- ما هو تحليل الجاذبية؟
- - أنواع الجاذبية
- مباشرة
- غير مباشر
- -ترسب
- الميزات الأساسية
- عالية النقاء
- التكوين المعروف
- المزيد
- كتلة جزيئية عالية
- ذوبان منخفض
- جزيئات كبيرة
- طرق قياس الجاذبية
- ترسب
- قياس الجاذبية الكهربائية
- التطاير
- ميكانيكي أو بسيط
- قياس الثقل الحراري
- التطبيقات
- مثال التحليل
- الفوسفات
- رصاص
- الكالسيوم
- نيكل
- المراجع
يعد قياس الجاذبية فرعًا رئيسيًا من فروع الكيمياء التحليلية ويتألف من عدد من التقنيات التي يعتبر قياس الكتلة حجر أساسها المشترك. يمكن قياس الكتل بطرق لا حصر لها: بشكل مباشر أو غير مباشر. لتحقيق مثل هذه القياسات الأساسية الموازين ؛ قياس الجاذبية مرادف للكتلة والمقاييس.
بغض النظر عن المسار أو الإجراء المختار للحصول على الكتل ، يجب أن تلقي الإشارات أو النتائج الضوء دائمًا على تركيز المادة التحليلية أو الأنواع محل الاهتمام ؛ وإلا فإن قياس الجاذبية لن يكون له قيمة تحليلية. سيكون هذا بمثابة التأكيد على أن الفريق يعمل بدون كاشف ولا يزال موثوقًا به.
مقياس قديم يزن بعض التفاح. المصدر: Pxhere.
تُظهر الصورة أعلاه مقياسًا قديمًا مع بعض التفاح على صفيحة مقعرة.
إذا تم تحديد كتلة التفاح بهذا المقياس ، فسنحصل على قيمة إجمالية تتناسب مع عدد التفاحات. الآن ، إذا تم وزن كل منها على حدة ، فستتوافق كل قيمة كتلة مع إجمالي جزيئات كل تفاحة ؛ البروتينات والدهون والسكر والماء ومحتوى الرماد وما إلى ذلك.
في الوقت الحالي ، لا توجد أي تلميحات لنهج الجاذبية. لكن لنفترض أن التوازن يمكن أن يكون محددًا وانتقائيًا للغاية ، مع إهمال المكونات الأخرى للتفاح بينما يوازن فقط المكون الذي يهم.
بضبط هذا التوازن المثالي ، يمكن أن يحدد وزن التفاحة بشكل مباشر مقدار كتلة التفاح التي تتوافق مع نوع معين من البروتين أو الدهون ؛ مقدار الماء الذي يخزنه ، وكم تزن كل ذرات الكربون ، إلخ. وبهذه الطريقة ، سيتم تحديد التركيب الغذائي للتفاح عن طريق الجاذبية.
لسوء الحظ ، لا يوجد مقياس (على الأقل اليوم) يمكنه القيام بذلك. ومع ذلك ، هناك تقنيات محددة تسمح بفصل مكونات التفاح ماديًا أو كيميائيًا ؛ ثم ، وأخيرًا ، قم بوزنهم بشكل منفصل وبناء التكوين.
ما هو تحليل الجاذبية؟
وصف مثال التفاح ، عندما يتم تحديد تركيز المادة التحليلية عن طريق قياس كتلة نتحدث عن تحليل الجاذبية. هذا التحليل كمي ، لأنه يجيب على السؤال "كم هناك؟" فيما يتعلق بالتحليل ؛ لكنه لا يجيب عليها بقياس الأحجام أو الإشعاع أو الحرارة بل بالكتل.
في الحياة الواقعية ، العينات ليست مجرد تفاح ولكن عمليًا أي نوع من المواد: غاز أو سائل أو صلب. ومع ذلك ، مهما كانت الحالة الفيزيائية لهذه العينات ، يجب أن يكون من الممكن استخراج كتلة أو فرق منها يمكن قياسه ؛ والتي تتناسب طرديا مع تركيز المادة التحليلية.
عندما يقال "لاستخراج كتلة" من عينة ، فهذا يعني الحصول على راسب ، والذي يتكون من مركب يحتوي على المادة التحليلية ، أي نفسها.
بالعودة إلى التفاح ، لقياس مكوناتها وجزيئاتها بطريقة الجاذبية ، من الضروري الحصول على راسب لكل منها ؛ راسب للماء وآخر للبروتينات ، إلخ.
