كتالوج كامل للألوان والرواسب والمسائل — الكشف عن الأنيونات والكاتيونات، والتحليل الكمي الكتلي والحجمي، بكل التجارب الأساسية والتأكيدية.
التحليل الكيميائي ينقسم إلى شقين أساسيين يجب القيام بهما بالترتيب:
التحليل الكيفي (النوعي/الوصفي): يهدف للتعرف على نوع العناصر أو المجموعات الوظيفية المكوّنة للمادة — نعرف "إيه" هي المادة.
التحليل الكمي: يهدف لتقدير نسبة كل مكون من المكونات الأساسية في المادة — نعرف "كام" كميتها.
الأنيونات هي الشقوق السالبة في الأملاح. فكرة الكشف هنا مبنية على قاعدة الثبات الكيميائي وليس القوة: الحمض الأكثر ثباتًا (الأعلى في درجة الغليان والأقل تطايرًا) يطرد الحمض الأقل ثباتًا من أملاحه الصلبة على هيئة غازات يمكن التعرف عليها بكواشف مميزة. تُقسم الأنيونات لثلاث مجموعات حسب الكاشف.
$$Ca(OH)_2 + CO_2 \xrightarrow{ST} CaCO_3\downarrow + H_2O$$
أهم المعادلات الكيميائية للتجارب التأكيدية والتصاعد الغازي (حفظ ومراجعة):
1) تجربة الحلقة البنية للنترات (NO₃⁻):
$$2NaNO_3 + 6FeSO_4 + 4H_2SO_4 \longrightarrow Na_2SO_4 + 3Fe_2(SO_4)_3 + 4H_2O + 2NO$$
المركب المكوّن للحلقة البنية عند السطح الفاصل هو مركب إضافي: FeSO₄·NO (تزول الحلقة بالرج أو التسخين).
2) زوال لون برمنجنات البوتاسيوم مع النيتريت (NO₂⁻):
$$5NaNO_2 + 2KMnO_4 + 3H_2SO_4 \longrightarrow 5NaNO_3 + K_2SO_4 + 2MnSO_4 + 3H_2O$$
3) أكسدة غاز NO إلى NO₂ عند فوهة الأنبوبة:
$$2NO + O_2 \longrightarrow 2NO_2\uparrow \quad \text{(غاز بني محمر)}$$
الكاتيونات هي الشقوق الموجبة. الكشف عنها أكثر تعقيدًا من الأنيونات بسبب كثرة أعدادها، وتداخلها، وتعدد حالات تأكسدها. تعتمد فكرة الكشف هنا على اختلاف ذوبان أملاح هذه الكاتيونات في الماء، عبر نظام مجموعات تحليلية متسلسل.
أهم الكاتيونات: الفضة Ag⁺، الزئبق Hg⁺، الرصاص II Pb²⁺.
النحاس II Cu²⁺ → راسب أسود من CuS، يذوب في حمض النيتريك الساخن.
| الكاتيون | لون الراسب | ملاحظة |
|---|---|---|
| حديد II Fe²⁺ | أبيض | يتحول لأبيض مخضر في الهواء، يذوب في الأحماض |
| حديد III Fe³⁺ | بني محمر جيلاتيني | يذوب في الأحماض |
| ألومنيوم Al³⁺ | أبيض جيلاتيني | يذوب في الأحماض، ويذوب في وفرة NaOH مكوّنًا ميتالومينات الصوديوم الذائبة |
الكالسيوم Ca²⁺ → راسب أبيض، يذوب في الأحماض، ويزول (يذوب) في الماء المحتوي على غاز CO₂ الزائد.
التفسير العلمي للكشف الجاف (كشف اللهب - Flame Test):
عند تعريض ملح الكالسيوم المتطاير (أو أي عنصر انتقالي/مماثل) للمنطقة غير المضيئة من لهب بنزن، تمتص إلكترونات الكاتيون طاقة حرارية وتكتسب إثارة وتنتقل لمستويات طاقة أعلى. وعند عودتها لمستواها الأصلي تفقد هذه الطاقة على هيئة طيف إشعاع مرئي (طيف انبعاث) ذو لون مميز يُعرف به الكاتيون (مثل الأحمر الطوبي لكاتيون الكالسيوم Ca²⁺).
يعتمد على فصل المادة المراد تقديرها ثم تعيين كتلتها باستخدام ميزان حساس. له طريقتان أساسيتان.
