الوحدةالثانية
الكيمياء التحليلية ()1
تعنى الكيمياء التحليلية بالتعرُّف على هوية العناصر واملركبات الكيميائية الداخلة يف تركيب املادة وتقدير كمياهتا ،وهي تعد كأحد فروع الكيمياء اليت ال غنى عنها يف معظم اجملاالت مثل جماالت الطب والصناعة والزراعة وتلوث البيئة وتكنولوجيا األغذية وغريها . ومن خالل هذه الوحدة سنحاول تسليط الضوء على بعض املفاهيم واملبادئ األساسية الكيميائية مثل املول والكتلة والتفاعالت واملعادالت الكيميائية ،وقوانني االحتاد الكيميائي مثل قانون النسب املتضاعفة وقانون بقاء الكتلة .وستتناول هذه الوحدة أيضًا كيفية وزن املعادالت البسيطة واملعقدة وأنواع التفاعالت الكيميائية والعالقة بني املول والكتلة وعدد افوجادرو وكيفية إجراء احلسابات الرياضية لتلك املفاهيم .
أوملبياد الكيمياء الوطين -الوحدة الثانية :الكيمياء التحليلية
1
الكيمياء التحليلية ()1 )Analytical Chemistry (1
الفصل الثالث : التفاعالت الكيميائية والمعادالت الكيميائية
التفاعالت الكيميائية معادلة كيميائية وزن معادلة كيميائية قانون حفظ الكتلة قانون النسب المتضاغفة تفاعل تفكك تفاعل تكوين تفاعل احالل بسيط تفاعل احالل مزدوج تفاعل تعادل تفاعل ترسيب تفاعل أكسدة واختزال تفاعل احتراق
أوملبياد الكيمياء الوطين -الوحدة الثانية :الكيمياء التحليلية
الفصل الرابع : الحسابات المولية
الحجم الكتلة الكثافة الحجم المولي للغازات تركيز المحاليل الموالرية المواللية الجزء من المليون التركيز المئوي الحجمي التركيز المئوي الكتلي
2
الفصل الثالث :التفاعالت الكيميائية واملعادلة الكيميائية Chemical Reactions & Equations ّ سأتعلم :
1-3التفاعالت الكيميائية Chemical Reactions
-مفهوم التفاعل الكيميائي .
ميكنك الرجوع إىل كتاب العلوم للصف اخلامس ،حيث مت ذكر موضوع التفاعالت الكيميائية يف الوحدة الثانية وبالتحديد يف الصفحات أرقام ( ، ) 121-111كما ميكنك الرجوع إىل كتاب العلوم للصف العاشر يف الوحدة الثانية – الفصل اخلامس -وبالتحديد يف الصفحة رقم . 131 وخالصة القول ،فإن التفاعل الكيميائي يتضمن ما يلي : .1تغير في توزيع الذرات وترتيبها . .2تكوين روابط جديدة . .3إنتاج مواد جديدة تختلف صفاتها عن صفات المواد المتفاعلة . .4انطالق أو امتصاص حرارة في معظم التفاعالت . →
(ماص للحرارة)
C + D
(طارد للحرارة)
C + D + heat
heat
A + B +
→
A + B
.5مساواة كتل المواد المتفاعلة والمواد الناتجة (قانون حفظ الكتلة) .
التفاعل الكيميائي
وهناك أدلة على حدوث التفاعل الكيميائي على الرغم أن بعضها يصعب اكتشافها ،ومن تلك األدلة ما يلي : .1تغير اللون
.2تصاعد غاز
.3تكوين راسب
.4حدوث تغير في الطاقة الحرارية أو الضوئية .
2-3املعادالت الكيميائية Chemical equation ّ سأتعلم :
مفهوم المعادلة الكيميائية . -ترجمة بعض التفاعالت الكيميائية إلى معادلة كيميائية رمزية .