بمجرد وزن كل شيء (بعد سلسلة من التقنيات التحليلية والتجريبية) ، سيتم الوصول إلى نفس النتيجة مثل تلك الخاصة بالميزان المثالي.
- أنواع الجاذبية
يوجد في التحليل الوزني طريقتان رئيسيتان لتحديد تركيز المادة التحليلية: بشكل مباشر أو غير مباشر. هذا التصنيف عالمي ، ومنه يتم استنباط طرق وتقنيات محددة لا نهاية لها لكل تحليل في عينات معينة.
مباشرة
تحليل الجاذبية المباشرة هو التحليل الذي يتم فيه قياس كمية المادة التحليلية عن طريق قياس بسيط للكتلة. على سبيل المثال ، إذا كنت تزن راسبًا للمركب AB ، وتعرف الكتل الذرية لـ A و B والكتلة الجزيئية لـ AB ، فيمكنك حساب كتلة A أو B بشكل منفصل.
جميع التحليلات التي تنتج رواسب يتم حساب كتلة المادة التحليلية من كتلتها هي قياس الجاذبية المباشر. يعد فصل مكونات التفاح إلى رواسب مختلفة مثالًا آخر على هذا النوع من التحليل.
غير مباشر
في تحليلات الجاذبية غير المباشرة ، يتم تحديد فروق الكتلة. هنا يتم إجراء عملية طرح ، والتي تحدد كمية الحليلة.
على سبيل المثال ، إذا تم وزن التفاحة الموجودة على الميزان أولاً ، ثم تم تسخينها حتى تجف (ولكن بدون احتراق) ، فسوف يتبخر كل الماء ؛ أي أن التفاحة ستفقد كل محتواها الرطوبي. يتم وزن التفاح المجفف مرة أخرى ، ويكون الفرق في الكتلة مساويًا لكتلة الماء ؛ لذلك ، تم قياس كمية الماء بطريقة الجاذبية.
إذا كان التحليل واضحًا ومباشرًا ، فسيتعين وضع طريقة افتراضية يمكن بواسطتها طرح كل الماء من التفاحة وبلورته على مقياس منفصل للوزن. من الواضح أن الطريقة غير المباشرة هي الأسهل والأكثر عملية.
-ترسب
قد يبدو الحصول على راسب بسيطًا في البداية ، ولكنه يتضمن حقًا شروطًا وعمليات معينة واستخدام عوامل إخفاء وعوامل ترسيب ، وما إلى ذلك ، حتى تتمكن من فصلها عن العينة وأنها في حالة ممتازة لوزنها.
الميزات الأساسية
يجب أن يفي الراسب بسلسلة من الخصائص. بعض هؤلاء هم:
عالية النقاء
إذا لم تكن نقية بدرجة كافية ، فسيتم افتراض أن كتل الشوائب جزء من كتل الحليلة. لذلك ، يجب تنقية الرواسب ، إما عن طريق الغسل ، أو إعادة التبلور ، أو بأي تقنية أخرى.
التكوين المعروف
لنفترض أن الراسب يمكن أن يخضع للتحلل التالي:
OLS 3 (s) => MO (s) + CO 2 (g)
يحدث أنه من غير المعروف مقدار MCO 3 (الكربونات المعدنية) الذي تحلل إلى أكسيد كل منها. لذلك ، فإن تركيبة المادة المترسبة غير معروفة ، حيث يمكن أن تكون مزيجًا من MCO 3 · MO ، أو MCO 3 · 3MO ، إلخ. لحل هذه المشكلة ، من الضروري ضمان التحلل الكامل لـ MCO 3 إلى MO ، بوزن MO فقط.
المزيد
إذا تحلل الراسب بواسطة الأشعة فوق البنفسجية أو الحرارة أو عن طريق ملامسة الهواء ، فإن تركيبته لم تعد معروفة ؛ ومرة أخرى قبل الوضع السابق.
كتلة جزيئية عالية
كلما زادت الكتلة الجزيئية للمادة المترسبة ، كلما كان وزنها أسهل ، حيث ستكون هناك حاجة إلى كميات أصغر لتسجيل قراءة التوازن.
ذوبان منخفض
يجب أن يكون الراسب غير قابل للذوبان بدرجة كافية ليتم تصفيته دون حدوث مضاعفات كبيرة.
