البـــــوابـــة
التحليل باستخدام الناقلية الكهربائية
معايرات (حمض ـ أساس )
مقدمة :
تستخدم تقنية التحليل باستخدام الناقلية الكهربائية في المعايرات التالية :
1- معايرات حمض – أساس.
2- معايرات الترسيب.
3- معايرات الأكسدة والإرجاع.
4- معايرات تشكيل المعقدات.
فعندما يشكل محلول ما جزءا من الخلية الكهركيميائية فإن كمون هذه الخلية و التيار المار خلالها ومقاومته تعتمد على التركيب الكيميائي لهذا المحلول. أي أنه يمكن الحصول على بعض المعلومات الكمية والكيفية للمحلول عن طريق خاصة كهربائية واحدة أو أكثر تحت ظروف خاصة.
وتتضمن طرق التحليل الكهربائي بشكل عام قسمين رئيسين :
a. طرق التحليل باستخدام السلسلة العيارية :
حيث تقاس الخاصة الكهربائية لمحلول العينة المجهولة التركيز ولمحاليل قياسية معلومة التركيز لنفس مادة العينة و بمقارنتها يمكن معرفة المحلول المجهول.
b. طرق المعايرة :
حيث نتابع تغيرات خاصة كهربائية أثناء المعايرة ثم نحدد نقطة التكافؤ و عندها نحسب التركيز المجهول .
الموجز النظري :
تعتبر ناقلية محلول ( Conductivity ) L والتي تساوي مقلوب مقاومته R \ 1 = L مقياسها لمقدرة هذا المحلول على تمرير التيار الكهربائي ( تمرير الأيونات ).
فمن المعروف أن الايونات الموجبة و السالبة تتحرك في المحلول بين المصعد والمهبط , ينتج عن هذه العملية مرور تيار من الايونات خلال المحلول ونقول أن مثل هذا المحلول ناقل كهربائيا.
تتعلق ناقلية المحلول بالعوامل التالية :
1- تركيز الايونات المشكلة للمحلول :
حيث بزيادة التركيز تزداد الناقلية خطيا ضمن مجال معين يختلف باختلاف الايونات المكونة للمحلول.
2- حركية الايونات ضمن المحلول:
والتي بدورها تعتمد على عوامل منها :
.a نوع المذيب من حيث لزوجته ودرجة حرارته , فبزيادة لزوجة المذيب تقل حركية الايونات برفع درجة الحرارة تزداد حركية الايونات .
.b الجهد المطبق بين المصعد والمهبط في خلية مقياس الناقلية : فبزيادته تزداد الحركية بسبب ازدياد التجاذب الكهربائي بين الايونات من جهة والمصعد والمهبط من جهة أخرى .
. c حجم الايون الذي كلما كبر كلما قلت حركيته .
في تجربتنا : المذيب واحد وهو الماء المقطر والكمون المطبق في الخلية ثابت .
إذا إن شحنة الأيون وحجمه وتركيزه هي المؤثرة على ناقلية المحلول في تجربتنا ولا يكفي معرفة احدها لتحديد ناقلية المحلول , فلا يكفي القول أن ( Cd +2 ) أكثر ناقلية من ( H + ) لأن شحنته اكبر بل يجب أن نأخذ بعين الاعتبار حجم كلا من ( Cd +2 ) و ( H + ) وندرج فيما يلي ناقلية بعض الشوارد بحالة المحاليل الممددة .
350
H +
198
OH -
80
K +
76.3
Cl -
59.5
Ca +2
50
Na +
40.9
CH 3COOH -
لماذا ناقلية شوارد الهيدروجين أكبر من ناقلية باقي الشوارد ؟
لأن البروتون يتحرك وفق الآلية التتابعية محمولا على جزيئات المذيب (الماء).
وينفرد البروتون بهذه الميزة عن بقة الشوارد وبالتالي تكون حركيته أكبر من حركية باقي الشوارد .
وصف جهاز الناقلية المستخدم في التجربة :
يتكون جهاز الناقلية بشكل رئيسي من جسر ويتستون حيث تملأ خلية العينة التي تحتوي على قطبين من الغرافيت ( أو البلاتين ) { كل منهما ذو مساحة كبيرة نسبيا } بمحلول العينة وتثبت قيمة المقاومة ( B ) عند قيمة معينة , أما المقاومتين ( D , C ) فيمكن التحكم بهما وتغيرهما للحصول على نقطة التوازن والتي تكون عندها قيمة التيار معدومة وعند هذه النقطة نحسب مقاومة خلية العينة :
D / C = B / R
ثم نحسب ناقلية المحلول .
تنجز هذه ضمن مقياس الناقلية لتظهر قيمة الناقلية مباشرة على شكل رقمي مقدرة بمايكرو سيمينس s µ أو سيمينس ms .
إن التحليل بقياس الناقلية غير انتقائي لأن ناقلية محلول تساوي مجموع ناقلية أيوناته:
........... L= L 1+ L 2+ L 3+
إلا أن هذه الطريقة أسرع من الطرق الكيماوية.
آلية العمل على جهاز الناقلية الكهربائية :
1 نغسل خلية الجهاز ( مسرة الناقلية ) بالماء المقطر وذلك إما بغمسه في بيشر يحوي على الماء المقطر وتدوير المسرى باليد أو بإضافة الماء المقطر بواسطة العبوة ذات النهاية المؤنفة ضمن ثقوب المسرى.
2 نضع المحلول المراد قياس ناقليته سواء ( بطريقة سلسلة عيارية أو بطريقة المعايرة ) في بيشر زجاجي نظيف وجاف ثم نحركه بالمحرك المغناطيسي.
3 نوقف التحريك ونغمس الخلية ضمن المحلول إلى مستوى الثقوب .