تعتمد على تطاير العنصر أو المركب المراد تقديره (غالبًا ماء التبلر في الأملاح المتهدرتة). نحسب كتلة الملح قبل التسخين (متهدرت)، وكتلته بعد التسخين حتى ثبات الوزن (جاف)، والفرق بينهما يمثل كتلة ماء التبلر.
$$\text{النسبة المئوية لماء التبلر} = \dfrac{\text{كتلة ماء التبلر}}{\text{كتلة العينة المتهدرتة}} \times 100$$
لإيجاد عدد مولات الماء ($X$) في الصيغة $Salt \cdot XH_2O$:
$$X = \dfrac{\text{عدد مولات ماء التبلر}}{\text{عدد مولات الملح الجاف}} = \dfrac{\left(\dfrac{\text{كتلة الماء}}{18}\right)}{\left(\dfrac{\text{كتلة الملح الجاف}}{\text{الكتلة المولية للملح}}\right)}$$
تعتمد على تحويل المادة المراد تقديرها إلى مركب نقي غير ذائب (راسب) ذو تركيب كيميائي ثابت ومعلوم. يُفصل الراسب بالترشيح على ورق ترشيح عديم الرماد، ثم يُوزن الراسب، وبمعرفة الحساب الكيميائي ونسب العناصر (المِقَص الكيميائي)، يتم حساب كتلة المادة المجهولة.
المعايرة هي عملية تعيين تركيز محلول مجهول (يسمى المحلول المراد تحليله) بمعلومية حجم وتركيز محلول آخر معلوم بدقة يسمى المحلول القياسي.
أنواع تفاعلات المعايرة الثلاثة:
| النوع | الوصف |
|---|---|
| تفاعلات التعادل | لمعايرة الأحماض والقواعد (تكوين ماء وملح) |
| تفاعلات الأكسدة والاختزال | للمواد المؤكسدة والمختزلة |
| تفاعلات الترسيب | للمواد التي تعطي نواتج شحيحة الذوبان |
الأدلة الكيميائية (المشيرات): مواد يتغير لونها بتغير نوع وسط المحلول، وتُستخدم لتحديد نقطة نهاية التفاعل (End Point)، وهي النقطة التي يتم عندها تمام التفاعل بين الحمض والقاعدة.
| الدليل | الوسط الحامضي | الوسط المتعادل | الوسط القاعدي |
|---|---|---|---|
| عباد الشمس | أحمر | أرجواني | أزرق |
| الميثيل البرتقالي | أحمر | برتقالي | أصفر |
| الفينولفثالين | عديم اللون | عديم اللون | أحمر وردي |
| أزرق البروموثيمول | أصفر | أخضر فاتح | أزرق |
عند نقطة التعادل يتساوى عدد مولات أيونات $H^+$ من الحمض مع عدد مولات أيونات $OH^-$ من القاعدة:
$$\dfrac{M_a \cdot V_a}{n_a} = \dfrac{M_b \cdot V_b}{n_b}$$
لحساب كتلة أو نسبة المادة النقية داخل عينة غير نقية أو مخلوط:
$$\text{الكتلة (جم)} = \text{التركيز (مول/لتر)} \times \text{الحجم الكلي (لتر)} \times \text{الكتلة المولية (جم/مول)}$$
$$\text{النسبة المئوية للمادة} = \left(\dfrac{\text{كتلة المادة النقية المحسوبة}}{\text{الكتلة الكلية للعينة غير النقية}}\right) \times 100$$
التحليل الكيميائي ينقسم لكيفي (نوع المادة) وكمي (نسبتها)، ولازم الكيفي يسبق الكمي. الأنيونات تُكشف بثلاث مجموعات حسب ثبات الحمض المطرود: HCl مخفف (كربونات، بيكربونات، كبريتيت، كبريتيد، ثيوكبريتات، نيتريت)، H₂SO₄ مركز ساخن (كلوريد، بروميد، يوديد، نيترات)، وBaCl₂ (فوسفات، كبريتات). الكاتيونات تُكشف بأربع مجموعات متسلسلة (HCl، H₂S، NH₄OH، (NH₄)₂CO₃) بسبب تعقيدها. التحليل الكمي الكتلي يعتمد على التطاير (حساب ماء التبلر) أو الترسيب (ورق ترشيح عديم الرماد). التحليل الكمي الحجمي (المعايرة) يعتمد على أربعة أدلة كيميائية لكل منها 3 ألوان مختلفة حسب وسط المحلول.