الباب الثاني: التحليل الكيميائي
التحليل الكيفي للكشف عن الكاتيونات والأنيونات
تحليل كيفي — OCR كامل + qual bench + SVG.
اضغط أي أداة — لتوليد اختبارات وفلاش كارد وملخصات وتجارب من الدرس تفاعلياً
تحليل كيفي — OCR كامل + qual bench + SVG.
- ✓يشرح التحليل الكيميائي وأنواعه
- ✓يكتسب مهارة الكشف عن الشقوق الحامضية والقاعدية
- ✓يطبق اختبارات HCl · H₂SO₄ · BaCl₂ · AgNO₃
- ✓يميز مجموعات الكاتيونات الست
| المخاوف | رمزه | الغاز الناتج والكشف عنه |
|---|---|---|
| ٢- محلول الملح ! محلول كبريتات الماغنسيوم يتكون راسب أبيض على البارد يدوب في حمض الهيدروكلوريك. Na₂CO₃(cq) + MgSO₄(cq) → Na₂SO₄(cq) + MgCO₃(a) | Na₂CO₃(a) + 2HCl(aq) → 2NaCl(aq) + H₂O(ℓ) + CO₂(aq) يحدث فوران ويتصاعد غاز ثاني أكسيد الكربون الذي يعكر ماء الجبر الرائق. CO₂(aq) + Ca(OH)₂(aq) → S.I CaCO₃(aq) + H₂O(ℓ) يصرر الغاز لفترة قصيرة short time حتى لا تتحول كربونات الكالسيوم إلى بيكربونات الكالسيوم فيختفي الراسب. | |
| MgCO₃(a) + 2HCl(aq) → MgCl₂(aq) + H₂O(ℓ) + CO₂(aq) | ||
| ٣- ملحوظة : جميع كربونات الغازات لا تذوب في الماء، عدا كربونات الصوديوم والبوتاسيوم والأمونيوم، وتذوب جميعها في الأحماض. |
| البيكربونات | HCO_{3} | (1) البيكربونات |
|---|---|---|
| الماء - ثانوية عامة NaCl_{(aq)} + H_{2}O_{(f)} + CO_{2} يتصاعد غاز ثاني أكسيد الكربون الذي يعكر ماء الجير الرائق. ملحوظة جميع البيكربونات قابلة للذوبان في الماء. | NaHCO_{3(a)} + HCl_{(aq)} NaCl_{(aq)} + H_{2}O_{(f)} + CO_{2} يتصاعد غاز ثاني أكسيد الكربون MgSO_{4(aq)} + Mg(IICO_{3})_{2(aq)} MgCl_{2(a)} + 2NaNO_{3(aq)} | Na_{2}SO_{3(a)} + 2HCl_{(aq)} 2NaCl_{(aq)} + H_{2}O_{(f)} + SO_{2} يتصاعد غاز ثاني أكسيد الكبريت ذي الرائحة النفاذة والذي يخضر ورقة مبللة، محلول ثاني كرومات البوتاسيوم المحمصة بحمض الكبريتيك المركز. K_{2}Cr_{2}O_{7(aq)} + 3SO_{2}_{2} + H_{2}SO_{4(aq)} K_{2}SO_{4(aq)} + Cr_{2}(SO_{4})_{3(aq)} + H_{2}O_{(f)} |
| الكبريتات | SO_{4}^{3-} | Na_{2}S_{(a)} + 2HCl_{(aq)} 2NaCl_{(aq)} + H_{2}S_{(g)} يتصاعد غاز كبريتيد الهيدروجين ذي الرائحة الكريهة والذي يسود ورقة مبللة، محلول أسيتات الرصاص (II). (CH_{3}COO)_{2}Pb_{(aq)} + H_{2}S_{(g)} 2CH_{3}COOH_{(aq)} + PbS_{(s)} |
| الكبريتيد | - | Na_{2}S_{(a)} + 2HCl_{(aq)} 2NaCl_{(aq)} + H_{2}S_{(g)} يتصاعد غاز كبريتيد الهيدروجين ذي الرائحة الكريهة والذي يسود ورقة مبللة، محلول أسيتات الرصاص (III). (CH_{3}COO)_{2}Pb_{(aq)} + H_{2}S_{(g)} 2CH_{3}COOH_{(aq)} + PbS_{(s)} |
| المجموعة التحليلية التالية : | المجموعة التحليلية |
|---|---|
| محلول الملح + محلول كلوريد الباريوم يتكون راسب أبيض من فوسفات الباريوم يذوب في حمض الهيدروكلوريك المخفف. | S₂O₄²⁻ + BaCl₂(aq) |
| يمكنك أن يتكون راسب أبيض من كبريتات الرصاص (II) يتكون راسب أبيض من كبريتات ثيابيوم لا يذوب في حمض الهيدروكلوريك المخفف. | Na₂SO₄(aq) + BaCl₂(aq) |