4 نضغط على زر تشغيل الجهاز ستظهر قيمة الناقلية مباشرة بإحدى أجزاء السيمينس ثم نسجل القيمة عند ظهور كلمة ( READY ).
5 نطفئ الجهاز ثم نرفع الخلية من المحلول.
6 بحالة المعايرة نقوم بإضافة الكمية اللازمة من المحلول المعاير به إلى البيشر ثم نحرك بالخلاط المغناطيسي ونكرر الإجراءات السابقة.
7 بحالة السلسلة العيارية نغسل المسرى جيدا ثم نغير المحلول ونكرر الإجراءات السابقة.
**********************
******************
**************
مـــــعــــــأيـــــرات (حـــــمـــــض ـ أســـــاس )
العمل المخبري :
1 - معايرة حمض قوي HCl بأساس قوي NaOH .
2 - معايرة حمض ضعيف CH 3OOH بأساس قوي NaOH .
3 - معايرة مزيج حمضي من ( CH 3COOH – HCl ) بأساس قوي NaOH .
4 - دراسة العلاقة والتركيز من خلال تحضير سلسلة عيارية من KCl ثم معايرتها بأساس قوي Na OH .
1- معايرة حمض قوي من HCl بأساس قوي NaOH :
حجم محلول الحمض 100 m1 والمطلوب حساب التركيز الفعلي للأساس.
نحضر الحمض المطلوب من الحمض ذي التركيز ( ( 0.1 N عن طريق قانون التمديد:
N 1 . V 1 = N 2 . V 2
A. معايرة HCl ( 0.01 N ) بواسطة محلول من ( NaOH ( 0.1N .
بعد المعايرة نتج الجدول التالي بين الحجم المضاف من الأساس مع الناقلية:
HCl ( 0.01 N )
الناقلية (ms)
حجم NaOH
4.62
0
4.17
2
3.42
4
2.70
6
1.99
8
1231x 10 -3
10
1531x 10 -3
12
1949 x10 -3
14
2.54
16
2.96
18
3.38
20
من الشكل نجد أن نقطة التكافؤ كانت عند إضافة ( 10 ml ) من الأساس و من قانون المعايرة نحسب تركيز الأساس:
N HCl . V HCl = N NaOH . V NaOH
N NaOH = N HCl . V HCl / V NaOH
N NaOH = 0.1 N
B. معايرة HCl ( 0.005 N ) بواسطة محلول من ( NaOH ( 0.1N :
بعد المعايرة نتج الجدول التالي بين الحجم المضاف من الأساس مع الناقلية:
HCl ( 0.005 N )
الناقلي ة( ms )
حجم NaOH
1892 x 10 -3
0
X 10 -3 1625
1
1343 x 10 -3
2
1053 x 10 -3
3
773 x 10 -3
4
530 x 10 -3
5
706 x 10 -3
6
1087 x 10 -3
8
1452 x 10 -3
10
1785 x 10 -3
12
2.29
14
2.65
16
من الشكل نجد أن نقطة التكافؤ كانت عند إضافة ( 5 ml ) من الأساس و من قانون المعايرة نحسب تركيز الأساس:
N HCl . V HCl = N NaOH . V NaOH
N NaOH = N HCl . V HCl / V NaOH
N NaOH = 0.1 N
من خلال المقارنة بين تركيز حمض وتركيز الأساس نلاحظ أن تركيز الحمض ممدد مقارنة مع تركيز الأساس لأن استخدام تركيز أعلى من ( 0.01N ) تحدث أخطاء في قياس ناقلية المحلول .
تفسير الخطوط البيانية : قبل نقطة التكافؤ V eq تكون ناقلية المحلول تابعة لتركيز شوارد ( H + ) بشكل رئيسي لأن ناقليتها أكبر بخمس مرات تقريبا من ناقلية شوارد( Cl - )وعند إضافة NaOH سترتبط شوارد ( H + ) مع شوارد ( OH - ) القادمة من الأساس:
H ++ OH - ó H 2O
وبالتالي تستبدل شوارد الهيدروجين بشوارد الصوديوم ذات الناقلية الأقل وبالتالي تنخفض الناقلية خطيا حتى نقطة التكافؤ . بعد نقطة التكافؤ سيظهر لدينا فائض من الشوارد الهيدروكسيل ذات الناقلية الأعلى بين شوارد المحلول وترتفع الناقلية بشكل خطي بزاوية منفرجة عن خط انخفاض ناقلية شوارد الهيدروجين لأن ناقليتها أخفض من ناقلية شوارد الهيدروجين .
و نلاحظ أنه برفع تركيز الحمض تزداد الناقلية .
2. معايرة حمض الخل CH 3COOH بأساس قوي NaOH :
حجم محلول الحمض 100 m1 والمطلوب حساب التركيز الفعلي للأساس.
