وعلى سبيل المثال ، عندما تتفاعل درة صوديوم مع ذرة كلور ، يعطي الصوديوم إلكترون واحد ويصل إلى حالة أكسدة +1. وتكتسب ذرة الكلور ذلك الإلكترون وتنخفض درجة أكسدتها بمقدار -1. وتعادل إشارة حالة الأكسدة (موجبة/أو سالبة) قيمة الشحنة الكهربية لكل أيون. ويرجع تكوين الرابطة الأيونية بين ذرة الصوديوم وذرة الكلور إلى تجاذب شحنتيهما المختلفتين.
افتقاد ذرة لإلكترونات يسمى "أكسدة" واكتساب ذرة أو جزيئ لإلكترونات هو "الاختزال" .
الأكسجين هو عامل الأكسدة المعتاد ، لكنه ليس الوحيد. وعلى الرغم من التسمية ، فلا يحتاج تفاعل الأكسدة إلى الأكسجين دائما. فعلى سبيل المثال , يمكن اشعال النار بمادة مؤكسدة أخرى غير الأكسجين مثل الفلور ، وحتى حينما تشتعل النار بالفلور فيصعب إطفاؤها. ذلك بسبب أن الفلور يعتبر مادة مؤكسدة أشد من الأكسجين ، حيث يمتلك سالبية كهربية أعلى من السالبية الكهربية للأكسجين.
خلية كهروكيميائية عدل
الخلية الكهروكيميائية هي جهاز ينتج تيارا كهربائيا من طاقة ناتجة من تفاعل أكسدة-اختزال. من ضمن تلك الخلايا خلية جلفانية أو الخلية الفولتية المسميتان باسم صاحب كل منهما وهما العالمين لويجي جلفاني وإليساندرو فولتا. وقد قام هذان العالمان الإيطالييان بعدة تجارب وبحوث في التفاعلات الكيميائية وإنتاج التيار الكهربائي خلال القرن الثامن عشر.
وتحوي الخلية الكهروكيميائية قطبين موصلين للكهرباء (يسميان مصعد ومهبط). ويعرف المصعد بأنه القطب الذي يحدث عليه أكسدة عند تغطيسه في كهرل، والمهبط هو القطب الذي يجرى عليه عملية اختزال ، وهويكون أيضا غاطسا في كهرل. تنتج الخلية الكهربية عندما نوصل بين القطبين فيسير تيار إلكترونات في خارج الخلية ، كما يسير تيار أيونات داخل الخلية في الكهرل. ويمكن استخدام أنواعا عديدة من الأقطاب فقد تكون معادن أو شبه الموصلات أو الجرافيت وحتى مكثور موصل للكهرباء conductive polymer. ويوجد بين القطبين كهرل يحتوي على أيونات يمكنها الحركة لتكملة "الدائرة".

شكل الخلية الأصلية
تستخدم الخلية الجلفانية قطبين من معدنين مختلفين ، وكل منهما غاطس في كهرل . وبحسب نوع معدن القطب سيتأكسد أحدهما (مكونا المصعد anode) ويختزل القطب الآخر مكونا المهبط cathode. سيتأكسد معدن المصعد حيث تتغير بعض ذراته من حالة الأكسدة 0 (في المادة الصلبة) إلى حالة أكسدة موجبة ويصبح أيونا. أما على المهبط ، يأتي المعادن بواسطة التحليل الكهربائي في "التقنية الجلفانية".
أكسدة الأنيونات ، مثلما في أكسدة الهالوجينات لإنتاج الفلور والكلور عن طريق التحليل الكهربائي لكلوريد القلويات.
يسمح التيار الكهربائي بتفاعلات اختزال من دون إضافة مادة اختزال أو مادة أكسدة.
تحضير غاز الأوزون.
التقنية الجلفانية
تحضير الهيدروجين، مثل التحليل الكهربائي للماء ،
تحضبر تيار كهربائي وعلى الأخص للأجهزة المحمولة :
خلية جلفانية
البطارية
بطارية الليثيوم أيون
بطارية السيارة
خلايا الوقود
قياس الجهد الكهربائي عند القيام بعمليات التحليل الكهربائي :
فولتمترية.
تصوير قطبي
قياس التيار
في أبحاث الترموديناميكا وتعيين سرعة التفاعلات الكيميائية ، ودراسة الصدأ وتآكل المعادن ،
في بحوث تحليل مسلسلات الدنا.
اكتشاف الكيمياء الكهربائية عدل

لويجي جلفاني

خلية وقود تعمل بالكحول.
كانت بحوث تشريح الضفدعة للعالم الإيطالي لويجي جلفاني هي المؤدية إلى اكتشاف ظاهرة الكيمياء الكهربية : تتقلص عضلات رجل الضفدعة عنما تتلامس أسلاك من معدنين مختلفين ملامسين لرجل الضفدعة. بعد ذلك استطاع أليساندرو فولتا في عام 1799 اختراع أول بطارية . فكانت البطارية هي أول مصدر - قبل اختراع توليد الكهرباء بواسطة مولد كهربائي للتيار الكهربائي ، ساعدت فيما بعد على اكتشافات عظيمة ، وكذلك اكتشاف وتحضير الصوديوم والبوتاسيوم والباريوم وسترونشيوم والكالسيوم والمغنسيوم وخلال السنوات 1807 / 1808 عن طريق العالم "همفري ديفي".
تمكن العالم الألماني "يوهان فيلهيلم ريتر " خلال القرن الثامن عشر من القيام ببحوث عن الجلفانية واخترع أول مركم. ثم جاء ميشيل فاراداي وأدخل الاصطلاحات قطب Elektrode , وكهرل electrolyt ، مصعد Anode ومهبط Kathode وأنيون Anion واكتشف عام 1832 قوانين فاراداي عن التحليل الكهربائي.