| المحاربة | نقاط مع كاشف المجموعة | الكاتيون |
|---|---|---|
| * محلول الملح + محلول هيدروكسيد الصوديوم يتكون راسب أبيض جيلاتيني من هيدروكسيد الألومنيوم يذوب في وفرة من هيدروكسيد الصوديوم مكونًا ميتًا ألو مينات الصوديوم. Al₂(SO₄)₃(eq) + 6NaOH₃(eq) → 3Na₂SO₄(aq) + 2Al(OH)₃(a) Al(OH)₃(a) + NaOH₃(a) NaAlO₂(aq) + 2H₂O(f) | • Al₂(SO₄)₃(aq) + 6NH₄OH(aq) → 3(NH₄)₂SO₄(aq) + 2Al(OH)₃(a) يتكون راسب أبيض جيلاتيني من هيدروكسيد الألومنيوم يذوب في الأحماض المخففة وفي محلول الصودا الكاوية. | الألومنيوم AF⁺ |
| * محلول الملح + محلول هيدروكسيد الصوديوم يتكون راسب أبيض مخضر من هيدروكسيد الحديد (II). FeSO₄(aq) + 2NaOH(aq) → Na₂SO₄(aq) + Fe(OH)₂(a) | • FeSO₄(aq) + 2NH₄OH(aq) → (NH₄)₂SO₄(aq) + Fe(OH)₂(a) يتكون راسب أبيض يتحول إلى أبيض مخضر بالتعرض للهواء ويذوب في الأحماض. | الحديد (II) Fe²⁺ |
| * محلول الملح + محلول هيدروكسيد الصوديوم يتكون راسب بني محمر من هيدروكسيد الحديد (III). FeCl₃(aq) + 3NaOH(aq) → 3NaCl(aq) + Fe(OH)₃(a) | • FeCl₃(aq) + 3NH₄OH(aq) → 3NH₄Cl(aq) + Fe(OH)₃(a) يتكون راسب جيلاتيني لونه بني محمر يذوب في الأحماض. | الحديد (III) Fe³⁺ |
| تجارب تأشيدية | تفاعله مع كاشف المجموعة | الكاتبون |
|---|---|---|
| (1) محلول الملح – حمض كربنيك مخفف يتكون راسب أبيض من كربونات الكالسيوم. (2) الكشف الجاف : كاتيونات الكالسيوم المتطايرة تُكسب لهب بنزن لون أحمر طوبي. | يتكون راسب أبيض من كربونات الكالسيوم يدوب في حمض HCl المخفف ويدوب أيضًا في الماء المحتوى على CO₂ | الكالسيوم Ca²⁺ |
لا بد من إجراء التحليل الكيفي أولًا للتعرف على مكونات المادة حتى يمكن اختيار أنسب الطرق لتحليلها كميًا. ناقش: كيف يختلف كشف (غاز) عن تقدير نسبة الكربون في العينة؟
اختر الملح ثم الكاشف — شاهد الملاحظة والمعادلة. فعّل التسخين لاختبار النيترات.
Qualitative Analysis
التعرف على مكونات المادة — نقية أو مخلوط
Quantitative Analysis
تقدير نسبة كل مكون — بعد الكيفي
لو أن لديك عينة يراد تحليلها كيميائيًا فيجب التعرف على نوع العناصر ونسبة كل عنصر وكيف تترابط إلى الصيغة الجزيئية — أو لمجموعة المركبات إن كانت مخلوطًا.
إذا كانت مادة نقية → ثوابت فيزيائية (انصهار، غليان، كتلة مولية). إذا مخلوط → فصل ثم كشف بالكواشف. التحليل الوصفي = سلسلة تفاعلات مختارة للكشف عن نوع المكونات من التغيرات المعادلة.
CO₃²⁻ · HCO₃⁻ · SO₃²⁻ · S²⁻ · NO₂⁻
Cl⁻ · Br⁻ · I⁻ · NO₃⁻
PO₄³⁻ · SO₄²⁻
الملح الصلب + حمض HCl مخفف — HCl أثبت من الأحماض المشتقة؛ يطرد أحماض أقل ثباتًا كغازات. يُفضل التسخين الهين لطرد الغازات.
فوران — CO₂ يعكر ماء الجير: — يُمرر الغاز فترة قصيرة حتى لا يتحول CaCO₃ إلى bicarbonate فيختفي الراسب.
اختبار MgSO₄: أبيض على البارد يذوب HCl.
📌 ملحوظة: جميع كربونات الغازات لا تذوب في الماء عدا Na وK وNH₄ — وجميعها تذوب في الأحماض.