نحضر الحمض المطلوب من الحمض ذي التركيز ( ( 0.1 N عن طريق قانون التمديد:
N 1 . V 1 = N 2 . V 2
1. معايرة CH 3COOH ( 0.01 N ) بواسطة محلول من ( NaOH ( 0.1N :
بعد المعايرة نتج الجدول التالي بين الحجم المضاف من الأساس مع الناقلية:
CH 3COOH ( 0.01 N )
الناقل ية ( (ms
حجم NaOH
1255 x 10 -3
0
1623 x 10 -3
2
324 x 10 -3
4
426 x 10 -3
6
595 x 10 -3
8
804 x 10 -3
10
1205 x 10 -3
12
1631 x 10 -3
14
2.18
16
2.60
18
3.01
20
من الشكل نجد أن نقطة التكافؤ كانت عند إضافة ( 10 ml ) من الأساس و من قانون المعايرة نحسب تركيز الأساس:
N CH3COOH . V CH3COOH = N NaOH . V NaOH
N NaOH = N CH3COOH . V CH3COOH / V NaOH
N NaOH = 0.1 N
2. معايرة CH 3COOH ( 0.005 N ) بواسطة محلول من ( NaOH ( 0.1N :
بعد المعايرة نتج الجدول التالي بين الحجم المضاف من الأساس مع الناقلية:
CH 3COOH ( 0.005 N )
الناقلية
حجم NaOH
95 x 10 -3
0
96.1 x 10 -3
1
141.9 x 10 -3
2
241 x 10 -3
3
315 x 10 -3
4
385 x 10 -3
5
522 x 10 -3
6
878 x 10 -3
8
1293 x 10 -3
10
1759 x 10 -3
12
2.36
14
2.77
16
من الشكل نجد أن نقطة التكافؤ كانت عند إضافة ( 5 ml ) من الأساس و من قانون المعايرة نحسب تركيز الأساس:
N CH3COOH . V CH3COOH = N NaOH . V NaOH
N NaOH = N CH3COOH . V CH3COOH / V NaOH
N NaOH = 0.1 N
تفسير الخطوط البيانية :
قبل نقطة التكافؤ V eq لدينا الحمض ضعيف التشرد :
CH 3COOH ó CH 3COO - + H +
وعند إضافة جزء من NaOH سترتبط الهيدروجين مع شوارد الهيدروكسيل , لكن لا يلبث إلا تتحرر كمية مكافئة من شوارد الهيدروجين ليبقى التوازن مستتبا في معادلة التشرد أي تركيزها لا يتغير عمليا وهذا منطقي لأنه سيتشكل لدينا جملة موقية خلاتية ( حمض خل + ملح الصوديوم )
وهذه الجملة تعمل على تثبيت الـ PH ( أي تركيز شوارد H + ) لكن بالمقابل سيزداد تركيز شاردة الخلات في المحلول والتي تشكل مع شوارد الصوديوم ملح خلات الصوديوم :
CH 3COO - + Na + ó CH 3COONa
بالتالي سترتفع الناقلية بشكل يتناسب مع الكمية المتشردة من هذا الملح حتى نقطة التكافؤ حيث يتفاعل كامل الحمض وكامل شوارد الهيدروجين وينتج فائض من شوارد الهيدروكسيل وبالتالي تزداد الناقلية بشكل حاد نسبيا .
3 . معايرة مزيج حمضي من ( CH 3COOH - HCl ) بأساس قوي NaOH :
نقوم بمزج ( 5 ml ) من ( HCl ) ذي التركيز ( 0.1 N ) مع ( 5 ml ) من ( CH 3COOH ) ذي التركيز ( 0.1 N ) في دورق و نتمم الحجم إلى المئة.
نعاير بـ ( NaOH 0.1 N ) و بعد المعايرة نتج الجدول التالي :
CH 3COOH + HCl
الناقلية
حجم NaOH
1838 x 10 -3
0
1265 x 10 -3
2
714 x 10 -3
4
616 x 10 -3
6
732 x 10 -3
8
855 x 10 -3
10
1159 x 10 -3
12
1505 x 10 -3
14
1848 x 10 -3
16
2.51
18
2.96
20
من الشكل نجد أن لدسنا نقطتي تكافؤ الأولى عند ( V eq1 ) لحمض الخل و الثانية عند ( V eq ) لحمض كلور الماء:
V eq1 = 4 ml حجم هيدروكسيد الصوديوم اللازم لمعايرة حمض الخل
N CH3COOH . V CH3COOH = N NaOH . V NaOH
N CH3COOH = 0.004 N
( V eq – V eq1 ) = 5.5 ml حجم هيدروكسيد الصوديوم اللازم لمعايرة حمض كلور الماء
N HCl . V HCl = N NaOH . V NaOH
N HCl = 0.0055 N
تفسير الخط البياني :
نلاحظ وجود خطوط مستقيمة تمثل اجتماع لخطي معايرة حمض كلور الماء ثم حمض الخل بـ ( NaOH ).
هناك ثلاث عتبات:
1- العتبة الأولى تمثل تناقص تركيز شوارد ( H + ) التابع للحمض القوي
2 - العتبة الثانية تمثل سيطرة شوارد الخلات والصوديوم على ناقلية المحلول.
3 - العتبة الثالثة تمثل تزايد تركيز شوارد ( OH - ) الحرة في المحلول .
4. تحضير سلسلة عيارية من KCl ) ) ودراسة العلاقة بين التركيز و الناقلية :
إن هذه الطريقة غير انتقائية لأن ناقلية محلول تساوي مجموع ناقليات الشوارد المكونة له لذلك نستخدم هذه الطريقة على نطاق الحدود , بحالة تعرضنا لتحليل محلول معلوم التركيب و أحادي المكون ( أي يحوي مركب واحد فقط أو أكثر بنسب معلومة لبقية المكونات حيث نلجأ هنا لإضافة نفس تراكيز المكونات لكل محلول عياري من محاليل السلسلة العيارية ) أي يجب أن يكون المحلول معلوم كيفيا لتحديده كميا .
لهذا فأننا لا نجد خطا بيانيا لتغير الناقلية بدلالة التركيز شاردة واحدة فقط و إنما بتركيز مركب ما لأن هذا الأمر عمليا غير دقيق .
سنقوم بتحضير سلسلة عيارية من ( KCl ) ضمن مجال الخطية بالنسبة لـ ( KCl ):
( 100 , 50 , 25 , 12. 5 )
و ذلك بالاعتماد على قانون التمديد ( قانون مور ) :
C 1 . V 1 = C 2 . V 2
ثم دراسة العلاقة بين التركيز و الناقلية من خلال رسم المخطط البياني .