ميكنك الرجوع إىل كتاب العلوم للصف العاشر ،حيث مت ذكر موضوع املعادالت الكيميائية يف الوحدة الثانية – الفصل اخلامس- وبالتحديد يف صفحات (. )133-131 أوملبياد الكيمياء الوطين -الوحدة الثانية :الكيمياء التحليلية
3
وتدل المعادلة الكيميائية على الحالة الفيزيائية للمواد المشتركة في التفاعل ،حيث يرمز للمادة في الحالة الصلبة بالحرف )(s وهي اختصار لكلمة ، Solidوالمادة السائلة بالحرف ) (lوهي اختصار لكلمة ،Liquidأما المادة في الحالة الغازية يرمز لها بالحرف ) (gوهي اختصار لكلمة ، gasوفي حالة المحلول يشار إليه بالحرفين ) (aqوهما اختصار لكلمة . aqueous شروط كتابة املعادلة الكيميائية : لكتابة المعادلة الكيميائية بشكل صحيح ،والتي يمكن من خاللها فهم كيف حدث التفاعل الكيميائي ،يجب مراعاة عدد من الشروط واألسس عند كتابة المعادالت الكيميائية ،وهي : -1كتابة الرموز والصيغ الكيميائية للمواد المتفاعلة في الطرف األيسر من التفاعل والرموز والصيغ الكيميائية للمواد الناتجة من التفاعل في الطرف األيمن ،ويرسم بينهما سهم يشير إلى اتجاه سير التفاعل كالتالي : C + D
→
مواد ناتجة
السهم
+
B
A
مواد متفاعلة
-2يجب أن تحتوي المعادلة على الرموز والصيغ الكيميائية الصحيحة للمواد المتفاعلة وللمواد الناتجة. مثال :تفاعل حمض الهيدروكلوريك ) (HClمع نترات الفضة ) (AgNO3كما مبين في المعادلة التالية : AgCl + HNO3
→
HCl
+
AgNO3
-3تكتب عدد من الرموز للداللة على تكون راسب أو تصاعد غاز ،كما هو موضح في في الجدول التالي : الرمز
الموضع الداللة يوضع على يمين المركب تصاعد مادة غازية يوضع على يمين المركب تكون راسب التفاعل بحاجة إلى تسخين (وينطق فوق السهم دلتا)
.4معرفة الظروف التي يتم فيها التفاعل مثل الضغط والحرارة وغيرها .5مساواة عدد ذرات كل عنصر في طرفي المعادلة (وزن المعادلة) : حيث إن المعادلة الكيميائية تتضمن أرقا ًما تس بق الرموز والصيغ الكيميائية وتدل على أعداد ذرات أو جزيئات المواد الداخلة في التفاعل والمواد الناتجة منه ،بمعنى أنها تساعدنا على تحديد العالقات الكمية بين المواد المشتركة في التفاعل ،وهذا ال يتم إال عن طريق وزن المعادالت بحيث يكون طرف كل معادلة متسا ٍو في عدد ذرات كل عنصر . أوملبياد الكيمياء الوطين -الوحدة الثانية :الكيمياء التحليلية
4
3-3وزن املعادالت الكيميائية Balancing Chemical Equations ّ سأتعلم :
التعّرف على خطوات وزن المعادلة الكيميائية . -وزن معادالت كيميائية بسيطة ومعقدة .
يعتبر وزن المعادالت الكيميائية من أهم أسس كتابة المعادلة الكيميائية بطريقة صحيحة ،ويجب فيها مراعاة أن يكون عدد ذرات كل عنصر متسا ٍو في كل طرف من أطراف المعادلة ،كما هو موضح في الشكل المقابل ،ويتم ذلك من خالل تعديل كميات المواد المتفاعلة reactantsوالناتجة ، products لتصبح أعداد الذرات وأنواعها هي نفسها في طرفي المعادلة ،وتسمى هذه العملية " بعملية وزن
وزن المعادلة الكيميائية
المعادلة الكيميائية " وتتم عملية الوزن بإضافة معامل رقمي يعادل الكميات المطلوبة . وجدير بالذكر أن هذا المعامل الرقمي يضاف على يسار (أي قبل) الرموز والصيغ الكيميائية للمواد المتفاعلة والناتجة من التفاعل .ويجب أن تكون المعامالت الرقمية أعدادًا صحيحة ( ، )........ ، 3 ، 2 ، 1ويفضل عدم كتابة المعامل الرقمي إذا كان قيمته واحد . ويمكن توضيح خطوات وزن المعادالت الكيميائية من خالل التفاعل الكيميائي بين الهيدروجين ) (H2والكلور )(Cl2 إلنتاج كلوريد الهيدروجين ) (HClكما في الجدول التالي :