CO₂ يعكر ماء الجير. 📌 جميع البيكربونات قابلة للذوبان في الماء.
SO₂ رائحة نفاذة — يخضر ورقة مبللة بمحلول K₂Cr₂O₇ المحمض H₂SO₄.
H₂S رائحة كريهة — يسود ورقة مبللة بمحلول أسيتات الرصاص (II):
NO عديم اللون → عند الفوهة بني محمر.
اختبار KMnO₄: — يزول البنفسجي.
H₂SO₄ المركز أكثر ثباتًا — عند إضافته لأملاح Cl⁻, Br⁻, I⁻, NO₃⁻ مع التسخين تنفصل الأحماض الأقل ثباتًا غازيًا.
التجربة: الملح الصلب + H₂SO₄ مركز ثم التسخين إن لزم.
محلول الملح + AgNO₃ → AgCl↓ أبيض — يصير بنفسجيًا بالضوء — يذوب NH₃ المركز.
AgBr↓ أبيض مصفر — داكن بالضوء — يذوب ببطء NH₃.
AgI↓ أصفر — لا يذوب NH₃. مع H₂SO₄: HI/I₂ بنفسجي + ورقة نشا زرقاء.
اختبار الحلقة البنية: NaNO₃ + FeSO₄ + H₂SO₄ مركز بحرص على السطح → حلقة بنية تزول بالرج أو التسخين.
أبخرة NO₂: · · مع Cu:
PO₄³⁻ و SO₄²⁻ لا تتفاعل مع HCl أو H₂SO₄ المركز — لكن أملاحها تعطي راسبًا مع BaCl₂.
محلول الملح + BaCl₂ → Ba₃(PO₄)₂↓ أبيض يذوب HCl.
اختبار AgNO₃:
BaSO₄↓ أبيض — لا يذوب HCl. (PbSO₄ أيضًا أبيض لا يذوب HCl)
الكشف عن الشق القاعدي أكثر تعقيدًا — كثرة الشقوق وتداخلها وحالات التأكسد. تقسم الشقوق القاعدية إلى ست مجموعات تحليلية — لكل منها كاشف مجموعة. التقسيم حسب ذوبان أملاح الفلزات (مثال: كلوريدات Ag⁺, Hg⁺, Pb²⁺ شحيحة الذوبان → ترسب بـ HCl).
ترسيب كبريتيدات في وسط حامض — يمرر H₂S في محلول حامض HCl.
راسب أسود CuS — يذوب HNO₃ الساخن.
محلول الملح + كاشف المجموعة (NH₄OH) — ترسيب هيدروكسيدات عندما لا تختلط بكاتيونات أخرى.
• — راسب أبيض جيلاتيني يذوب أحماض مخففة وصودا كاوية.
* NaOH: · (meta aluminate)
• — أبيض يخضر بالهواء — يذوب أحماض.
* NaOH:
• — جيلاتيني بني محمر — يذوب أحماض.
* NaOH:
التجربة: محلول الملح + كربونات الأمونيوم.
CaCO₃↓ أبيض — يذوب HCl وماء CO₂:
الكشف الجاف: Ca²⁺ يُكسب لهب Bunsen أحمر طوبي 🔥
(1) تأكيد: CaCl₂ + H₂SO₄ → CaSO₄↓ + 2HCl
CO₂ طويل في الجير → يختفي الراسب (bicarbonate)
مرّر CO₂ فترة قصيرة فقط
Fe²⁺ و Fe³⁺ نفس اللون
Fe²⁺ أبيض→أخضر · Fe³⁺ بني محمر
يوضِّح الجدول والشكل الآتيين التفاعلات بين نيترات الفضة وأيونات الفلوريد والكلوريد والبروميد
أحيانًا يكون الكيميائيون غير متأكدين من التركيب الكيميائي للمنتجات الغذائية، ويريدون معرفة
يوضِّح الشكل الآتي بعض الوحدات المستخدَمة لوصف وفرة العناصر والجزيئات في العيِّنات
يَستخدم جميع الكيميائيين التحليليين تقريبًا الميزان أو المقياس التحليلي لتحديد كتل المواد
وأحيانًا ما نقول عن بعض الأطعمة إنها نقية. على سبيل المثال، تخبرنا مُلصقات على بعض المواد الغذائية بأنها عصير تفاح نقي، أو زيت زيتون نقي، أو عسل نحل نقي.
وحين يُشار إلى منتج مثل عصير التفاح بأنه نقي، فهذا يعني أن العصير مصنوعٌ من التفاح فقط. وزيت الزيتون النقي مصنوعٌ من الزيتون فقط، وعسل النحل النقي عسل مستخرجٌ مباشرةً من قُرص العسل، دون إضافة أي شيء. ومن ذلك نلاحظ أن مصطلح «نقي» يُستخدم بعدة طرق، بمعانٍ مختلفة قليلًا.