عند دراسة العلاقة نتج الجدول التالي:
الناقلية (ms)
تركيز الـ KCl
بالـ mlg/lit
1.8
1000
0.9
500
0.45
250
0.225
125
معــايـرات التـرسـيب
القسم العملي
أولاً: معايرة كربونات الصوديوم بكلوريد الباريوم:
- نحضر محلولين من كربونات الصوديوم أحدهما بتركيز (0.01N) والآخر بتركيز (0.005N) ,حيث نأخذ في الأول (10 ml) و في الثاني (5 ml) من كربونات الصوديوم ونضعها في دورق سعة (100 ml) ثم نتمم بالماء المقطر حتى العلامة, ونجانس المحلول جيداً.
C.V = C /. V /
- نضع المحلول في بيشر زجاجي نظيف وجاف ثم نحركه بالمحرك المغناطيسي .
- نغمس الخلية ضمن المحلول ونعاير بمحلول كلوريد الباريوم (0.1N) ونسجل قيم الناقلية الكهربائية أثناء عملية المعايرة, فنحصل على القيم التالية:
أ- المحلول ذو التركيز 0.01(N)
L(ms)
V(ml)
1.70
0
1.68
2
1.66
4
1.65
6
1.64
8
1.68
10
1.95
12
2.21
14
2.46
16
2.69
18
2.90
20
من الشكل نجد أن نقطة التكافؤ كانت عند إضافة ( 10 ml ) من الأساس و من قانون المعايرة نحسب تركيز الأساس:
N Na2CO3 . V Na2CO3 = N BaCl2 . V BaCl2
N Na2CO3 = 0.1 * 10 / 100 = 0.01 N
ب- المحلول ذو التركيز 0.005(N)
V(ml)
L(ms)
0
868x10 -3
1
863x10 -3
2
858x10 -3
3
855x10 -3
4
853x10 -3
5
885x10 -3
6
1.07
8
1.39
10
1.68
12
1.95
14
2.20
16
2.44
من الشكل نجد أن نقطة التكافؤ كانت عند إضافة ( 5 ml ) من الأساس و من قانون المعايرة نحسب تركيز الأساس:
N Na2CO3 . V Na2CO3 = N BaCl2 . V BaCl2
N Na2CO3 = 0.1 * 5 / 100 = 0.005 N
2-معايرة نترات الرصاص بكرومات البوتاسيوم:
-نحضر محلولين من نترات الرصاص أحدهما بتركيز (0.0001N) والآخر بتركيز , (0.0002N) , حيث نأخذ في الأول (10 ml) وفي الثاني (20 ml) من خلات الرصاص, ونضعها في دورق سعة (100ml) ثم نتمم بالماء المقطر حتى العلامة ونجانس المحلول جيداً.
-نضع المحلول في بيشر زجاجي نظيف وجاف ثم نحركه بالمحرك المغناطيسي .
-نغمس الخلية ضمن المحلول ونعاير بمحلول كرومات البوتاسيوم (0.1N) ونسجل قيم الناقلية الكهربائية أثناء عملية المعايرة, فنحصل على القيم التالية:
أ- المحلول ذو التركيز 0.0001(N) :
V(ml)
L(ms)
0
35.5x10 -3
2
35.5x10 -3
4
35.3x10 -3
6
35 x10 -3
8
34.8x10 -3
10
34.8x10 -3
12
37.2x10 -3
14
40.2x10 -3
16
43.4x10 -3
18
46.2x10 -3
20
49.2x10 -3
من الشكل نجد أن نقطة التكافؤ كانت عند إضافة ( 10 ml ) من الأساس و من قانون المعايرة نحسب تركيز الأساس:
N Pb(NO3)2 . V Pb(NO3)2 = N KMnO4 . V KMnO4
N Pb(NO3)2 = 0.001 * 10 / 100 = 0.0001 N
ب-المحلول ذو التركيز 0.0002(N) :
V(ml)
L(ms)
0
48.5x10 -3
4
54.6x10 -3
8
53.3x10 -3
12
54.5x10 -3
16
53 x 10 -3
20
52.7x10 -3
24
55.3x10 -3
28
59.6x10 -3
32
63.6x10 -3
36
68.1x10 -3
40
72 x 10 -3
من الشكل نجد أن نقطة التكافؤ كانت عند إضافة ( 20 ml ) من الأساس و من قانون المعايرة نحسب تركيز الأساس:
N Pb(NO3)2 . V Pb(NO3)2 = N KMnO4 . V KMnO4
N Pb(NO3)2 = 0.001 * 20 / 100 = 0.0002 N
3 - معايرة عينة من كبريتات الصوديوم بكلوريد الباريوم:
- نأخذ عينة وزنها 0.1519 gr ونحلها بكمية من الماء المقطر , ثم نضعها في دورق سعة 100 ml ونتمم بالماء المقطر حتى العلامة, ونجانس المحلول جيداً.
-نضع المحلول في بيشر زجاجي نظيف وجاف ثم نحركه بالمحرك المغناطيسي .
-نغمس الخلية ضمن المحلول ونعاير بمحلول كلوريد الباريوم (0.1N) ونسجل قيم الناقلية الكهربائية أثناء عملية المعايرة, فنحصل على القيم التالية:
V(ml)
L(ms)
0
1.72
2
1.68
4
1.66
6
1.65
8
1.64
10
1.72
12
1.98
14
2.22
16
2.46
18
2.68
20
2.89
من الشكل نجد أن نقطة التكافؤ كانت عند إضافة ( 10 ml ) من الأساس و من قانون المعايرة نحسب تركيز الأساس:
N Na2CO3 . V Na2CO3 = N BaCl2 . V BaCl2
N Na2CO3 = 0.1 * 10 / 100 = 0.01 N
C % = ( N Na2CO3 . V Na2CO3 / 1000 ) * ( E Na2CO3. 100 / a )
C % = ( 0.01 * 100 / 1000 ) * ( 142 * 100 / 0.1519 )
C % = 93.4825 %
معايرات (حمض ـ أساس )
مقدمة :
تستخدم تقنية التحليل باستخدام الناقلية الكهربائية في المعايرات التالية :
1- معايرات حمض – أساس.