أوملبياد الكيمياء الوطين -الوحدة الثانية :الكيمياء التحليلية
5
مثال : الخطوات
العملية
1
كتابة الصيغ الكيميائية للمواد المتفاعلة
2
كتابة الصيغ الكيميائية للمواد الناتجة
تفاعل الهيدروجين والكلور لتكوين كلوريد الهيدروجين Cl2
H2
+
2ذرة هيدروجين
2ذرة كلور HCl
ذرة هيدروجين وذرة كلور )HCl(g
3 كتابة معادلة التفاعل موضحًا الحالة الفيزيائية
→
ذرة هيدروجين وذرة كلور
)Cl2(g
+
2ذرة كلور
)H2(g 2ذرة هيدروجين
لكل مادة وزن المعادلة :
4
نجد من خالل معادلة التفاعل في
)2HCl(g 2ذرة هيدروجين و 2ذرة كلور
→
)Cl2(g 2ذرة كلور
+
)H2(g 2ذرة هيدروجين
الخطوة رقم ( )3أن عدد ذرات
نالحظ وجود 2ذرة هيدروجين و 2ذرة كلور في ك ًّل من
الهيدروجين والكلور غير متسا ٍو على
طرفي المعادلة
طرفي المعادلة ،بالتالي تكون المعادلة غير موزونة ،وحتى نجعل المعادلة موزونة نقوم بإضافة معامل رقمي يجعل كميات المواد متساوية على الطرفين ،وذلك من خالل ضرب كلوريد الهيدروجين في المعامل الرقمي (. )2
أوملبياد الكيمياء الوطين -الوحدة الثانية :الكيمياء التحليلية
6
والمخطط التالي يساعدك في كيفية وزن المعادلة الكيميائية : المواد المتفاعلة جهة اليسار
للمواد المتفاعلة
كتابة الرموز والصيغ الكيميائية
عدد ذرات كل عنصر في جهة اليسار
كتابة معادلة التفاعل موض ًحا الحالة الفيزيائية لكل مادة
وزن المعادلة الكيميائية من خالل تغيير المعامل الرقمي بحيث يجب أن تتساوى
للمواد الناتجة المواد المتفاعلة جهة اليمين وبينهم سهم
التأكد من صحة المعادلة
عدد ذرات كل عنصر في جهة اليمين
مثال (: )2 يتفاعل غاز الهيدروجين مع غاز األكسجين لتكوين مركب الماء ،اكتب معادلة التفاعل موزونة . الحل: .1تكتب الصيغ الكيميائية للمواد المتفاعلة :غاز الهيدروجين ) ، (H2وغاز األكسجين )(O2 .2تكتب الصيغ الكيميائية للمواد الناتجة. (H2O) : .3تكتب المعادلة على النحو التالي:
.4نقوم بوزن المعادلة : بما أن عدد ذرات الهيدروجين متساو على طرفي المعادلة ،لكن عدد ذرات األكسجين غير متسا ٍو ،بالتالي تكون المعادلة غير موزونة ،ولكي نجعل المعادلة موزونة نقوم بإضافة معامل رقمي يجعل كميات المواد متساوية على الطرفين ،وذلك من خالل ضرب جزيء الماء في المعامل الرقمي ) ،(2وحتى ال يختل توازن عدد ذرات الهيدروجين ،نضيف نفس المعامل الرقمي إلى جزيء غاز الهيدروجين .
أوملبياد الكيمياء الوطين -الوحدة الثانية :الكيمياء التحليلية
7
مثال (:)3 يتفاعل محلول يوديد البوتاسيوم مع محلول نترات الرصاص وينتج يوديد الرصاص الصلب ومحلول نترات البوتاسيوم ،اكتب معادلة التفاعل موزونة . الحل: .1نكتب الصيغ الكيميائية للمواد المتفاعلة والمواد الناتجة : المواد المتفاعلة :
)KI(aq
المواد الناتجة :
)+ KNO3(aq
Pb(NO3)2(aq) + )PbI2(s
.2نكتب المعادلة : )+ KNO3(aq
)KI(aq
)PbI2(s
Pb(NO3)2(aq) +
.3نزن المعادلة بإضافة المعامل المناسب ،حتى تتساوى أعداد ذرات كل عنصر على طرفي المعادلة : )2KNO3(aq
+
)PbI2(s
)2KI(aq
Pb(NO3)2(aq) +
مثال (:)4 يتفاعل محلول هيدروكسيد الماغنيسيوم مع محلول حمض الفوسفوريك المائي لتكوين فوسفات الماغنيسيوم الصلبة والماء .اكتب معادلة كيميائية موزونة تمثل هذا التفاعل ؟ الحل: )+ 6H2O(l
)Mg3(PO4)2(s
)2H3PO4(aq) + 3Mg(OH)2(aq
4-3قوانني التفاعل الكيميائي Chemical Reactions Laws ّ سأتعلم :
-التعّرف على قوانين التفاعل الكيميائي .