جزيئات كبيرة
على الرغم من أنه ليس ضروريًا تمامًا ، يجب أن يكون الراسب بلوريًا قدر الإمكان ؛ أي أن حجم جسيماتها يجب أن يكون كبيرًا قدر الإمكان. كلما كانت جزيئاته أصغر ، أصبحت أكثر هلامية وغروانية ، وبالتالي يتطلب معالجة أكبر: التجفيف (إزالة المذيب) والتكلس (جعل كتلته ثابتة).
طرق قياس الجاذبية
يوجد داخل قياس الجاذبية أربع طرق عامة مذكورة أدناه.
ترسب
تم ذكرها بالفعل في جميع الأقسام الفرعية ، وهي تتكون من التعجيل الكمي للتحليل من أجل تحديده. يتم معالجة العينة فيزيائيًا وكيميائيًا بحيث تكون المادة المترسبة نقية ومناسبة قدر الإمكان.
قياس الجاذبية الكهربائية
في هذه الطريقة ، يترسب الراسب على سطح قطب كهربائي يمر من خلاله تيار كهربائي داخل خلية كهروكيميائية.
تستخدم هذه الطريقة على نطاق واسع في تحديد المعادن ، حيث يتم ترسيب أملاحها أو أكاسيدها ، وبشكل غير مباشر ، يتم حساب كتلها. يتم وزن الأقطاب الكهربائية أولاً قبل ملامستها للمحلول الذي تذوب فيه العينة ؛ ثم يتم إعادة وزنها بمجرد ترسيب المعدن على سطحه.
التطاير
في طرق التطاير الجاذبية ، يتم تحديد كتل الغازات. تنشأ هذه الغازات من التحلل أو التفاعل الكيميائي الذي تخضع له العينة ، والذي يرتبط ارتباطًا مباشرًا بالتحليل.
نظرًا لأنها غازات ، فمن الضروري استخدام مصيدة لتجميعها. يتم وزن المصيدة ، مثل الأقطاب الكهربائية ، قبل وبعد ، وبالتالي يتم حساب كتلة الغازات المجمعة بشكل غير مباشر.
ميكانيكي أو بسيط
طريقة الجاذبية هذه فيزيائية في الأساس: فهي تعتمد على تقنيات فصل الخليط.
من خلال استخدام المرشحات أو المناخل أو الغرابيل ، يتم جمع المواد الصلبة من الطور السائل ، ويتم وزنها مباشرة لتحديد تركيبتها الصلبة ؛ على سبيل المثال ، النسبة المئوية للطين والنفايات البرازية والبلاستيك والرمل والحشرات وما إلى ذلك ، في مجرى مائي.
قياس الثقل الحراري
تتكون هذه الطريقة ، على عكس الطرق الأخرى ، في توصيف الاستقرار الحراري لمادة أو مادة من خلال تغيرات كتلتها كدالة لدرجة الحرارة. يمكن عمليًا وزن العينة الساخنة باستخدام ميزان حرارة ، ويتم تسجيل فقد كتلتها مع زيادة درجة الحرارة.
التطبيقات
بشكل عام ، يتم تقديم بعض استخدامات قياس الجاذبية ، بغض النظر عن الطريقة والتحليل:
- يفصل بين مكونات العينة المختلفة ، القابلة للذوبان وغير القابلة للذوبان.
-إجراء تحليل كمي في وقت أقصر عندما لا تكون هناك حاجة لبناء منحنى معايرة ؛ يتم تحديد الكتلة ويُعرف على الفور مقدار المادة التحليلية في العينة.
- لا يقوم فقط بفصل الحليلة ، بل ينقيها أيضًا.
- تحديد نسبة رطوبة الرماد والمواد الصلبة. وبالمثل ، من خلال تحليل الجاذبية ، يمكن تحديد درجة نقائها (طالما أن كتلة المواد الملوثة لا تقل عن 1 مجم).
-يتيح توصيف المادة الصلبة عن طريق الرسم الحراري
- عادة ما يكون التعامل مع المواد الصلبة والرواسب أبسط من التعامل مع الأحجام ، لذلك فإنه يسهل بعض التحليلات الكمية.
- في المعامل التدريسية يستخدم في تقويم أداء الطلاب في تقنيات التكليس والوزن واستخدام البوتقات.