ويوضِّح الجدول الآتي بعض المواد النقية كيميائيًّا.
تحتوي البلورات النقية من سكر المائدة على جزيئات السكروز ( C H O 1 2 2 2 1 1 ) فقط. ويحتوي السلك النحاسي النقي على ذرات عنصر النحاس فقط. وتحتوي علبة الغاز الفضية في الصورة السابقة على الهليوم السائل النقي.
يمكن تصنيف المواد كلها إلى فئة من فئتين، وهما المواد النقية والمخاليط. يتكوَّن أي خليط من أكثر من مادة واحدة؛ لذا يمكن اعتبار المخاليط مواد غير نقية. المواد الموجودة في الخليط غير مرتبطة كيميائيًّا؛ ومن ثَمَّ، يمكن فصل المكوِّنات بطرقٍ فيزيائية.
المواد غير النقية
افترض كأسًا زجاجية تحتوي فقط على جزيئات الإيثانول، وعدة كئوس زجاجية تحتوي على الماء والإيثانول بنسب مختلفة ( 3 0 % ∶ 7 0 % و 5 0 % ∶ 5 0 % و 7 0 % ∶ 3 0 % )، وكأسًا تحتوي على جزيئات الماء فقط. نفترض أنه لا توجد مواد أخرى، مثل جزيئات الغاز، مخلوطة في الكئوس. يوضِّح الشكل الآتي هذه المعلومات بيانيًّا.
يمكننا قياس نقاء الماء في كل كأس ليتراوح بين 0 % و 1 0 0 %. عندما يوجد الإيثانول فقط، تكون نسبة نقاء الماء 0 %. وعندما يوجد الماء فقط، تكون نسبة نقائه 1 0 0 %. وعندما يكون 7 0 % من السائل ماءً، فإن نسبة نقاء الماء 7 0 %، وهكذا.
نتناول سائلين صافيين عديمَي اللون. الأول هو الماء النقي، والآخر هو الماء المالح. لكننا لن نميزهما عن طريق الفحص؛ لأنهما يتشابهان فى المظهر.
وبعيدًا عن تذوق السائلين؛ إذ لا يصح أن نفعل ذلك في المعمل، يمكننا التمييز بينهما باختبار درجة الغليان، الموضَّح في الشكل الآتي:
وبعيدًا عن تذوق السائلين؛ إذ لا يصح أن نفعل ذلك في المعمل، يمكننا التمييز بينهما باختبار درجة الغليان، الموضَّح في الشكل الآتي:
عند ضغط قيمته ضغط جوي واحد يغلي الماء النقي عند 1 0 0 ∘ C. هذه إحدى خواص الماء النقي. لكن، عندما يحتوي الماء على بعض الشوائب المذابة (على سبيل المثال، ملح الطعام)، فإنه يغلي عند درجة حرارة أعلى قليلًا ( 1 0 0. 5 ∘ C ). تكون درجة الغليان عادةً أعلى إذا كان السائل غير نقي.
بالنسبة إلى المادة الصلبة، يمكننا تحديد نقائها من عدمه باختبار درجة الانصهار. وتقع درجة انصهار أي مادة نقية عند درجة حرارة مميزة لهذه المادة. ويذوب سكر المائدة، أو السكروز، عند 1 8 6 ∘ C. درجة الانصهار هذه مميزة للسكروز، كما هو موضَّح بالشكل الآتي:
لكن، عندما يتلوَّث السكروز بشوائب، تقل درجة الانصهار قليلًا، وتذوب المادة عند نطاق أقل من قيم درجات الحرارة، بدلًا من ذوبانها عند قيمة واحدة محدَّدة.
لكن، عندما يتلوَّث السكروز بشوائب، تقل درجة الانصهار قليلًا، وتذوب المادة عند نطاق أقل من قيم درجات الحرارة، بدلًا من ذوبانها عند قيمة واحدة محدَّدة.
وعادةً ما تكون درجة انصهار أي مادة صلبة غير نقية أقل قليلًا، وعلى نطاق من درجات الحرارة، على العكس من المادة الصلبة النقية. ثمة اختبار شائع لنقاء المادة، وهو تحديد إذا ما كانت درجة الانصهار دقيقة أو تقع على نطاق من درجات الحرارة.
يمكن أن تكون نتيجة الاختبار إيجابية أو سلبية.