مت ذكر هذا املوضوع يف كتاب العلوم للصف التاسع يف الوحدة الثانية – الفصل الرابع – وبالتحديد يف صفحات ( ، )14-11فيمكنك الرجوع إليه .
أوملبياد الكيمياء الوطين -الوحدة الثانية :الكيمياء التحليلية
1
5-3أنواع التفاعالت الكيميائية Types of chemical reaction ّ سأتعلم :
تعرُّ ف أنواع التفاعالت الكيميائية (التكوين – التفكك – اإلحالل البسيط –اإلحالل المزدوج – التعادل – الترسيب – األكسدة واالختزال -االحتراق) . ميكنك الرجوع إىل كتاب العلوم للصف العاشر ،حيث مت ذكر املوضوع يف الوحدة الثانية – الفصل اخلامس – وبالتحديد يف الصفحات (131 – . )143 وسوف نكتفي هنا بذكر التفاعالت التي لم يتم التطرق إليها في مناهج العلوم ،وهي تفاعالت الترسيب وتفاعالت األكسدة واالختزال وتفاعالت االحتراق . أوال :تفاعالت الرتسيب : Precipitation reactions تحدث هذه التفاعالت بين المركبات بوجود الوسط المائي ،ويتكون مركبان أحدهما ال يذوب أو شحيح الذوبان واآلخر يترسب مثال : تك ّون راسب كلوريد الفضة عند إضافة كلوريد الصوديوم إلى محلول نترات الفضة
)NaNO3(aq
+
)AgNO3(aq) + NaCl(aq
)AgCl(s
ثانيًا :تفاعالت التأكسد واالختزال : Oxidation and reduction reactions
يحدث فيها فقد أو كسب إلكترونات . مثال : تفاعل الصوديوم مع الكلور لتكوين كلوريد الصوديوم : )2Na(s) + Cl2(g
)2NaCl(s يمكن تقسيم هذا التفاعل إلى خطوتين : -الخطوة األولى :
2Na+ + 2e-
2Na
( e-تعني إلكترون)
نالحظ أن ذرة الصوديوم فقدت إلكترونًا وتحولت إلى أيون صوديوم موجب Na+وبالتالي فإن الصوديوم قد تأكسد . -الخطوة الثانية :
2Cl-
Cl2(g) + 2e-
نالحظ أن كل ذرة كلور اكتسبت إلكترونًا وتحولت إلى أيون كلوريد سالب ، Cl-وبالتالي فإن الكلور قد اختزل . أوملبياد الكيمياء الوطين -الوحدة الثانية :الكيمياء التحليلية
1
ثالثًا :تفاعالت االحرتاق : Combustion Reactions يعتبر احتراق الوقو د بجميع أنواعه من أكبر األمثلة على تفاعالت االحتراق ؛ فمثال يحترق غاز الميثان بوجود األكسجين لينتج غاز ثاني أكسيد الكربون وبخار الماء وطاقة حرارية ،كما يلي : + energy
)CO2(g) +2H2O(g
أوملبياد الكيمياء الوطين -الوحدة الثانية :الكيمياء التحليلية
)CH4(g) + 2O2 (g
11
أسئلة الفصل الثالث
السؤال األول :اختر البديل الصحيح ًّ لكل من المفردات التالية : .1عند تفاعل قطعة من الصوديوم مع الماء يتصاعد غاز الهيدروجين وينتج : أ.كلوريد الصوديوم
ب.هيدروكسيد الصوديوم
ج.أكسيد الصوديوم
د.فوق أكسيد الصوديوم
.2يحل عنصر الماغنيسيوم محل عنصر الذهب في محاليل أمالحه ألنه : أ.ثنائي التكافؤ
ب.له نشاط كيميائي أكبر
ج.له نشاط كيميائي قليل
د.كتلته الذرية كبيرة
.3عند تفاعل محلول حمض الهيدروكلوريك مع محلول نترات الفضة يتكون راسب من : أ.كبريتات الفضة ج.هيدروكسيد الفضة
ب.كربونات الفضة د.كلوريد الفضة