وحصل العالم ياروسلاف هيروفيسكي عام 1959 على جائزة نوبل في الكيمياء لاكتشافه طريقة تحليل كهروكيميائية ، التصوير القطبي.
خلال الأعوام 1887/1894 اكتشف "فلهيلم أوستفالد " الألماني أن الخلية الكهربائية لا بد وأن يكون لها مستقبلا كبيرا. ومن ضمن انجازات القرن العشرين كانت خلية الوقود بالفعل جهازا مهما ، ووجد تطبيقه في غزو الفضاء : ففي برنامج أبولو حيث هبط الإنسان على سطح القمر عام 1969 استخدمت خلايا وقود تعمل بالهيدروجين ، كانت تحضر رواد الفضاء ماء الشرب.كذلك استخدمت خلال التعيين النحاس في هذا التحليل النوعي البسيط ، واللون الأزرق المخضر في الشعلة دليل على وجود النحاس. (الصوديوم مثلا ينتج لونا برتقاليا أصفرا) .
الكيمياء التحليلية هي دراسة التركيب الكيميائي للمواد الطبيعية والاصطناعية. بخلاف الفروع الأخرى من الكيمياء مثل الكيمياء اللاعضوية أو الكيمياء العضوية فإن الكيمياء التحليلية غير محصورة بنوع محدد من المركبات أو بنوع معين من التفاعلات الكيميائية. الخواص التي تدرس في الكيمياء التحليلية تتضمن الخواص الهندسية مثل شكل الجزيئات وتوزع الذرات بها إلى خواص مثل التركيب وتحديد المكونات من العناصر. تطورت الكيمياء التحليلية على يد الكيميائيين التحليليين وأسهم تطورها في تقدم كثير من العلوم الأخرى : بالذات الكيمياء وعلم الحياة بفروعه وعلوم الأرض والتربة : من تطوير للنظريات ومناهج البحث (علوم بحتة) إلى تطوير التطبيقات مثل التطبيقات الطبية الحيوية، البيئية ومراقبة التطورات البيئية والمناخية وتأثيرات الإنسان على البيئة، رقابة الجودة في الصناعة خاصة صناعة الأدوية، وحتى التحليلات الجينية والوراثية في أبحاث علم الأحياء و الطب الجنائي
كلاسيكيا : تصنف طرق ومناهج الكيمياء التحليلية إلى نمطين : نوعية وكمية:
تحليل لاعضوي نوعي : يبحث في إثبات وجود عناصر كيميائية في مركب ما أو وجود مركب لاعضوي في عينة ما.
تحليل عضوي نوعي : يبحث عن تأكيد وجود زمرة وظيفية ما أو مركب عضوي في عينة ما.
التحليل الكمي : يبحث في تحدي المقادير الدقيقة لعنصر ما أو مركب ما في عينة مأخوذة. أي يعين وزن المركب أو العنصر بالجرام أو بالمليجرام.
الكيمياء التحليلية الحديثة تنقسم إلى قسمين : الهدف التحليلي analytical targets (الغرض من التحليل) ، أو طرق التحليل analytical methods (ابتكار طرق جديدة للتحليل). مجلة الكيمياء التحليلية تعمد على استعراض طرق مختلفة للتصنيف في العدد الأخير من كل سنة.
بعد جمع المعلومات الناتجة عن تحليل العينات يعمد لاستخدامها في تشكيل منحنى تعيير calibration curve، وقد يستخدم قياسي داخلي (شاهد داخلي) internal standard حيث يضاف بكميات معروفة للعينة المحللة للمساعدة على تحددي الكميات في التحليل. المقادير الموجودة من المادة المراد تحليلها تحدد كنسبة مقارنة بالشاهد الداخلي أو الخارجي كوسيلة تعيير، خاصة في الطرق الحديثة.
مقدمة
موضوع الكيمياء التحليلية ومهامها
تصنيفالتحليل الكيميائي وانواعه والكشف عن الشقوق الحامضية والقاعدية //عبقريات الكيمياء//د/
التحليل الكيميائي
* التحليل الكيميائي
يلعب التحليل الكيميائى دوراً مهماً في مجالات مختلفة مثل مجال الطب والزراعة والصناعة .
*أنواع التحليل الكيميائى
· التحليل الوصفي الكيفي : وذلك لمعرفة نوع المادة وتركيبها
· التحليل الكمي : وذلك بغرض تحديد النسبة المئوية لمكونات المادة
· التحليل الكيفي : للمركبات غير العضوية .
