم M2 = 25× 0.5 ×1 /20 ×2 = 0.0312 مول/ لتر
=====================================================
5-خليط من كربونات الصوديوم وكلوريد الصوديوم كتلتة 5 جم تعادل مع 40 مل من حمض الهيدروكلوريك تركيزة 2 مولر Na=23 ,Cl=35.5 ,C=12, O=16 ,H=1
1-اوجد النسبة المئوية لكربونات الصوديوم فى الخليط
2-حجم غاز ثانى اكسيد الكربون الناتج فى الظروف القياسية
3-عدد جزيئات غاز ثانى اكسيد الكربون الناتج من التفاعل
يتفاعل حمض الهيدروكلوريك مع كربونات الصوديوم فى الخليط ولايتفاعل مع كلوريد الصوديوم طبقا للمعادلة 2HCl + Na2CO3 → 2NaCl + CO2 + H2O
مول مول 2مول مول 2مول
الكتلة الجزيئية لحمض الهيدروكلوريك HCl = 1×1 + 35.5 ×1 = 36.5 جم
عدد مولات حمض الهيدروكلوريك=التركيز×الحجم باللتر = 2 × 0.04 = 0.8 مول
عدد مولات كربونات الصوديوم=نصف عدد مولات الحمض = 0.08 / 2= 0.04 مول
الكتلة الجزيئية لكربونات الصوديوم Na2CO3 =2×23+1×12+ 3×16 = 106 جم
كتلة كربونات الصوديوم الموجودة فى 0.04 مول = 0.04 ×106= 4.24 جم
النسبة المئوية لكربونات الصوديوم = 4.24 ×100% /5 = 84.8 %
ايجاد حجم وعدد ذرات ثانى اكسيد الكربون
الكتلة الجزيئية لـ = CO21×12+2×61= 44جم
1مول من كربونات صوديوم يعطى 1مول ثانى اكسيد كربون
0.04 مول كربونات صوديوم س
س= 0.04 ×1 /1 = 0.04 مول
ايجاد حجم ثانى اكسيد الكربون
1مول 22.4
0.04 س
س= 0.04 ×22.4 /1=0.896 لترا
1مول من ثانى اكسيد الكربون يحتوىعلىعدد من الجزيئات=6.02 × 10 23
0.04 مول ص
ص= 0.04 × 6.02 × 10 23 /1 = 0.2486 × 10 23 جزىء
=====================================================

» الدرس الاول ... المحاليل
» الدرس الثالث ... القانون الثالث لنيوتن
» الدرس الثالث ... الفيروسات
» الدرس الثالث ... القواعد
» الدرس الثالث التهجين