2- معايرات الترسيب.
3- معايرات الأكسدة والإرجاع.
4- معايرات تشكيل المعقدات.
فعندما يشكل محلول ما جزءا من الخلية الكهركيميائية فإن كمون هذه الخلية و التيار المار خلالها ومقاومته تعتمد على التركيب الكيميائي لهذا المحلول. أي أنه يمكن الحصول على بعض المعلومات الكمية والكيفية للمحلول عن طريق خاصة كهربائية واحدة أو أكثر تحت ظروف خاصة.
وتتضمن طرق التحليل الكهربائي بشكل عام قسمين رئيسين :
a. طرق التحليل باستخدام السلسلة العيارية :
حيث تقاس الخاصة الكهربائية لمحلول العينة المجهولة التركيز ولمحاليل قياسية معلومة التركيز لنفس مادة العينة و بمقارنتها يمكن معرفة المحلول المجهول.
b. طرق المعايرة :
حيث نتابع تغيرات خاصة كهربائية أثناء المعايرة ثم نحدد نقطة التكافؤ و عندها نحسب التركيز المجهول .
الموجز النظري :
تعتبر ناقلية محلول ( Conductivity ) L والتي تساوي مقلوب مقاومته R \ 1 = L مقياسها لمقدرة هذا المحلول على تمرير التيار الكهربائي ( تمرير الأيونات ).
فمن المعروف أن الايونات الموجبة و السالبة تتحرك في المحلول بين المصعد والمهبط , ينتج عن هذه العملية مرور تيار من الايونات خلال المحلول ونقول أن مثل هذا المحلول ناقل كهربائيا.
تتعلق ناقلية المحلول بالعوامل التالية :
1- تركيز الايونات المشكلة للمحلول :
حيث بزيادة التركيز تزداد الناقلية خطيا ضمن مجال معين يختلف باختلاف الايونات المكونة للمحلول.
2- حركية الايونات ضمن المحلول:
والتي بدورها تعتمد على عوامل منها :
.a نوع المذيب من حيث لزوجته ودرجة حرارته , فبزيادة لزوجة المذيب تقل حركية الايونات برفع درجة الحرارة تزداد حركية الايونات .
.b الجهد المطبق بين المصعد والمهبط في خلية مقياس الناقلية : فبزيادته تزداد الحركية بسبب ازدياد التجاذب الكهربائي بين الايونات من جهة والمصعد والمهبط من جهة أخرى .
. c حجم الايون الذي كلما كبر كلما قلت حركيته .
في تجربتنا : المذيب واحد وهو الماء المقطر والكمون المطبق في الخلية ثابت .
إذا إن شحنة الأيون وحجمه وتركيزه هي المؤثرة على ناقلية المحلول في تجربتنا ولا يكفي معرفة احدها لتحديد ناقلية المحلول , فلا يكفي القول أن ( Cd +2 ) أكثر ناقلية من ( H + ) لأن شحنته اكبر بل يجب أن نأخذ بعين الاعتبار حجم كلا من ( Cd +2 ) و ( H + ) وندرج فيما يلي ناقلية بعض الشوارد بحالة المحاليل الممددة .
350
H +
198
OH -
80
K +
76.3
Cl -
59.5
Ca +2
50
Na +
40.9
CH 3COOH -
لماذا ناقلية شوارد الهيدروجين أكبر من ناقلية باقي الشوارد ؟
لأن البروتون يتحرك وفق الآلية التتابعية محمولا على جزيئات المذيب (الماء).
وينفرد البروتون بهذه الميزة عن بقة الشوارد وبالتالي تكون حركيته أكبر من حركية باقي الشوارد .
وصف جهاز الناقلية المستخدم في التجربة :
يتكون جهاز الناقلية بشكل رئيسي من جسر ويتستون حيث تملأ خلية العينة التي تحتوي على قطبين من الغرافيت ( أو البلاتين ) { كل منهما ذو مساحة كبيرة نسبيا } بمحلول العينة وتثبت قيمة المقاومة ( B ) عند قيمة معينة , أما المقاومتين ( D , C ) فيمكن التحكم بهما وتغيرهما للحصول على نقطة التوازن والتي تكون عندها قيمة التيار معدومة وعند هذه النقطة نحسب مقاومة خلية العينة :
D / C = B / R
ثم نحسب ناقلية المحلول .
تنجز هذه ضمن مقياس الناقلية لتظهر قيمة الناقلية مباشرة على شكل رقمي مقدرة بمايكرو سيمينس s µ أو سيمينس ms .
إن التحليل بقياس الناقلية غير انتقائي لأن ناقلية محلول تساوي مجموع ناقلية أيوناته:
........... L= L 1+ L 2+ L 3+
إلا أن هذه الطريقة أسرع من الطرق الكيماوية.
آلية العمل على جهاز الناقلية الكهربائية :
1 نغسل خلية الجهاز ( مسرة الناقلية ) بالماء المقطر وذلك إما بغمسه في بيشر يحوي على الماء المقطر وتدوير المسرى باليد أو بإضافة الماء المقطر بواسطة العبوة ذات النهاية المؤنفة ضمن ثقوب المسرى.
2 نضع المحلول المراد قياس ناقليته سواء ( بطريقة سلسلة عيارية أو بطريقة المعايرة ) في بيشر زجاجي نظيف وجاف ثم نحركه بالمحرك المغناطيسي.
3 نوقف التحريك ونغمس الخلية ضمن المحلول إلى مستوى الثقوب .