وهو يشمل:
- الكشف عن الشق الحامضى (الأنيونات)
- الكشف عن الشق القاعدى (الكاتيونات)
- الكشف عن الشقوق الحامضية :
وهى تقسم إلي ثلاث مجموعات
*أولاً : مجموعة حمض الهيدروكلوريك المخفف
وهى تشمل انيونات الكربونات - البيكربونات - الكبريتيت - الكبريتيد الثيوكبريتات - النتريت
التجربة الملح الصلب + حمض الهيدروكلوريك
1- الكربونات CO32-
Na2CO3 +2HCl =2NaCl + H2O + CO2
يتصاعد غاز يعكر ماء الجير إذا مر لفترة قصيرة الغاز هو ثاني أكسيد الكربون
CO2 + Ca(OH)2 CaCO3 + H2O
2- البيكربونات HCO3-
NaHCO3 + HCl =NaCl + H2O + CO2
ملاحظة
للتفرقة بين أملاح الكربونات وأملاح البيكربونات، نضيف إلي محلول الملح محلول كبريتات ماغنسيوم، يتكون راسب أبيض على البارد مع أملاح الكربونات ويتكون راسب أبيض بعد التسخين مع البيكربونات
Na2CO3 + MgSO4 =MgCO3 + Na2SO4
راسب أبيض
2NaHCO3 + MgSO4 =Na2SO4 + Mg(HCO)2
Mg(HCO3)2---- MgCO3 + H2O + CO2
راسب أبيض
3- الكبريتيت SO32-
Na2SO3 + 2HCl = 2NaCl + H2O + SO2
يتصاعد ثانى أكسيد الكبريت :
· غاز له رائحة نفاذة
· يخضر لون ورقة مبللة بثانى كرومات البوتاسيوم البرتقالية المحمضة بـ H2SO4 الغاز ثاني أكسيد الكبريت
K2Cr2O7 + 3SO2 + H2SO4 ==K2SO4 + Cr2(SO4)3 + H2O لون أخضر
· ويزيل لون محلول برمنجانات البوتاسيوم البنفسجية المحمضة
Na2SO3 + 2KMnO4+ 3H2SO4 == K2SO4 + 2MnSO4 + 3H2O بنفسجي
4- الثيوكبريتات S2O32-
Na2S2O3* + 2HCl =2NaCl + SO2 + H2O + S
راسب أصفر
2Na2S2O3 + I2 == Na2S4O6 + 2NaI
يزيل لون اليود البنفسجى
5- الكبريتيد S2-
Na2S + 2HCl== 2NaCl + H2S
يتصاعد غاز له رائحة البيض الفاسد ويسود ورقة مبلله بأسيتات الرصاص الغاز كبريتيد الهيدروجين
H2S + (CH3COO)2Pb== 2CH3COOH + PbS
راسب أسود
محلول الملح + محلول نترات الفضة راسب أسود
Na2S + 2AgNO3== 2NaNO3 + Ag2S راسب
مادة المراد تحليلها. وينقسم هذا الفرع إلى عدة طرق واساليب يمكن استخدامها ولكل منها استخداماته وأهميته منها:
التحليل الحجمي والتحليل الوزني
التحليل الحراري
التحليل النوعي
التحليل الطيفي
التحليل الآلي
التحليل الكهربائي.
ويمكن لبعض هذه الطرق أن تكتشف وجود مركب compound أو العناصر وبحساسية عالية قد تصل إلى تركيز جزء من مليون مليار جرام/لتر.
موضوع الكيمياء التحليلية ومهامها عدل
إن طرق التحليل النوعي والتحليل الكمي متنوعة جدا. ولهذا يمكن أن تدرس مادة ما بطرق مختلفة. ويطلق اسم الكيمياء التحليلية على العلم الذي يختص بطرق التحليل. وبمعنى أوسع، فإن الكيمياء التحليلية علم لا يقتصر على طرق تحليل تركيب حليلة مراد تحليلها، بل يشمل أيضا طرق الدراسة الكيميائية المتعددة الجوانب للمواد المحيطة بنا على الأرض و الكواكب التي نستطيع مراقبتها.[1]
وتساعد الكيمياء التحليلية على حل العديد من المسائل، منها[1]:
إيضاح طبيعة العينة المدروسة (الحليلة analyte ) ، أي إثبات ما إذا كانت المادة المعنية من منشأ عضوي أو لا عضوي.
تحديد أشكال وجود المكونات المستقلة في العينة (مثال وجود S0، أو S−2، أو SO−23، أو SO−24) ودرجة أكسدة العناصر (Fe+2، أوFe+3، أو Cr+2، أو Cr+3، وغيرها).
تعيين تركيب وكمية كل من المكون الرئيسي (الذهب على هيئة فلز فطري مثلا) والشوائب الغريبة فيه (النحاس والفضة في عينة الذهب مثلا) وكذلك كمية الشوائب الدقيقة (أي الموجودات بكميات ضئيلة جدًا) وتوزعها المحلي في عينات تكنيكية عالية النقاوة (كالبورون في الجرافيت والحديد وأشباه الموصلات وغيرها).
تعيين صيغة مركب مجهول (كمعدن ما أو مادة مصطنعة من جديد أو مستحضر دوائي مستخلص من النبات وما شابه ذلك).
الكشف في المركب المعني عن عناصر تركيبية معينة ومن ثم تحديد بناء هذا المركب (كالكشف في المركب المدروس عن مجموعات هيدروكسيلية أو كربوكسيلية أو روابط ثنائية أو شقوق هيدروكربونية معينة أو ما شابه ذلك).
تشكل الكيمياء التحليلية جزءًا من علم الكيمياء، وذلك إلى جانب الكيمياء العامة والكيمياء اللاعضوية والكيمياء العضوية والكيمياء الفيزيائية.
ومادة الكيمياء التحليلية هي نظرية وتطبيق طرق التحليل المختلفة. أما مهماتها فهي التالية[1]:
التطوير المتعدد الجوانب لنظرية طرق التحليل،
تحسين طرق التحليل الحالية وتعليلها علميا،
وضع طرق جديدة في التحليل تتفق ومتطلب اسم الكيمياء التحليلية على العلم الذي يختص بطرق التحليل. وبمعنى أوسع، فإن الكيمياء التحليلية علم لا يقتصر على طرق تحليل تركيب حليلة مراد تحليلها، بل يشمل أيضا طرق الدراسة الكيميائية المتعددة الجوانب للمواد المحيطة بنا على الأرض و الكواكب التي نستطيع مراقبتها.[1]
وتساعد الكيمياء التحليلية على حل العديد من المسائل، منها[1]:
إيضاح طبيعة العينة المدروسة (الحليلة analyte ) ، أي إثبات ما إذا كانت المادة المعنية من منشأ عضوي أو لا عضوي.
تحديد أشكال وجود المكونات المستقلة في العينة (مثال وجود S0، أو S−2، أو SO−23، أو SO−24) ودرجة أكسدة العناصر (Fe+2، أوFe+3، أو Cr+2، أو Cr+3، وغيرها).