السؤال الثاني :أجب عن األسئلة التالية : -1أي التغيرات التالية يعبر عن حدوث تفاعل كيميائي ،فسِّر أجابتك تحول الماء من الحالة السائلة إلى الحالة الغازية . احتراق الخبز . ذوبان السكر في الماء . تساقط أوراق الشجر . نفخ إطارات السيارات . -2ما مؤشرات حدوث تفاعل كيميائي في التفاعالت التي توضحها الصور التالية :
أوملبياد الكيمياء الوطين -الوحدة الثانية :الكيمياء التحليلية
11
.3يحترق غاز الميثان بوجود أكسجين الهواء الجوي لينتج بخار الماء وغاز ثاني أكسيد الكربون ،كما في المعادلة اآلتية : )CH4(g) + O2(g )CO2(g) + H2O(g في ضوء ذلك أجب عما يأتي: هل التفاعل مصحوب بتغير حراري؟ هل المعادلة موزونة؟وضِّح ذلك . في حال أن المعادلة لم تكن موزونة وضِّ ح كيف يمكنك وزنها . هل تحقق المعادلة التالية قانون حفظ الكتلة؟ فسِّر ..4ادرس التفاعالت اآلتية بدقة ،ثم أجب عن األسئلة التي تلي الجدول : )(1 )Na2CO3(s) --> Na2O(s) + CO2(g )(4 2 Fe(s) + 6 NaBr(s) --> 2 FeBr3(s) + 6 )Na(s )(7 Pb(NO3)2(s) + 2 KI(s) ---> PbI2(s) + 2 )KNO3(s
)(2 )Pb(s) + O2(g) --> PbO2(g )(5 2 H2O(l) ---> 2 H2(g) + )O2(g )(8 )8 Fe(s) + S8(s)--> 8FeS(s
)(3 )CH4(g) + 2 O2(g) --> CO2(g) + 2 H2O(g )(6 )Cl2(g) + 2KBr(aq) --> 2KCl(aq) + Br2(l )(9 )CaO(s) + H2O(l) ----> Ca(OH)2(s
أكمل العبارات التالية بوضع أرقام التفاعالت المناسبة لإلجابة عن األسئلة:أ -أي هذه التفاعالت تصنف كتفاعالت اتحاد مباشر؟............... ب -أي هذه التفاعالت تصنف كتفاعالت إحالل ؟................ ج -أي هذه التفاعالت تصنف على أنها تفاعالت تفكك؟................ د -أي هذه التفاعالت ينتج عنها تصاعد غازات؟................. .5أكمل الجدول التالي : التفاعل الكيميائي
معادلة كيميائية رمزية موزونة
نوع التفاعل
تسخين كربونات فلز هيدروجينية ماء +أكسيد فلز فلز نشط كيميائي +حمض فلز +ال فلز .1اختر معادلة كيميائية تمثل إحالالً مزدوجًا ،ووضِّ ح أن هذا التفاعل يصلح أن يكون من تفاعالت التأكسد واالختزال أم ال . أوملبياد الكيمياء الوطين -الوحدة الثانية :الكيمياء التحليلية
12
الفصل الرابع :احلسابات املولية والرتاكيز Calculations with Moles & Concentrations 1-4الكثافة – الكتلة – احلجم Density - Mass - Volum : ّ سأتعلم :
التعّرف على مفاهيم الكثافة والكتلة والحجم والعالقة بينهما . -كيفية استخدام العالقة الرياضية لحساب كالًّ من الحجم والكتلة والكثافة.
متت دراسة هذا املوضوع يف كتاب العلوم للصف اخلامس يف الوحدة الثانية يف الصفحات ( ، )111-71كما متت دراسته كذلك يف كتاب العلوم للصف السابع يف الوحدة الرابعة يف الصفحات (. )111-114 وبشكل عام فإنه يمكن ربط الكميات الثالث رياضيًا حسب العالقة الرياضية التالية : ٍ الكثافة = الكتلة ÷ الحجم
1-5موالت الغازات واحلجم املولي Moles of Gases and Molar Volum ّ سأتعلم :
التعّرف على موالت الغازات والحجم المولي . كيفية حساب مول – مول . كيفية حساب كتلة – كتلة . -كيفية حساب كتلة – حجم .