نتيجة الاختبار الإيجابية (أ) تعني أننا نلاحظ التغيُّر الذي توقَّعنا حدوثه إذا كانت المادة التي نحاول الكشف عنها موجودة. تُعطي الاختبارات ب، ج، د نتائج سلبية؛ في حين أن بعض الاختبارات الكيميائية تُعطي النتائج نفسها لمواد أخرى أيضًا، كما هو موضَّح في الاختبار (هـ)؛ لذا، علينا استخدام طرق أخرى للتأكُّد من الأفكار الأوَّلية:. ⟸ ا ﻟ ﻤ ﺎ د ة ا ﻟ ﺘ ﻲ ﻧ ﺤ ﺎ و ل ا ﻟ ﻜ ﺸ ﻒ ﻋ ﻨ ﻬ ﺎ ﻣ ﻦ ا ﻟ ﻤ ﻔ ﺘ ﺮ ض أ ن ﺗ ﻜ ﻮ ن ﻣ ﻮ ﺟ ﻮ د ة ﻧ ﺘ ﻴ ﺠ ﺔ ا ﺧ ﺘ ﺒ ﺎ ر إ ﻳ ﺠ ﺎ ﺑ ﻴ ﺔ
ومن ثَمَّ، إذا فاعلنا مادة معيَّنة مع حمض الهيدروكلوريك المخفَّف، ونتج عن ذلك فقاعات غازية، فمن الممكن أن تحتوي المادة على أيونات الكربونات. ويمكننا اختبار إذا ما كان هذا الغاز هو ثاني أكسيد الكربون أو لا باستخدام اختبار ماء الجير. يمكن استخدام أي حمض تقريبًا، ولكن يُفضَّل استخدام حمض الهيدروكلوريك؛ لأنه يمتاز باستقرار الأكسدة والاختزال بوجهٍ عام، كما أنه رخيص. إذن هذا هو الاختبار الكامل.
مثال ١: تذكُّر المحلول المستخدَم لاختبار الغاز الناتج من تفاعل أنيون الكربونات مع حمض
يُختبَر الغاز الناتِج عندما يُضاف H C l ( ) a q إلى المادة الصلبة المجهولة باستخدام أشرطة من ورق الترشيح المبلَّل بأحد المحلولين المحمَّضين سواءٌ K M n O 4 أو K C r O 2 2 7.
يتسبَّب غاز S O 2 في تغيُّر لون محلول برمنجنات البوتاسيوم من اللون الأرجواني الداكن إلى اللون الوردي الباهت: 5 S O ( ) + 2 M n O ( , ) + 2 H O ( ) 2 M n ( , ) + 5 S O + 4 H ( ) 2 4 – 2 2 + 4 2 – + a q a q l a q a q أ ر ﺟ ﻮ ا ﻧ ﻲ و ر د ي ﺑ ﺎ ﻫ ﺖ
عندما يُستخدم حمض الكبريتيك المركَّز ( H S O ( ) 2 4 l ) للكشف عن أيونات الهاليد، يُضاف حمض الكبريتيك المركَّز قطرة بقطرة إلى العيِّنة الصلبة. ويمكن مبدئيًّا اختبار أيِّ غاز ناتِج بورقة عباد الشمس الزرقاء الرطبة.
ينتج عن الأملاح التي تحتوي على أيونات الفلوريد أو الكلوريد نتائج متطابقة بصريًّا. وتفاعُل هذه الأنواع من الأملاح هو ببساطة تفاعُل حمض مع قاعدة: 2 F ( ) + H S O ( ) S O ( ) + 2 H F ( ) C l ( ) + H S O ( ) H S O ( ) + H C l ( ) – 2 4 4 2 – – 2 4 4 – s a q a q g s a q a q g
فيما يلي نتائج اختبارات التحقُّق باستخدام نيترات الفضة للكشف عن الهاليدات الشائعة.
لا تتفاعل أيونات الفلوريد مع محلول الاختبار، ولا ينتج عن ذلك أيُّ راسب. بعبارةٍ أخرى، لا توجد نتيجة اختبار إيجابية للكشف عن أيونات الفلوريد باستخدام نيترات الفضة.
ومن المسائل التي تهم هذا الاختبار، حتى لو أُجري بطريقة صحيحة، هو أنه يكون من الصعب أحيانًا تحديد الفرق بين الرواسب الممكنة. في بعض أنواع الإضاءة، قد يبدو اللون الأبيض كريميًّا، واللون الكريمي قد يبدو أصفر. ويمكن ملاحظة التشابه بين لون الرواسب المختلفة في الصورة الآتية (من اليسار إلى اليمين: A g I و A g B r و A g C l ).