تعيين تركيب وكمية كل من المكون الرئيسي (الذهب على هيئة فلز فطري مثلا) والشوائب الغريبة فيه (النحاس والفضة في عينة الذهب مثلا) وكذلك كمية الشوائب الدقيقة (أي الموجودات بكميات ضئيلة جدًا) وتوزعها المحلي في عينات تكنيكية عالية النقاوة (كالبورون في الجرافيت والحديد وأشباه الموصلات وغيرها).
تعيين صيغة مركب مجهول (كمعدن ما أو مادة مصطنعة من جديد أو مستحضر دوائي مستخلص من النبات وما شابه ذلك).
الكشف في المركب المعني عن عناصر تركيبية معينة ومن ثم تحديد بناء هذا المركب (كالكشف في المركب المدروس عن مجموعات هيدروكسيلية أو كربوكسيلية أو روابط ثنائية أو شقوق هيدروكربونية معينة أو ما شابه ذلك).
تشكل الكيمياء التحليلية جزءًا من علم الكيمياء، وذلك إلى جانب الكيمياء العامة والكيمياء اللاعضوية والكيمياء العضوية والكيمياء الفيزيائية.
ومادة الكيمياء التحليلية هي نظرية وتطبيق طرق التحليل المختلفة. أما مهماتها فهي التالية[1]:
التطوير المتعدد الجوانب لنظرية طرق التحليل،
تحسين طرق التحليل الحالية وتعليلها علميا،
وضع طرق جديدة في التحليل تتفق ومتطلبات العلم المتطور والصناعة الحديثة،
تحليل المواد الطبيعية والوسط المحيط (الجو وغلاف الأرض المائي واليابسة) وكذلك المواد التكنيكية،
تأمين رقابة كيميائية تحليلية على الصناعة والأبحاث العلمية في مجال الكيمياء والصناعة الكيميائية والكيمياء الحيوية والكيمياء الزراعية والكيمياء الجيولوجية والميتالورجيا والبيولوجيا والطب وغيرها.
تصنيف الطرق التحليلية عدل
مختبر استشراب غازي ؛ أو Gas chromatography (جهاز تحليل لوني غازي).
وفقا لأهداف التحليل
كيمياء حيوية تحليلية
تحليل المواد
الفصل : مثل الكروماتوجرافي أو التفريق اللوني والرحلان الكهربائي
بلورية
مجهرية
تحليل كهربائي بواسطة بطارية مثلا.
قائمة كاملة وقائمة بطرق تحليل المواد أو دمج بين عدة تقنيات هجينة:
أهمية الكيمياء التحليلية عدل
قضيب تحريك أثناءالعمل ، يحركه من أسفل مغناطيس كهربي دوّار.
تقوم الكيمياء التحليلية في كثير من العلوم بدور مهم، وكذلك فهي لاغنى عنها أساسًا في علم الحياة، إذ يستفاد من التقنية التحليلية في دراسة المواد الحية وعمليات التمثيل الغذائي وغيرها، ولا يستطيع الأطباء تشخيص الأمراض دون الاستناد إلى نتائج التحليلات اللازمة لذلك. كما نجد أن تقسيم المعادن جاء بعد معرفة تامة بالمكونات الكيميائية له. ولا يستطيع الفيزيائيون تشخيص نواتج تصادم الدقائق ذات الطاقة العالية بدون استخدام التقنية التحليلية في الصناعة الحديثة. إن قيمة المواد الخام ومدى نقاوة منتج صناعي وملاءمته للاستعمال والسيطرة على العمليات الصناعية في مرحلة أو أكثر نحتاج إلى معرفة الكيمياء التحليلية للتأكد من جودة الإنتاج الصناعي.
أنواع الكيمياء التحليلية عدل
التحليل النوعي أو الوصفي عدل
هو مجموعة العمليات التي يتم فيها الكشف عن تركيب المواد أو المركبات أو العناصر الداخلة في تركيب مادة معينة أو خليط من المواد سواء أكان في الحالة الصلبة أو محلول في مذيب معين ولايتعرض هذا التحليل إطلاقًا إلى كميات هذه المكونات. وهو الذي يهتم بالمظهر الخارجى للمركب مثل اللون والرائحة والطعم
التحليل الكمي عدل
ويبحث في تقدير كميات المكونات أو العناصر الداخلة في تركيب المركب الكيميائي أو الخليط، ويتبين من هذا أن التحليل النوعي لمادة مجهولة التركيب يسبق عادة التحليل الكمي لها؛ لأنه لا يجوز تقدير مادة معينة تقديرًا كميًا ما لم يتأكد من وجودها وصفيًا. ويشمل التحليل الكمي على :
التحليل الوزني عدل
ويتم التحليل الكمي بالوزن بترسيب المادة وتقديرها كميًا في هيئة عنصر منفرد أو مشتق معين معروف التركيب يفصل عن المحلول بالترسيب أو الطرد المركزي ثم غسله وتجفيفه ووزنه، فيحسب وزن المادة المراد تقديرها من معرفتنا لوزن الراسب وتركيبه بدقة. فمثلا يمكن تعيين نسبة الكلور في ملح الطعام مثلا بإذابة وزن معين من الملح في الماء ثم إضافة محلول نترات الفضة إليه فيترسب على شكل كلوريد الفضة، ثم يرشح الراسب ويغسل ويجفف ثم يوزن لمعرفة كمية الكلور ونسبته في الملح، ويطرق التحليل الآلي عدل
تقدر المادة بقياس بعض من خواصها الفيزيائية أو الكيميائية مثل الكثافة واللون ومعامل الانكسار والتوصيلة الكهربائية والتغيرلت الحرارية والكهربائية.....الخ. وتعتمد هذه الطرق أساسًا على القياسات الآتية :
انبعاث الطاقة الضوئية
يتضمن هذا القياس إثارة المادة إلى مستويات عالية من الطاقة بالطاقة الضوئية أو الكهربائية ثم رجوعها إلى مستوى طاقة منخفض فينبعث منها من الطاقة الممتصة وتكون مقياسًا لكمية المادة وذلك بواسطة الطرق الآتية :
طرق تسجيل الطيف الانبعاثي (emission spectrography)، حيث تثار المادة باستخدام القوس الكهربائي.