تتكون الغازات من جسيمات وتكون عادة على هيئة جزيئات فيما عدا الغازات الخاملة ،التي تتكون من ذرات .وبما أن المول يحتوي على نفس عدد الجسيمات فإن واحد مول من الغازات المختلفة المقاسة تحت الظروف القياسية ) (STPمن درجة الحرارة والضغط يشغل حجو ًما متساوية ويساوي 22.4لتر ،وبالتالي يحتوي على عدد أفوجادرو من جزيئات الغاز . واحد مول من أي غاز عند درجة حرارة الغرفة وضغط جوي واحد (الظروف القياسية ، )STPيشغل حج ًما مقداره 22.4لتر 3 3 1لتر = 1000مللتر = 1ديسم = 1000سم
أوملبياد الكيمياء الوطين -الوحدة الثانية :الكيمياء التحليلية
13
مثال (: )1 ما الحجم الذي يشغله 0.1مول من غاز الهيدروجين تحت الظروف القياسية؟ الحل: حجم الغاز = عدد الموالت × الحجم المولي للغاز = 2.24 = 0.1 x22.4لتر مثال (: )2 جم من غاز الميثان في الظروف القياسية ؟32ما الحجم الذي يشغله الحل : حجم الغاز = (كتلة الغاز ÷ الكتلة المولية للغاز) × الحجم المولي للغاز ديسم22.4 × 16) ÷(32 = 44.83
=
-1-5أ حسابات املول – مول Mole – Mole Calculations بمعرفة نسب عدد موالت المواد المتفاعلة يمكن حساب عدد موالت أي من المواد المتفاعلة أو المواد الناتجة ، فمثالً عند تفكك نترات األمونيوم ينتج بخار الماء وغاز أكسيد النيتروز الذي يستخدم في صنع المرطبات الثلجية (اآليس كريم) ،وفي تخفيف ألم األسنان في عمليات األسنان . اآليس كريم مثال (:)3 احسب عدد موالت حمض الهيدروكلوريك الالزمة للتفاعل مع 2.3مول من الخارصين الحل: كتابة معادلة موزونة للتفاعل
ZnCl2 + H
+ 2HCl
Zn
2mol
1mol
X
2.3
موالت حمض الهيدروكلوريك )4.6 moles = 2.3 ×2 = (X أوملبياد الكيمياء الوطين -الوحدة الثانية :الكيمياء التحليلية
14
-1-5ب حسابات الكتلة – كتلة Mass – Mass Calculations مثال (: )4 احسب كتلة الماء الناتج عند احتراق 0.1جم هيدروجين في وفرة من األكسجين
)2H2O(l
)2H2(g) + O2(g
من المعادلة الموزونة 2مول هيدروجين ينتج 2مول ماء إذا موالت الهيدروجين = 0.05 = 2 ÷ 0.1مول وهو نفس موالت الماء إذا كتلة الماء = عدد موالته × كتلته المولية = 0.9 g = 18 ×0.05 -1-5ج حسابات الكتلة – حجم Mass – Volume Calculations
مثال (: )5 تسستخدم في السيارات الحديثة حقائب هوائية تمأل بغاز النيتروجين عند تعرض السيارة للصدمات ,ويتكون هذا الغاز نتيجة لتفكك مادة ازايد الصوديوم حسب المعادلة التالية : )2Na(s) + 3N2(g
)2Na N3(s
إذا تفكك 13جم من ازايد الصوديوم في حقيبة هوائية ،فاحسب حجم النيتروجين الناتج في الظروف القياسية . الحل : نحسب موالت ازايد الصوديوم الكتلة المولية = )65 g/mol = 23 + (14 × 3 عدد الموالت = 0.2 =65 ÷13مول من المعادلة 2مول ازايد الصوديوم ينتج 3مول من النيتروجين موالت النيتروجين = )0.3 mol = 0.2 × (3÷2 حجم غاز النيتروجين = 6.72 =0.3 × 22.4لتر
أوملبياد الكيمياء الوطين -الوحدة الثانية :الكيمياء التحليلية
15
ولتبسيط اإلجابة في المسائل المتعلقة بتراكيز المحاليل يمكن االستفادة من المخطط التالي :
كتلة أو حجم المادة المجهولة
كتلة مادة معلومة بالغرام أو أي وحدة كتلة
تحويل إلى كتلة أو حجم بمعرفة الكتلة المولية أو الحجم المولي
تحويل إلى موالت بمعرفة الكتلة المولية
عدد موالت المادة المعلومة
عدد موالت المادة المجهولة باستخدام النسبة المولية
1-6تركيز احملاليل وحساباتها Concentrations of Solutions & Calculations : ّ سأتعلم :
التمييز بين التركيز الموالري والمواللي. -طرق تركيز المحاليل .