إحدى طرق حل هذه المشكلة هي إجراء اختبار التحقُّق على هذا المحلول المجهول جنبًا إلى جنب باستخدام محاليل معروفة تحتوي على الهاليدات (على سبيل المثال، محلول N a C l، ومحلول N a B r، ومحلول N a I ). عندئذٍ يمكننا المقارنة بين ألوان الرواسب بموجب الشروط نفسها.
باستخدام أملاح هاليد الفضة، نحصل على نتائج مختلفة عندما نُضيف محلول الأمونيا المخفَّف أو كمية فائضة من محلول الأمونيا.
إذا استخدمنا الأمونيا المركَّزة، فقد نصل إلى كمية فائضة بسرعة كبيرة. ولكن، إذا أضفنا الأمونيا المركَّزة بعناية بكميات صغيرة، يمكننا أن نحصل على النتائج نفسها التي نتوصَّل إليها باستخدام محلول الأمونيا المخفَّف.
يتمثَّل اختبار التحقُّق في اختزال أيونات النيترات باستخدام أيونات الحديد الثنائي ( F e 2 + ). وأحد نواتج اختزال أيونات النيترات هو أول أكسيد النيتروجين ( N O )، الذي يمكن أن يُكون مركبًا معقَّدًا مع أيونات الحديد الثنائي المتبقي لتكوين مادة صلبة بنية اللون. ويُعَدُّ حمض الكبريتيك ضروريًّا للتفاعل. إذا لم يُخلَط محلول حمض الكبريتيك المركَّز مع المحلول، فسيُكوِّن بدلًا من ذلك طبقة في قاع وعاء التفاعل (لأن حمض الكبريتيك المركَّز أكبر كثافة من الماء). وتتشكَّل حلقة بنية اللون من مركب الحديد الثنائي المعقَّد بين طبقة المحلول وطبقة حمض الكبريتيك؛ ولهذا السبب يُعرَف هذا الاختبار عادةً باختبار الحلقة البنية.
التفاعلات الأساسية المتضمَّنة هي اختزال أيونات النيترات باستخدام أيونات الحديد الثنائي: 2 N O ( ) + 3 H S O ( ) + 6 F e S O ( ) 3 F e ( S O ) ( ) + 2 N O ( ) + 4 H O ( ) 3 – 2 4 4 2 4 3 2 a q a q a q a q g l وتكوين مركب الحديد الثنائي المعقَّد البُني اللون: [ F e ( H O ) ] S O ( ) + N O ( ) [ F e ( H O ) ( N O ) ] S O ( ) + H O ( ) 2 6 4 2 5 4 2 a q a q s l
يمكننا الكشف عن أنيون الكبريتات في المحلول عن طريق التفاعل مع أيونات الباريوم ( B a 2 + ). تتفاعل هذه الأيونات مع أيونات الكبريتات لإنتاج راسب أبيض من كبريتات الباريوم ( B a S O ( ) 4 s ). كبريتات الباريوم غير قابلة للذوبان حتى في الأحماض المعدنية المخفَّفة مثل حمض الهيدروكلوريك وحمض النيتريك. وفوسفات الباريوم عبارة عن راسب أبيض مماثل لكبريتات الباريوم؛ ومع ذلك، فإن هذا الراسب الأبيض قابل للذوبان في حمض الهيدروكلوريك المخفَّف: S O ( ) + B a ( ) B a S O ( ) 4 2 – 2 + 4 a q a q s
يتمثَّل اختبار التحقُّق للكشف عن أنيون الكبريتات في إضافة محلول أسيتات الرصاص. وفي تفاعل الترسيب هذا، يتكوَّن راسب أبيض من كبريتات الرصاص، كما هو موضَّح في المعادلة الكيميائية الآتية: N a S O ( ) + ( C H C O O ) P b ( ) 2 C H C O O N a ( ) + P b S O ( ) 2 4 3 2 3 4 a q a q a q s
عند حدوث تفاعل كيميائي، قد نلاحظ عدة تغيُّرات محتملة، أو حتى مزيجًا من التغيُّرات، مثل تلك الموضَّحة في الشكل الآتي:
على الرغم من أن الاختبار الأوَّلي قد يُعطينا مؤشرًا جيدًا لأنيون معيَّن، فإن الاختبارات السلبية الأخرى عادةً ما تُعطينا النتيجة نفسها. ولذلك، فإننا نستخدم الاختبارات التأكيدية التي تؤكد نتائج الاختبارات الأوَّلية لتحديد الأيونات المجهولة بدقة في المواد الصلبة أو محاليلها.
بالنسبة إلى الفلز المرتبط بأملاح الكربونات والبيكربونات القابلة للذوبان في الماء، مثل الصوديوم، فإن اختبارات أيونات البيكربونات تُطابِق اختبارات أيونات الكربونات.