المطياف الفوتومتري باللهب(flame photometry)، حيث تثار المادة باستخدام أنواع مختلفة من اللهب وبعد رجوع المادة إلى حافة طاقة منخفضة تقاس كمية الضوء المنبعثة.
وميض الأشعة السينية (x-ray fluorecence)حيث تثار المادة بأشعة سينية ذات طول موجي معين وبعد رجوعها إلى حالة طاقة منخفضة تقاس الأشعة المنبعثة وهي التي تقوم بتمييز العنصر.
امتصاص الطاقة الضوئية
ويتضمن قياس كمية الطاقة الضوئية عند طول موجه معينة تمتصها المادة المراد تحليلها، ولهذا يمكن استخدام مايلي: أ - الطرق الطيفية اللونية.
ب - الطرق الطيفية في المنطقة فوق البنفسجية.
جـ- الطرق الطيفية في المنطقة تحت الحمراء.
د - طريقة الأشعة السينية.
هـ- الرنين النووي المغناطيسي: تتضمن هذه الطريقة التفاعل بين موجات الراديو وأنوية الذرات التي تكون في مجال مغناطيسي.
الطرق الكهربائية
أ - التحليل بطريقة التوصيل الكهربائي حيث يقاس التغير في معامل التوصيل الكهربائي لمحلول النموذج.
ب - التحليل بقياس فرق الجهد حيث يقاس الجهد الكهربائي المتغير في أثناء التفاعل عند وضع القطب في المحلول ويمكن معرفة انتهاء التفاعل ومن ثم يمكن حساب تركيز المواد المتفاعلة.
جـ- التحليل بقياس الكمية الكهربائية حيث تقاس الكمية الكهريائية بالكولوم اللازمة لإكمال التفاعل الكهروكيميائي.
د - البولاروجرافيا حيث تقاس قيمة التيار الكهريائي حيث تتناسب مع تركيز المادة التي تختزل أو تتأكسد في تفاعل كهروكيميائي عند القطب المايكروني.
التحليل الكروماتوجرافي
يعتمد هذا النوع من التحليل على اختلاف المواد بعضها عن بعض في ميلها للأمتزاز أو التجزئة أو التبادل خلال سطح مغلف بمذيب مناسب أو خلال مادة كيميائية ومن ثم يمكن أن تنفصل تلك المواد، وتنقسم طرق الطريقة غير المباشرة :
إذ تحدد بواسطتها قياسات الأوزان المفقودة أو الناقصة في الوزن بوصفها نتيجة لخاصية التطاير بالعينة.
طرق التحليل الحجمي عدل
تستعمل في هذه الحالة طرق مباشرة وغير مباشرة لتعيين أوزان المواد أو بعض مكوناتها وتشمل هذه الطرق ما يلي :
طريقة المعايرة الحجمية:
وتتضمن استعمال محاليل ذات تراكيز معلومة وقياس حجوم مثل هذه المحاليل التي تتفاعل كميًا مع محلول المادة المراد تقديرها لحد نقطة معينة تسمى نقطة التكافؤ أو نقطة انتهاء التفاعل التي يمكن الكشف عنها بواسطة الأدلة التي تتضمن تغيرًا حادًا في خواص المحلول كاللون أو التعكير الذي تلحظهما بالعين المجردة أو تقاس بالطرق الكيميائية الفيزيائية كقياس فرق الجهد أو التوصيل الكهربائي. ويسمى المحلول المعلوم التركيز بالمحلول القياسي وهو المحلول الذي يحتوي حجم معين منه على وزن معلوم من المادة المذابة. أما عملية إضافة المحلول القياسي من السحاحة إلى حجم معين من محلول المادة المجهولة التركيز في الدورق المخروطي أو العكس حتى يتم التفاعل فتسمى بعملية المعايرة. ومن قوانين التكافؤ الكيميائي وتحديد حجم المحلول القياسي المستعمل في المعايرة نستطيع أن نعين وزن المادة المجهولة أو النسب الوزنية لما فيها من مكونات سواء أكان بطرق مباشرة أو غير مباشرة.
التحليل الغازي:
وتقاس بهذه الطريقة كمية الغازات المستهلكة وفيه تقدر المادة بتقدير حجم الغاز الذي قد يكون هو المادة المراد تقديرها أو ناتجًا عن تفاعل تلك المادة مع مواد أخرى بحيث تعطي غازًا يمكن تقديره. ويجب أن لا يفهم بأن عمليات التحليل الكمي والنوعي لا يمكن أن تتم إلا عن طريق التفاعلات الكيميائية. وعمليات الفصل بالطرق الطبيعية لها أثرها الواضح في بناء أكثر مراحل التحليل الكروماتوجرا في لمكونات الخليط ثم يلي ذلك التمييز بطرق كيميائية. ومع أن طرق التحليل الحجمي تتطلب توفر شروط وخبرة لتجاوز الأخطاء أو العيوب فأنها تفضل في التطبيق العملي والاستعمال على طرق التحليل الوزني؛ على الرغم من دقة النتائج التي يمكن الحصول عليها عند استعمالها لكنها تتركزوتستغرق وقتًا طويلا ً لإتمام التحليل، قد يتجاوز الانتظار للحصول على نتائجها عدة ساعات أو أيام، وهو ما لا يتفق والحاجة العملية خاصة في السيطرة الكيميائية على العمليات الصناعية لتوجيه التفاعلات إلى الوجهة الصحيحة للحصول على نتائج ذات مواصفات عالية وتنقسم طرق التحليل الكروماتوجرافي إلى :
كروماتوجرافيا الادمصاص: ويقصد به التحليل الكروماتوجرافي عن طريق الأدمصاص على السطح.