يحرص الطبيب دائ ًما على إعطاء المريض الجرعة المناسبة من محلول الدواء لالستشفاء من المرض .أما في حالة حدوث أي خطا في تحديد تركيز الدواء أو إعطائه جرعة زائدة عن حاجته فإن ذلك قد يؤدي إلى عواقب وخيمة . األمالح الموجود ة في جسم اإلنسان توجد بتركيز معين لكي تعطي الجسم التوازن المناسب ,لذلك أي نقص أو زيادة في التركيز يؤدي إلى احالل خلل في األنظمة الحيوية للجسم .كما يوجد الهيموجلوبين في الدم بتركيز معين ،فعلى سبيل المثال التركيز الطبيعي للهيموجلوبين لديهم يجب أن يتراوح بين 11 -13جم لكل 111مللتر من الدم . كما يوجد في مختبرك المدرسي أخي الطالب الكثير من المحاليل المائية بتراكيز مختلفة ،وبالتالي ستختار التركيز المطلوب حسب نوع التفاعل وطبيعة المواد المتفاعلة .توجد المحاليل المائية عادة بتركيز كبير يصل إلى %81كما في األحماض المركزة ،ويقوم فني المختبر بتخفيف الحمض المركز إلى التركيز المطلوب بإضافة الماء.
أوملبياد الكيمياء الوطين -الوحدة الثانية :الكيمياء التحليلية
16
-1-6أ طرق التعبري عن تركيز احملاليل : .1املوالرية ( الرتكيز اجلزيئي احلجمي) Molarity
تعتبر أشهر طرق التعبير عن تراكيز المحاليل وتعرف الموالرية أنها عدد موالت المادة المذابة في لتر واحد من المحلول ويرمز لها ب M الموالرية = Mعدد موالت المادة المذابة ÷ حجم المحلول باللتر
مثال (: )6 الفورمالين محلول مائي من الفورمالدهيد HCHOيستخدم لحفظ المحاليل البيولوجية .احسب كتلة الفورمالدهيد في محلول الفورمالين حجمه 2.5Lوتركيزه 12.3M الحل : عدد موالت الفورمالدهيد = التركيز الموالري × الحجم = 30.75 = 2.5×12.3مول كتلة الفورمالدهيد = عدد الموالت × الكتلة المولية = 922.5 = (2+16+12) × 30.75جم .2املواللية (الرتكيز اجلزيئي الكتلي) Molality
بشكل خاص عند دراسة الخواص التجميعية للمحاليل ألن هذا التعبير يدل على النسبة بين عدد دقائق المذاب والمذيب يستخدم ٍ في المحلول أكثر من مجرد معرفة عدد دقائق المذاب في حجم معين كما في الموالرية .تعرف المواللية بأنها عدد موالت المادة المذابة في كيلو جرام من المذيب ويرمز لها mوتعني مول /كجم . المواللية = عدد موالت المادة المذابة ÷ كتلة المذيب بالكيلوجرام
أوملبياد الكيمياء الوطين -الوحدة الثانية :الكيمياء التحليلية
17
مثال (: )7 محلول يتكون من 18.2gمن حمض الهيدروكلوريك و 250gمن الماء .احسب التركيز المواللي لهذا المحلول . الحل: عدد موالت الحمض = كتلته ÷ الكتلة المولية = 0.5 =36.5 ÷ 18.2مول التركيز المواللي = 2 mol/Kg = 0.5÷ 0.25 .3اجلزء من املليون )Part per million (ppm تستخدم هذه الطريقة في التعبير عن تراكيز ملوثات الهواء أو الماء أو المواد الغذائية ،كما تستخدم عندما يوجد المذاب بتراكيز ضئيلة ًّجدا في المحلول ،فعلى سبيل المثال تركيز الكلور في مياه أحواض السباحة هو 1 ppmوهذا معناه أن ا جم من الكلور يوجد في 1111لتر من الماء . الجزء من المليون ( = )ppmكتلة المادة المذابة ( ÷ )1gكتلة المذيب ( ) 106 g
مثال (: )1 وجد عن إجراء تحليل كيميائي إن 2.2mgمن اإلكسجين ذائب في 250 mlماء. احسب تركيز اإلكسجين في إجزا ٍء من المليون. الحل : 250 mlمن الماء = 250g كتلة المذاب = 2.2 ×103-g التركيز 8.8 ppm =2.2 ×103-g÷ 250 = ppm .4الرتكيز املئو
احلجمي )Percent by Volume (v/v %