ولذلك، إذا استخدمنا حمض الهيدروكلوريك المخفَّف مع أي مادة وحدث فوران أو ظهرت فقاعات غاز، فهذا يعني أن المادة تحتوي على أيونات البيكربونات أو أيونات الكربونات. وعلى الرغم من أنه بإمكاننا اختبار إذا ما كان الغاز الناتج هو ثاني أكسيد الكربون أو لا باستخدام ماء الجير، فإن علينا إجراء اختبار للتأكد من وجود البيكربونات.
فيما يلي الاختبار بالكامل.
يمكننا معرفة الفرق بين ملح الكربونات وملح كربونات الهيدروجين من خلال هذا الاختبار. إذا انتظرنا قليلًا قبل تسخين الخليط، وتكوَّن راسب أبيض على الفور، فسنَعرِف بذلك أن أيونات الكربونات موجودة. إذا لم يظهر الراسب الأبيض إلا بعد التسخين، فهذا يعني أن أيونات كربونات الهيدروجين هي الموجودة لدينا.
فيما يلي الاختبار بالكامل.
يمكن إجراء اختبار التأكد من وجود أيونات الكبريتيد في المحلول بإضافة محلول نيترات الفضة. إذا كانت أيونات الكبريتيد موجودة، فسيتكون راسب أسود من كبريتيد الفضة.
فيما يلي الاختبار بالكامل.
ويمكن تكوُّن رواسب أخرى في حالة وجود أنيونات أخرى بخلاف الكبريتيد، وعلى سبيل المثال، أيونات الفضة وأيونات الكربونات تكوِّنان معًا راسبًا أبيض من كربونات الفضة. ومع ذلك، يظل اللون المميِّز لراسب كبريتيد الفضة واضحًا في حالة وجود أيونات الكبريتيد.
توضِّح الصورة سلسلة من الاختبارات أُجريت على ملح مجهول من أملاح الصوديوم، X.
ما صيغة ملح الصوديوم المجهول على الأرجح؟
أيون الثيوكبريتات ( S O 2 3 2 – ) يُشبه في تركيبه أيون الكبريتات ( S O 4 2 – ) وأيون الكبريتيت ( S O 3 2 – ). يمكننا التفكير في أيون الثيوكبريتات على أنه أيون كبريتات تحل فيه ذرة كبريت محل ذرة أكسجين واحدة. ومع ذلك، فإن حالة تأكسد الكبريت في الثيوكبريتات هي نفسها حالة تأكسد الكبريت في الكبريتيت:
من المهم تذكُّر ذلك؛ لأن اختبار الكبريتيت واختبار الثيوكبريتات متشابهان جدًّا؛ فكلاهما يبدأ بإضافة حمض الهيدروكلوريك. وفي حالة وجود أيونات الثيوكبريتات، يُنتَج غاز ثاني أكسيد الكبريت، بالإضافة إلى تكوُّن راسب أصفر من الكبريت، وهو ما يميِّز أيون الثيوكبريتات.
فيما يلي الاختبار بالكامل.
إن الاختبار التأكيدي للكشف عن أيون الثيوكبريتات يعتمد على قدرته على اختزال عنصر اليود إلى أيونات اليوديد. إذا أضفنا محلولًا من اليود إلى محلول الاختبار، وكان به قدر كافٍ من أيونات الثيوكبريتات، فسيتلاشى لون محلول اليود وتُأكسَد أيونات الثيوكبريتات ( S O 2 3 2 – ) لتكوين أيونات رباعي الثيونات ( S O 4 6 2 – ). وبما أن اليود مادة غير قابلة للذوبان في الماء، فإن محاليل اليود عادةً ما تحتوي على القليل من يوديد البوتاسيوم، وهو ما يساعد في إذابة جزيئات I 2.
فيما يلي الاختبار بالكامل.
يمكن أيضًا إجراء الاختبار باستخدام حمض الهيدروكلوريك المخفَّف للكشف عن وجود أنيونات النيتريت.
فيما يلي الاختبار بالكامل.
ويمكن إجراء الاختبار التأكيدي بتمرير الغاز المنطلق عند خلط H C l ( ) a q بالمادة الصلبة المجهولة في محلول K M n O 4 المحمَّض بحمض الكبريتيك المركَّز. ونلاحظ بذلك تحوُّل اللون الأرجواني الداكن للبرمنجنات إلى لون وردي فاتح؛ حيث يكون المحلول عديم اللون تقريبًا، وذلك بسبب اختزال أيونات المنجنات، كما هو موضَّح في الشكل الآتي:
ويمكن إجراء الاختبار التأكيدي بتمرير الغاز المنطلق عند خلط H C l ( ) a q بالمادة الصلبة المجهولة في محلول K M n O 4 المحمَّض بحمض الكبريتيك المركَّز. ونلاحظ بذلك تحوُّل اللون الأرجواني الداكن للبرمنجنات إلى لون وردي فاتح؛ حيث يكون المحلول عديم اللون تقريبًا، وذلك بسبب اختزال أيونات المنجنات، كما هو موضَّح في الشكل الآتي:
تفاعل: غاز ثاني أكسيد النيتروجين مع أيونات البرمنجنات
فيما يلي الاختبار.