4 نضغط على زر تشغيل الجهاز ستظهر قيمة الناقلية مباشرة بإحدى أجزاء السيمينس ثم نسجل القيمة عند ظهور كلمة ( READY ).
5 نطفئ الجهاز ثم نرفع الخلية من المحلول.
6 بحالة المعايرة نقوم بإضافة الكمية اللازمة من المحلول المعاير به إلى البيشر ثم نحرك بالخلاط المغناطيسي ونكرر الإجراءات السابقة.
7 بحالة السلسلة العيارية نغسل المسرى جيدا ثم نغير المحلول ونكرر الإجراءات السابقة.
**********************
******************
**************
مـــــعــــــأيـــــرات (حـــــمـــــض ـ أســـــاس )
العمل المخبري :
1 - معايرة حمض قوي HCl بأساس قوي NaOH .
2 - معايرة حمض ضعيف CH 3OOH بأساس قوي NaOH .
3 - معايرة مزيج حمضي من ( CH 3COOH – HCl ) بأساس قوي NaOH .
4 - دراسة العلاقة والتركيز من خلال تحضير سلسلة عيارية من KCl ثم معايرتها بأساس قوي Na OH .
1- معايرة حمض قوي من HCl بأساس قوي NaOH :
حجم محلول الحمض 100 m1 والمطلوب حساب التركيز الفعلي للأساس.
نحضر الحمض المطلوب من الحمض ذي التركيز ( ( 0.1 N عن طريق قانون التمديد:
N 1 . V 1 = N 2 . V 2
A. معايرة HCl ( 0.01 N ) بواسطة محلول من ( NaOH ( 0.1N .
بعد المعايرة نتج الجدول التالي بين الحجم المضاف من الأساس مع الناقلية:
HCl ( 0.01 N )
الناقلية (ms)
حجم NaOH
4.62
0
4.17
2
3.42
4
2.70
6
1.99
8
1231x 10 -3
10
1531x 10 -3
12
1949 x10 -3
14
2.54
16
2.96
18
3.38
20
من الشكل نجد أن نقطة التكافؤ كانت عند إضافة ( 10 ml ) من الأساس و من قانون المعايرة نحسب تركيز الأساس:
N HCl . V HCl = N NaOH . V NaOH
N NaOH = N HCl . V HCl / V NaOH
N NaOH = 0.1 N
B. معايرة HCl ( 0.005 N ) بواسطة محلول من ( NaOH ( 0.1N :
بعد المعايرة نتج الجدول التالي بين الحجم المضاف من الأساس مع الناقلية:
HCl ( 0.005 N )
الناقلي ة( ms )
حجم NaOH
1892 x 10 -3
0
X 10 -3 1625
1
1343 x 10 -3
2
1053 x 10 -3
3
773 x 10 -3
4
530 x 10 -3
5
706 x 10 -3
6
1087 x 10 -3
8
1452 x 10 -3
10
1785 x 10 -3
12
2.29
14
2.65
16
من الشكل نجد أن نقطة التكافؤ كانت عند إضافة ( 5 ml ) من الأساس و من قانون المعايرة نحسب تركيز الأساس:
N HCl . V HCl = N NaOH . V NaOH
N NaOH = N HCl . V HCl / V NaOH
N NaOH = 0.1 N
من خلال المقارنة بين تركيز حمض وتركيز الأساس نلاحظ أن تركيز الحمض ممدد مقارنة مع تركيز الأساس لأن استخدام تركيز أعلى من ( 0.01N ) تحدث أخطاء في قياس ناقلية المحلول .
تفسير الخطوط البيانية : قبل نقطة التكافؤ V eq تكون ناقلية المحلول تابعة لتركيز شوارد ( H + ) بشكل رئيسي لأن ناقليتها أكبر بخمس مرات تقريبا من ناقلية شوارد( Cl - )وعند إضافة NaOH سترتبط شوارد ( H + ) مع شوارد ( OH - ) القادمة من الأساس:
H ++ OH - ó H 2O
وبالتالي تستبدل شوارد الهيدروجين بشوارد الصوديوم ذات الناقلية الأقل وبالتالي تنخفض الناقلية خطيا حتى نقطة التكافؤ . بعد نقطة التكافؤ سيظهر لدينا فائض من الشوارد الهيدروكسيل ذات الناقلية الأعلى بين شوارد المحلول وترتفع الناقلية بشكل خطي بزاوية منفرجة عن خط انخفاض ناقلية شوارد الهيدروجين لأن ناقليتها أخفض من ناقلية شوارد الهيدروجين .
و نلاحظ أنه برفع تركيز الحمض تزداد الناقلية .
2. معايرة حمض الخل CH 3COOH بأساس قوي NaOH :
حجم محلول الحمض 100 m1 والمطلوب حساب التركيز الفعلي للأساس.