يستخدم هذا النوع بشكل واسع عند التعبير عن تراكيز محاليل لسوائل في السوائل ويعرف بأنه عدد وحدات الحجم من المادة المذابة الموجودة في 100وحده حجم من المحلول . التركيز المئوي الحجمي ( ( = )v/v%حجم المادة المذابة /حجم المحلول ) 100% x أوملبياد الكيمياء الوطين -الوحدة الثانية :الكيمياء التحليلية
11
مثال (: )1 محلول حمض النيتريك حجمه 30mlويبلغ تركيزه المئوي الحجمي . 18% v/vما حجم حمض النيتريك النقي الموجود في المحلول ؟ الحل: ) = 18%حجم حمض النيتريك ÷ 100% × ) 30 حجم الحمض النقي = 5.4 ml = 18 ×30÷100
.5الرتكيز املئو
الكتلي )Percent by Mass (m/m %
يعرف بأنه عدد وحدات الكتلة من المادة المذابة الموجودة في 111وحده كتلة من المحلول. التركيز المئوي الكتلي ( ( = )m/m %كتلة المادة المذابة /كتلة المحلول) 100% x
مثال (: )11 عملة معدنية مصنوعة من النحاس ومواد أخرى كتلتها 35جم .إذا علمت أنها تحتوي على 1جم من الزنك ،فكم يكون التركيز المئوي الكتلي للزنك ؟ الحل التركيز المئوي الكتلي = )100% × (8÷35 = 22.86 %
أوملبياد الكيمياء الوطين -الوحدة الثانية :الكيمياء التحليلية
11
أسئلة الفصل الرابع السؤال األول :اختر البديل الصحيح ًّ لكل من المفردات التالية : -1كبريتات فلز صيغتها , M2SO4كتلة واحد مول منها 118جم ,فإن الكتلة الذرية النسبية بالجرام /مول ل Mهي : ج – 22د28 - ب14 - أ11 - -2اإليثانول CH3CH2OHكحول يمكن أن ينتج من تخمر الجلوكوز حسب المعادلة التالية: )2C2H5OH (aq) + 2CO2 (g
)C6H12O6 (aq
كم عدد موالت اإليثانول الناتجة من تخمر 8جم جلوكوز : د0.25 - ج0.1 - ب0.05 - أ0.01 - -3اتحد 0.1مول من الكلوريد XCl2مع 10.8جم من الماء لتكوين الهيدرات . XCl2.nH2Oما قيمة n؟ د10 - ج6 - أ 2 -ب4 - -4كتلة هيدروكسيد الصوديوم الموجودة في 2.5Lمن محلولها الذي تركيزه 0.010 Mهي : أ 0.010g -ب 0.40g -ج 1.0g -د2.5g - -5قام أحد الطالب بإذابة 170gمن KBrفي 100gمن الماء عند درجة حرارة 1000Cوبعد ترشيح المحلول الساخن وجد أن كتلة الملح غير الذائبة تساوي ، 51gفإن تركيز المحلول الناتج يساوي : أ 1M -ب 4.2M -ج 10M -د14.2M -
السؤال الثاني :أجب عن األسئلة التالية : -1تسمى إحدى األلعاب النارية المشهورة البركان السحري .تحتوي على بلورات برتقالية لمادة كيميائية تسمى كرومات األمونيوم ( (NH4)2Cr2O7 , )VIعند إشعالها بعو ٍد الثقاب ،تحترق لتكون سحب من مسحوق دقيق أخضر يسمى أكسيد الكروم ) (111وتنتج بخارًا كثيفًا وغاز النيتروجين حسب التفاعل اآلتي : )Cr2O3(S) + 4H2O (g) + N2(g
)(NH4)2Cr2O7 (S
أ -داخل إحدى هذه األلعاب النارية 25.2gمن ثاني كرومات األمونيوم .كم عدد تلك الموالت؟ ب -ما مقدار مسحوق أكسيد الكروم الناتج ؟ ج -كم عدد جرامات بخار الماء الناتج ؟ د -ما حجم غاز النيتروجين الناتج عند STP؟ أوملبياد الكيمياء الوطين -الوحدة الثانية :الكيمياء التحليلية
21
-2الكافور مادة بيضاء ذات رائحة طيبة يستخرج من جذور وسيقان نبات الكافور ،قام أحد الطالب بإذابة 45gمن الكافور C10H16Oفي 425mlمن اإليثانول .احسب مواللية وموالرية المحلول علما بإن كثافة اإليثانول 0.785g/ml -3إذا علمت أن النسبة المئوية الحجمية لمحلول حمض H2SO4تساوي ، 10% v/vفكيف يمكنك تحضير 250ml من الحمض إذا كانت نسبته المئوية الحجمية تساوي 1.5% v/v؟
أوملبياد الكيمياء الوطين -الوحدة الثانية :الكيمياء التحليلية
21