يمكننا التأكد من طبيعة هذا الراسب بإضافة حمض الهيدروكلوريك المخفَّف. سنجد أن راسب فوسفات الباريوم الأبيض يذوب مرة أخرى كما هو موضَّح في الآتي. في حين، لن يتأثَّر راسب كبريتات الباريوم الأبيض بالحمض المعدني.
فيما يلي الاختبار بالكامل.
يمكننا هنا إجراء اختبار تأكيدي مختلف يتضمَّن استخدام محلول نيترات الفضة. تتفاعل أيونات الفوسفات مع أيونات الفضة لتكوين راسب أصفر من فوسفات الفضة، وهو ما يمكن إذابته مرةً أخرى عن طريق إضافة حمض النيتريك أو الأمونيا.
فيما يلي الاختبار بالكامل.
تفاعل: فوسفات الفضة مع حمض النيتريك
يوضِّح الجدول الآتي الملاحَظات التي سنتَّخِذها عند إضافة بضْع قطرات من محلول N a O H ( ) a q إلى محلول الكاتيونات، وكذلك الصيغة الكيميائية للرواسب المتكوِّنة.
لاحِظ أن جميع كاتيونات الفلزات تتفاعل مع N a O H ( ) a q المخفَّف لتكوِّن رواسب، ما عدا N H 4 +.
في بعض الكاتيونات، يُمكن أن تؤدِّي إضافة كمية فائضة من N a O H ( ) a q إلى كلِّ محلول إلى حدوث تغيُّرات في الرواسب. يوضِّح الجدول الآتي هذه الملاحَظات.
ويَنتُج مركَّب معقَّد عن التفاعل الكيميائي بين الراسب والكمية الفائضة من N a O H ( ) a q، ولكنْ يُمكننا أن نلاحِظ أن بعض الرواسب تذوب مرَّة أخرى بإضافة كمية فائضة من N a O H ( ) a q.
وتتكوَّن فقاعات من غاز الأمونيا ( N H ( ) 3 g ). وإذا تكوَّنت كمية كافية من غاز الأمونيا، فقد نتمكَّن من التعرُّف عليه من خلال رائحته النفَّاذة. إلَّا أن غاز N H ( ) 3 g يكون سامًّا عند استنشاقِه بكميات كبيرة؛، لذلك لا يُنصَح بشمِّ أنبوب الاختبار مباشرة. والطريقة الأكثر أمانًا للكشْف عن N H ( ) 3 g هي وضْع قطعة مبلَّلة من ورق عباد الشمس الأحمر بالقُرْب من فوهة أنبوب الاختبار. إذا تحوَّلتْ ورقة عباد الشمس إلى الأزرق، نعلم حينها أن الغاز يكوِّن قلويًّا على ورقة عباد الشمس. فعند تفاعل N H ( ) 3 g مع الماء على ورقة عباد الشمس الزرقاء فإنه يكوِّن N H O H ( ) 4 a q القلوي وفقًا للمعادلة الآتية: N H ( ) + H O ( ) N H O H ( ) N H ( ) + O H ( ) 3 2 4 4 + – g l a q a q a q
وهذا بالتأكيد عكس التفاعل السابق.
يُمكننا أيضًا تسجيل الملاحَظات عند إضافة بضْع قطرات من N H O H ( ) 4 a q المخفَّف ثم إضافة كمية فائضة من N H O H ( ) 4 a q إلى المحلول المائي لكاتيونات الفلزات. الجدول الآتي يلخِّص النتائج المتوقَّعة.
لاحِظ أن إضافة N H O H ( ) 4 a q المخفَّف إلى كاتيونات الفلز يؤدِّي إلى تكوين راسب بنفس اللَّوْن لكلِّ كاتيون، ما عدا C a 2 +. مع ذلك، يُمكننا استخدام كلا الاختبارين للكشْف عن C a 2 + في المحاليل، فالتفاعل مع N a O H ( ) a q المخفَّف هو الوحيد الذي يَنتُج عنه راسب.
أسئلة تطبيقية
٠ / ٦FeCl₂ vs FeCl₃ + NH₄OH:
NaNO₂ vs NaNO₃:
NaCl vs AlCl₃:
كاشف SO₄²⁻:
كاشف Al³⁺ (Grp III):
CO₃²⁻ + HCl →