نحضر الحمض المطلوب من الحمض ذي التركيز ( ( 0.1 N عن طريق قانون التمديد:
N 1 . V 1 = N 2 . V 2
1. معايرة CH 3COOH ( 0.01 N ) بواسطة محلول من ( NaOH ( 0.1N :
بعد المعايرة نتج الجدول التالي بين الحجم المضاف من الأساس مع الناقلية:
CH 3COOH ( 0.01 N )
الناقل ية ( (ms
حجم NaOH
1255 x 10 -3
0
1623 x 10 -3
2
324 x 10 -3
4
426 x 10 -3
6
595 x 10 -3
8
804 x 10 -3
10
1205 x 10 -3
12
1631 x 10 -3
14
2.18
16
2.60
18
3.01
20
من الشكل نجد أن نقطة التكافؤ كانت عند إضافة ( 10 ml ) من الأساس و من قانون المعايرة نحسب تركيز الأساس:
N CH3COOH . V CH3COOH = N NaOH . V NaOH
N NaOH = N CH3COOH . V CH3COOH / V NaOH
N NaOH = 0.1 N
2. معايرة CH 3COOH ( 0.005 N ) بواسطة محلول من ( NaOH ( 0.1N :
بعد المعايرة نتج الجدول التالي بين الحجم المضاف من الأساس مع الناقلية:
CH 3COOH ( 0.005 N )
الناقلية
حجم NaOH
95 x 10 -3
0
96.1 x 10 -3
1
141.9 x 10 -3
2
241 x 10 -3
3
315 x 10 -3
4
385 x 10 -3
5
522 x 10 -3
6
878 x 10 -3
8
1293 x 10 -3
10
1759 x 10 -3
12
2.36
14
2.77
16
من الشكل نجد أن نقطة التكافؤ كانت عند إضافة ( 5 ml ) من الأساس و من قانون المعايرة نحسب تركيز الأساس:
N CH3COOH . V CH3COOH = N NaOH . V NaOH
N NaOH = N CH3COOH . V CH3COOH / V NaOH
N NaOH = 0.1 N
تفسير الخطوط البيانية :
قبل نقطة التكافؤ V eq لدينا الحمض ضعيف التشرد :
CH 3COOH ó CH 3COO - + H +
وعند إضافة جزء من NaOH سترتبط الهيدروجين مع شوارد الهيدروكسيل , لكن لا يلبث إلا تتحرر كمية مكافئة من شوارد الهيدروجين ليبقى التوازن مستتبا في معادلة التشرد أي تركيزها لا يتغير عمليا وهذا منطقي لأنه سيتشكل لدينا جملة موقية خلاتية ( حمض خل + ملح الصوديوم )
وهذه الجملة تعمل على تثبيت الـ PH ( أي تركيز شوارد H + ) لكن بالمقابل سيزداد تركيز شاردة الخلات في المحلول والتي تشكل مع شوارد الصوديوم ملح خلات الصوديوم :
CH 3COO - + Na + ó CH 3COONa
بالتالي سترتفع الناقلية بشكل يتناسب مع الكمية المتشردة من هذا الملح حتى نقطة التكافؤ حيث يتفاعل كامل الحمض وكامل شوارد الهيدروجين وينتج فائض من شوارد الهيدروكسيل وبالتالي تزداد الناقلية بشكل حاد نسبيا .
3 . معايرة مزيج حمضي من ( CH 3COOH - HCl ) بأساس قوي NaOH :
نقوم بمزج ( 5 ml ) من ( HCl ) ذي التركيز ( 0.1 N ) مع ( 5 ml ) من ( CH 3COOH ) ذي التركيز ( 0.1 N ) في دورق و نتمم الحجم إلى المئة.
نعاير بـ ( NaOH 0.1 N ) و بعد المعايرة نتج الجدول التالي :
CH 3COOH + HCl
الناقلية
حجم NaOH
1838 x 10 -3
0
1265 x 10 -3
2
714 x 10 -3
4
616 x 10 -3
6
732 x 10 -3
8
855 x 10 -3
10
1159 x 10 -3
12
1505 x 10 -3
14
1848 x 10 -3
16
2.51
18
2.96
20
من الشكل نجد أن لدسنا نقطتي تكافؤ الأولى عند ( V eq1 ) لحمض الخل و الثانية عند ( V eq ) لحمض كلور الماء:
V eq1 = 4 ml حجم هيدروكسيد الصوديوم اللازم لمعايرة حمض الخل
N CH3COOH . V CH3COOH = N NaOH . V NaOH
N CH3COOH = 0.004 N
( V eq – V eq1 ) = 5.5 ml حجم هيدروكسيد الصوديوم اللازم لمعايرة حمض كلور الماء
N HCl . V HCl = N NaOH . V NaOH
N HCl = 0.0055 N
تفسير الخط البياني :
نلاحظ وجود خطوط مستقيمة تمثل اجتماع لخطي معايرة حمض كلور الماء ثم حمض الخل بـ ( NaOH ).
هناك ثلاث عتبات:
1- العتبة الأولى تمثل تناقص تركيز شوارد ( H + ) التابع للحمض القوي
2 - العتبة الثانية تمثل سيطرة شوارد الخلات والصوديوم على ناقلية المحلول.
3 - العتبة الثالثة تمثل تزايد تركيز شوارد ( OH - ) الحرة في المحلول .
4. تحضير سلسلة عيارية من KCl ) ) ودراسة العلاقة بين التركيز و الناقلية :
إن هذه الطريقة غير انتقائية لأن ناقلية محلول تساوي مجموع ناقليات الشوارد المكونة له لذلك نستخدم هذه الطريقة على نطاق الحدود , بحالة تعرضنا لتحليل محلول معلوم التركيب و أحادي المكون ( أي يحوي مركب واحد فقط أو أكثر بنسب معلومة لبقية المكونات حيث نلجأ هنا لإضافة نفس تراكيز المكونات لكل محلول عياري من محاليل السلسلة العيارية ) أي يجب أن يكون المحلول معلوم كيفيا لتحديده كميا .
لهذا فأننا لا نجد خطا بيانيا لتغير الناقلية بدلالة التركيز شاردة واحدة فقط و إنما بتركيز مركب ما لأن هذا الأمر عمليا غير دقيق .
سنقوم بتحضير سلسلة عيارية من ( KCl ) ضمن مجال الخطية بالنسبة لـ ( KCl ):
( 100 , 50 , 25 , 12. 5 )
و ذلك بالاعتماد على قانون التمديد ( قانون مور ) :
C 1 . V 1 = C 2 . V 2
ثم دراسة العلاقة بين التركيز و الناقلية من خلال رسم المخطط البياني .