كروماتوجرافيا التبادل الأيوني : ويقصد به التحليل الكروماتوجرافي عن طريق تبادل الأيونات بين مادة التقدير وبين أيونات السطح الذي يحدث عملية التبادل وهي مادة كيميائية راتنجية.
كروماتوجرافيا التجزئة: ويقصد به التحليل الكروماتوجرافي عن طريق الفصل التجزيئي لمخلوط من عدة مواد وتنقسم هذه الطريقة إلى كروماتوجرافيا العمود بالتجزئة ويتم فيها التحليل على عمود معبأ بمادة معينة.
كروماتوجرافيا الطبقة الرقيقة: وفيه يتم التحليل الكروماتوجرافي بالادمصاص أو التوزيع على ألواح زجاجية تنثر عليها مادة مسامية يجرى عليها الفصل والتحليل.
5.كروماتوغرافيا الأداء الفائق للسوائل HPLC :
تفضل طرق الاستشراب السائل فائق الأداء (High-performance liquid chromatography) (HPLC) على الطرق المتبعة الأخرى في التحليل الكمي. وذلك لنوعيتها المثالية للحليلة analyte أو الحلائل المراد فصلها، بحيث نحصل على فصل نوعي ودقيق لمكونات المزيج المراد التعرف عليه. إن أجهزة الـ HPLC متوفرة بسهولة لأنها تستخدم في مجالات متعددة منها مجال التقانة الحيوية والتقانة الطبية السريرية والتحاليل الصيدلانية. إضافة إلى استخدامها في الكيمياء ومستحضرات التجميل وفي الطاقة والبيئة والصناعات الغذائية. كما وأن توافر أجهزة بأسعار مقبولة وذات كفاءة متطورة وموثوقة قد جعل أجهزة الـHPLC هي الطريقة المفضلة في التحاليل الصيدلانية وذلك بدءً من إنشاء Synthesis العقار أو فصل مكوناته أو ضبط جودته. لقد تطور استخدام الـHPLC بشكل كبير خلال العقود الماضية ففي الستينات تم وضع الأسس والمبادئ النظرية لهذه التقنية، وأدى التطور في مواد تعبئة عمود الاستشراب في السبعينات إلى تطور الاستشراب بالطور العكوس. وفي الثمانينات أدى التطور في الحواسيب والأتمتة إلى سهولة استخدام الـ HPLC . وفي التسعينات طورت أعمدة الاستشراب الميكرونية (الصغيرة) وأعمدة الاستشراب المتخصصة لاستعمال محدد ، المشعرات (متحريات) Detector الثابتة، بالإضافة إمكانات الحصول على البيانات المتكاملة وتخزينها واسترجاعها ، مما أدى إلى الزيادة الكبيرة في فعالية وسرعة أجهزة الـ HPLC.
كروماتوجرافيا الغاز: ويتضمن هذا التحليل الكروماتوجرافي باستخدام غاز ناقل يقوم بحمل أبخرة المواد المحل
التحليل الكهربائي (أو الكهرلة) في الكيمياء والصناعة هي الطريقة التي يتم بها استخدام تيار كهربائي لإطلاق تفاعل كيميائي غير ممكن الحدوث بدونه. للتحليل الكهربائي أهمية تجارية عالية كعملية لفصل العناصر من أشكالها الموجودة في الطبيعة مثل الفلزات باستخدام خلية التحليل، كما يستخدم التحليل الكيميائي لتحضير مواد يصعب تحضيرها بالوسائل الكيميائية أو بسبب ارتفاع تكاليف الطرق الكيميائية . والأمثلة على ذلك موجودة في تحضير الألمونيوم، والكلور ومحلول هيدروكسيد الصوديوم النقي.
الطريقة عدل

التحليل الكهربائي.

تحليل كهربائي لمحلول يوديد الزنك ، الأقطاب من أي مادة أخرى .
يمرر تيار مستمر بين قطبين في محلول موصل للكهرباء (كهرل). وعن طريق التحليل الكيميائي يحدث انفصال النواتج من المحلول.
يعمل الجهد الكهربائي فقدا للإلكترونات على القطب الموصول بالطرف الموجب من المصدر الكهربائي وفي نفس الوقت زيادة في عدد الإلكترونات في القطب الآخر (المهبط) الموصول بالطرف السالب للمصدر. ويجري في المحلول أيونات بعضها موجب الشحنة و الآخر سالب الشحنة . تذهب الأيونات الموجبة الشحنة (كاتيونات) إلى المهبط وتأخذ منه إلكترونات مما يجعلها مُختزلة. أما على المصعد (القطب الموجب) فيجري تفاعل عكسي ، حيث تعطي الأيونات السالبة الشحنة (أنيونات) إلكترونات إلى القطب وتتأكسد الأنيونات. وتكون كمية الإلكترونات المأخودة من المهبط مساوية للإلكترونات المعطاة للمصعد .
يجري انتقال الأيونات في المحلول عن طريق النفاذية في المحلول وعن طريق قوي التجاذب الكهرستاتيكي بين الأيونات والأقطاب.
يلزم لتلك العملية فرق جهد معين لا يصح أن يقل عنه، ويسمى فرق الجهد اللازم جهد التحلل Uz . فيجب أن يكون فرق الجهد مساويا لجهد التحلل أو يزيد عنه لكي تسير العملية . وإذا كان فرق الجهد أقل من هذا الحد الأدنى اللازم لسير العملية فلا تتم العملية، ويصبح سطح كل قطب ملامس للمحلول غير موصل للكهرباء.