مثال التحليل
الفوسفات
يمكن تحديد عينة مذابة في وسط مائي لمادة فوسفاتها ، PO 3 3- ، من خلال التفاعل التالي:
2HgCl 2 (aq) + PO 3 3- (aq) + 3H 2 O (l) ⇌ Hg 2 Cl 2 (s) + 2H 3 O + (aq) + 2Cl - (aq) + 2PO 4 3- (aq)
لاحظ أن Hg 2 Cl 2 يترسب. إذا تم وزن Hg 2 Cl 2 وتم حساب مولاته ، فيمكن حسابه باتباع قياس العناصر المتفاعلة للتفاعل كم كانت PO 3 3 في الأصل. يضاف فائض من HgCl 2 إلى المحلول المائي للعينة للتأكد من أن كل PO 3 3 يتفاعل لتشكيل الراسب.
رصاص
على سبيل المثال ، إذا تم هضم معدن يحتوي على الرصاص في وسط حمضي ، يمكن لأيونات Pb 2+ أن تترسب على شكل PbO 2 على قطب بلاتيني باستخدام تقنية قياس الجاذبية الكهربي. رد الفعل هو:
Pb 2+ (aq) + 4H 2 O (l) ⇌ PbO 2 (s) + H 2 (g) + 2H 3 O + (aq)
يتم وزن قطب البلاتين قبل وبعد ، وبالتالي يتم تحديد كتلة PbO 2 ، والتي يتم من خلالها حساب كتلة الرصاص باستخدام عامل الجاذبية.
الكالسيوم
يمكن ترسيب الكالسيوم في العينة بإضافة حمض الأكساليك والأمونيا إلى محلولها المائي. وبهذه الطريقة يتم إنشاء أنيون الأكسالات ببطء وينتج راسبًا أفضل. ردود الفعل هي:
2NH 3 (aq) + H 2 C 2 O 4 (aq) → 2NH 4 + (aq) + C 2 O 4 2- (aq)
Ca 2+ (aq) + C 2 O 4 2- (aq) → CaC 2 O 4 (s)
لكن أكسالات الكالسيوم تُكلس لإنتاج أكسيد الكالسيوم ، وهو راسب بتركيبة أكثر تحديدًا:
CaC 2 O 4 (s) → CaO (s) + CO (g) + CO 2 (g)
نيكل
وأخيرًا ، يمكن تحديد تركيز النيكل في العينة بطريقة الجاذبية باستخدام ثنائي ميثيل الجليوكسيم (DMG): عامل ترسيب عضوي ، حيث يشكل مخلّبًا يترسب وله لون أحمر مميز. يتم إنشاء DMG في الموقع:
CH 3 COCOCH 3 (aq) + 2NH 2 OH (aq) → DMG (aq) + 2H 2 O (l)
2DMG (aq) + Ni 2+ (aq) → Ni (DMG) 2 (s) + 2H +
يتم وزن Ni (DMG) 2 ويحدد حساب القياس المتكافئ كمية النيكل التي تحتويها العينة.
المراجع
- داي ، ر. ، أندروود ، أ. (1989). الكيمياء التحليلية الكمية (الطبعة الخامسة). بيرسون برنتيس هول.
- ^ هارفي د. (23 أبريل 2019). نظرة عامة على الطرق الجاذبية. الكيمياء LibreTexts. تم الاسترجاع من: chem.libretexts.org
- الفصل الثاني عشر: طرق التحليل الوزنية.. تم الاسترجاع من: web.iyte.edu.tr
- كلود يودر. (2019). تحليل الوزن النوعي. تم الاسترجاع من: wiredchemist.com
- تحليل الوزن النوعي. تم الاسترجاع من: chem.tamu.edu
- هيلمنستين ، آن ماري ، دكتوراه. (19 فبراير 2019). تعريف التحليل الوزني. تم الاسترجاع من: thinkco.com
- سيتي مزنة كبيب. (سادس). الكيمياء التحليلية: التحليل الوزني. [بي دي إف. تم الاسترجاع من: ocw.ump.edu.my
- سينغ ن. (2012). طريقة قياس جاذبية جديدة متينة ودقيقة ودقيقة لتقدير الذهب: بديل لطريقة فحص النار. SpringerPlus، 1، 14. doi: 10.1186 / 2193-1801-1-14.