عند دراسة العلاقة نتج الجدول التالي:
الناقلية (ms)
تركيز الـ KCl
بالـ mlg/lit
1.8
1000
0.9
500
0.45
250
0.225
125
معــايـرات التـرسـيب
القسم العملي
أولاً: معايرة كربونات الصوديوم بكلوريد الباريوم:
- نحضر محلولين من كربونات الصوديوم أحدهما بتركيز (0.01N) والآخر بتركيز (0.005N) ,حيث نأخذ في الأول (10 ml) و في الثاني (5 ml) من كربونات الصوديوم ونضعها في دورق سعة (100 ml) ثم نتمم بالماء المقطر حتى العلامة, ونجانس المحلول جيداً.
C.V = C /. V /
- نضع المحلول في بيشر زجاجي نظيف وجاف ثم نحركه بالمحرك المغناطيسي .
- نغمس الخلية ضمن المحلول ونعاير بمحلول كلوريد الباريوم (0.1N) ونسجل قيم الناقلية الكهربائية أثناء عملية المعايرة, فنحصل على القيم التالية:
أ- المحلول ذو التركيز 0.01(N)
L(ms)
V(ml)
1.70
0
1.68
2
1.66
4
1.65
6
1.64
8
1.68
10
1.95
12
2.21
14
2.46
16
2.69
18
2.90
20
من الشكل نجد أن نقطة التكافؤ كانت عند إضافة ( 10 ml ) من الأساس و من قانون المعايرة نحسب تركيز الأساس:
N Na2CO3 . V Na2CO3 = N BaCl2 . V BaCl2
N Na2CO3 = 0.1 * 10 / 100 = 0.01 N
ب- المحلول ذو التركيز 0.005(N)
V(ml)
L(ms)
0
868x10 -3
1
863x10 -3
2
858x10 -3
3
855x10 -3
4
853x10 -3
5
885x10 -3
6
1.07
8
1.39
10
1.68
12
1.95
14
2.20
16
2.44
من الشكل نجد أن نقطة التكافؤ كانت عند إضافة ( 5 ml ) من الأساس و من قانون المعايرة نحسب تركيز الأساس:
N Na2CO3 . V Na2CO3 = N BaCl2 . V BaCl2
N Na2CO3 = 0.1 * 5 / 100 = 0.005 N
2-معايرة نترات الرصاص بكرومات البوتاسيوم:
-نحضر محلولين من نترات الرصاص أحدهما بتركيز (0.0001N) والآخر بتركيز , (0.0002N) , حيث نأخذ في الأول (10 ml) وفي الثاني (20 ml) من خلات الرصاص, ونضعها في دورق سعة (100ml) ثم نتمم بالماء المقطر حتى العلامة ونجانس المحلول جيداً.
-نضع المحلول في بيشر زجاجي نظيف وجاف ثم نحركه بالمحرك المغناطيسي .
-نغمس الخلية ضمن المحلول ونعاير بمحلول كرومات البوتاسيوم (0.1N) ونسجل قيم الناقلية الكهربائية أثناء عملية المعايرة, فنحصل على القيم التالية:
أ- المحلول ذو التركيز 0.0001(N) :
V(ml)
L(ms)
0
35.5x10 -3
2
35.5x10 -3
4
35.3x10 -3
6
35 x10 -3
8
34.8x10 -3
10
34.8x10 -3
12
37.2x10 -3
14
40.2x10 -3
16
43.4x10 -3
18
46.2x10 -3
20
49.2x10 -3
من الشكل نجد أن نقطة التكافؤ كانت عند إضافة ( 10 ml ) من الأساس و من قانون المعايرة نحسب تركيز الأساس:
N Pb(NO3)2 . V Pb(NO3)2 = N KMnO4 . V KMnO4
N Pb(NO3)2 = 0.001 * 10 / 100 = 0.0001 N
ب-المحلول ذو التركيز 0.0002(N) :
V(ml)
L(ms)
0
48.5x10 -3
4
54.6x10 -3
8
53.3x10 -3
12
54.5x10 -3
16
53 x 10 -3
20
52.7x10 -3
24
55.3x10 -3
28
59.6x10 -3
32
63.6x10 -3
36
68.1x10 -3
40
72 x 10 -3
من الشكل نجد أن نقطة التكافؤ كانت عند إضافة ( 20 ml ) من الأساس و من قانون المعايرة نحسب تركيز الأساس:
N Pb(NO3)2 . V Pb(NO3)2 = N KMnO4 . V KMnO4
N Pb(NO3)2 = 0.001 * 20 / 100 = 0.0002 N
3 - معايرة عينة من كبريتات الصوديوم بكلوريد الباريوم:
- نأخذ عينة وزنها 0.1519 gr ونحلها بكمية من الماء المقطر , ثم نضعها في دورق سعة 100 ml ونتمم بالماء المقطر حتى العلامة, ونجانس المحلول جيداً.
-نضع المحلول في بيشر زجاجي نظيف وجاف ثم نحركه بالمحرك المغناطيسي .
-نغمس الخلية ضمن المحلول ونعاير بمحلول كلوريد الباريوم (0.1N) ونسجل قيم الناقلية الكهربائية أثناء عملية المعايرة, فنحصل على القيم التالية:
V(ml)
L(ms)
0
1.72
2
1.68
4
1.66
6
1.65
8
1.64
10
1.72
12
1.98
14
2.22
16
2.46
18
2.68
20
2.89
من الشكل نجد أن نقطة التكافؤ كانت عند إضافة ( 10 ml ) من الأساس و من قانون المعايرة نحسب تركيز الأساس:
N Na2CO3 . V Na2CO3 = N BaCl2 . V BaCl2
N Na2CO3 = 0.1 * 10 / 100 = 0.01 N
C % = ( N Na2CO3 . V Na2CO3 / 1000 ) * ( E Na2CO3. 100 / a )
C % = ( 0.01 * 100 / 1000 ) * ( 142 * 100 / 0.1519 )
C % = 93.4825 %