يمكن معرفة جهد التحلل لكل مادة من جهد الاختزال. كما نحصل من جهد الاختزال على معلومات إضافية مثل تحلل أقطاب فلز في حمض أو كيفية خفض جهد التحلل عن طريق اختيار قيمة pH-Wert في المحلول.
فعن طريق معرفة جهد الاختزال لمادة يمكننا حساب أنه لتكوين الأكسجين على المصعد عند تحليل الماء في محلول قلوي (جهد التحلل : 401 و0 فولت) يجري عند جهد أقل عنه تكونه في محلول حمضي (جهد التحلل: 23و1 فولت]] أو محلول متعادل (جهد التحلل: 815و0 فولت) . كما يمكننا حساب أن فصل الهيدروجين على المهبط يكون أسهل في محلول حمضي عنه في ماء متعادل أو في محلول قلوي.
عندما يكون في المحلول عدة كاتيونات قابلة للاختزال فنجد أن العملية تبدأ باختزال الكاتيونات التي لها جهدا موجبا في قائمة الجهود القياسية (سلبيتها أضعف) . فنجد أنه في محلول مائي يحتوي على كلوريد الصوديوم نجد أنه يترسب على المهبط الهيدروجين وليس الصوديوم.
كذلك في وجود عدة أنواع من الأنيونات في المحلول وتكون قابلة للأكسدة ، نجد أن الأكسدة تحدث أولا لتلك الأنيونات التي تأتي في قائمة الجهود القياسية قريبة من الجهد صفر، أي التي تمتلك جهد اختزال موجب أضعف.
عند تعدية جهد التحلل تزداد شدة التيار بزيادة الجهد الموصول بالخلية . وطبقا لقانون فاراداي تتناسب كمية المادة المترسبة من المحلول تناسبا طرديا مع كمية الشحنة المارة في الخلية (أي حاصل ضرب شدة التيار في الزمن، انظر قانون فاراداي ) .
مثال:
لتكوين 1 جرام من الهيدروجين (نحو 2و11 لتر ، لتكوين جزيئ الهيدروجين يلزمه إلكترونين ) من محلول مائي يلزمه مرور شحنة كهربائية قدرها 96485 كولوم (1 C = 1 A·s) b . فإذا كانت شدة التيار 1 أمبير فيلوم نحو 28 ساعة و 48 دقيقة لتكوين 2و11 لتر من الهيدروجين.
عمليا نحتاج إلى جهد أعلى لتسير عملية التحليل الكهربائي عن جهد الاختزال وذلك بسبب تخميد يحدث تلقائيا على سطح الأقطاب.عند قطع التيار وانتهاء عملية التحليل الكهربائي يمكننا قياس دفعة تيار كهربائي بين القطبين في الاتجاه العكسي . هذا التيار الذي يمر لفترة قصيرة يحدث بسبب عملية عكسية في خلية التحليل ، وهي تكوين خلية جلفانية. عندئذ لا يوجد تيار يعمل على تحليل المحلول وإنما ينشأ تيارا كهربائيا لمدة قصيرة، وتستخدم تلك الظاهرة لبناء وتشغيل خلية الوقود (حيث يتسبب تفاعل الهيدروجين والأكسجين في إنتاج طاقة كهربائية القطب الكهربائي (أو المسرى الكهربائي أو الإلكترود) هو موصل كهربائي يستعمل مع جزء آخر غير معدني (مثل نصف الموصلات، أو كهرل (محلول ملحي أو حامضي) أو فراغ (مثل أنبوب نيون) لتكوين دائرة كهربائية. وترجع تلك التسمية إلى فراداي حيث أخذ كلمة electrode عن كلمة electron اليونانية والتي تعني الكهرمان ،التي اخذت عنها كلمة كهرباء. وأضاف عليها كلمة hodos والتي تعني مسلك أو طريق.
القطب الموجب والسالب في الخلية الكهربائية عدل
يسمى القطب الكهربائي في الخلية الجلفانية إما بالقطب السالب(مصعد) أو القطب الموجب (مهبط). ويُعرف الآن المصعد anode بأنه القطب الذي تخرج منه الإلكترونات من الخلية الكهربائية وحيث تحدث الأكسدة، والمهبط cathode بأنه القطب الذي تدخل منه الإلكترونات الخلية وعنده يحدث تفاعل اختزال. وكلا من القطبين يمكن أن يكون مصعد أو مهبط بحسب الجهد الكهربائي الموصل بالخلية.
عامود بطارية عدل
عامود بطارية ويسمى أحيانا الخلية الأولية هو نوع من الخلايا الكهربائية التي لا يمكن عكس التفاعل فيها. ويكون فيها المصعد دائما القطب السالب والمهبط القطب الموجب، وهي تستعمل مرة واحدة ولا يعاد شحنها بعد استهلاكها وتفريغها.
خلية يعاد شحنها عدل
هناك نوع من الخلايا الكهربائية التي يعاد شحنها بعد تفريغها، وتسمى أحيانا خلية ثانوية.ويمكن عكس التفاعلات الكيميائية في هذا النوع من الخلايا الكهربائية. فعند شحن الخلية بتطبيق جهد كهربائي خارجي يصبح المصعد القطب الموجب والمهبط القطب السالب. وخلال إعادة شحن الخلية تنعكس التفاعلات الكيميائية داخل الخلية، فخلال عملية الشحن بوساطة توصيل قطبي الخلية بمصدر كهربائي خارجي ينعكس سير الإلكترونات في الخلية ويعاد تكوين المواد في الخلية إلى حالها الأصلي. ولذالك تسمى أحيانا المركم. مثال لتلك الخلية : بطارية السيارة وبطارية الرصاص
نوع آخر من الأقطاب الكهربائية عدل
يكون في أنابيب التفريغ الكهربائي مثل مصباح النيون أو في ثنائي أقطاب diode أو في المكثف الكهرلي يكون المصعد القطب الموجب والمهبط القطب السالب. وتدخل الإلكترونات في هذه الأنظمة (مصباح النيون مثلا) من المهبط (القطب السالب) وتخرج من المصباح من المصعد.
كما يمكن أن يكون في النظام أكثر من قطبين. فيمكن إضافة قطب ثالث كما في الصمام الإلكتروني حيث يقوم القطب، وغالبا ما يكون المصعد بتوجيه الإلكترونات داخل الصمام، ويُص الكهرل أو الإلكتروليت (Electrolyte) هو أي مادة تحتوي على أيونات حرة تشكل وسطا ناقلا للكهرباء. مثال للكهرل محلول مائي من حامض الكبريتيك. يتألف من أيونات الهيدروجين الموجبة و[ كب أ4 ] (SO4) ذات الشحنة السالبة في المحلول. والكهرل هو عضو من ثلاثة أعضاء لازمة للتوصيل الكهربائي في دائرة وهي في حالة الخلية الجلفانية مثلا : لوح نحاس + لوح زنك + كهرل. تُعرف الكهارل بالمحاليل الأيونية. ويوجد منها الكهارل المنصهرة والكهارل الصلبة كما في البطارية الجافة.
يستعمل الكهرل في البطاريات، كما يستعمل في الطلاء الجلفاني بالمعادن مثل الطلاء بالذهب والطلاء بالزنك وغيرها.
مقدمة عدل
توجد المواد الكهرلية عادة في محاليل حمضية أو قلوية أو ملحية. كما تتصرف بعض الغازات كمواد كهرلية تحت درجات الحرارة العالية أو الضغوط المنخفضة. يمكن أيضا أن تنتج المحاليل الكهرلية من انحلال بعض المبلمرات العضوية، مثل DNA والهضميد (عديد الببتيد)) والمبلمرات التركيبية (مثل سولفات عديد الستيرين)، وتسمى عندئذ عديدة الكهرل، والتي تحتوي على شحنات كهربائية متعددة.
تتشكل المحاليل الكهرلية عادة عند وضع ملح في مذيب مثل الماء. حيث تذوب المكونات بسبب التفاعل الدينامي الحراري بين المذيب والجزيئات المذابة بعملية تسمى الذوبان. عندما يوضع ملح الطعام NaCl في الماء تتفكك الروابط بين أيونات الصوديوم والكلور كالآتي:
-NaCl(s) → Na+ + Cl
الكهرل هو ببساطة مادة تذوب في الماء لتعطي محلولا ناقل للتيار الكهربائي.
يمكن أن يوصف الكهرل في المحلول بأنه مركز إذا كان ذو تركيز عالي للأيونات، ويكون مخففا ًً إذا كان ذو تركيز منخفض للأيونات. إذا انحلت نسبة كبيرة من المادة الذائبة في الماء نحصل على تركيز عالي، وإذا لم تنحل بالكامل نحصل على تركيز ضعيف. وهذه خاصية من خواص المركبات الكيميائية تعتمد على خواص المذيب وخواص المادة المذابة. يمكن استغلال ظاهرة وخواص الكهارل في استخراج العناصر، مثل استخراج الألمونيوم واستخراج المركبات المنحلة في المحلول.
الوظائف (الفيزيولوجيا) عدل
إن الأيونات الأساسية في علم وظائف الأعضاء (الفيزيولوجيا) هي الصوديوم +Na، والبوتاسيوم +K، والكالسيوم 2+Ca، والمغنيزيوم 2+Mg، والكلور -Cl، والفوسفات 3-PO4، والبيكربونات -HCO3.
إن رمز الشحنة الكهربائية (-) أو (+) يشير إلى أن المادة تحتوي على أيونات. والأيونات عبارة عن ذرات ذات توزيع إلكتروني غير متوازن، ناتج إما عن أكتساب الذرة لإلكترون زائد فتصبح سالبة الشحنة، أو تفقد الذرة إلكترونا أو أكثر وتصبح موجبة الشحنة. ويحدث ذلك أحيانا خلال التحلل الكيميائي. ففي مثالنا أعلاه فقدت ذرة الصوديوم إلكترونا فأصبحت أيونا موجبا الشحنة، واكتسبت ذرة الكلور الإلكترون المفقود من ذرة الصوديوم وأصبحت أيونا ذو شحنة سالبة.
كل الأحياء المتطورة تحتاج إلى توازن كهرليتي معقد ودقيق بين الوسطين داخل وخارج الخلية (أي توازن بين عدد الشحنات السالبة وعدد الشحنات الموجبة). ويلعب الضغط الأزموزي دورا مهما، وخصوصاً حفظ التدرج التناضحي (التنافذي) (Osmotic gradients)الدقيق للكهارل. هذا التدرج يؤثر وينظم توزيع الماء في الجسم (تميه)، وباهاء الدم، وهو أساسي لعمل الأعصاب والعضلات. ويوجد آليات مختلفة في الكائنات الحية تضبط بدقة تركيز الكهارل المختلفة.
يعتبر كلا النسيجين العضلي والعصبي نسيجا كهربائيا في الجسم. حيث تفعّل العضلات والأعصاب بالفعالية الكهرلية بين السائل خارج الخلية أو الخِلالي كما يسمى، وبين السائل داخل الخلية. يمكن للكهارل أن تدخل وتخرج من غشاء الخلية عن طريق بناءات بروتينية موجودة في الغشاء الخلوي المسمى بالقنوات الأيونية. فتقلص العضلات مثلاً، يعتمد على وجود الكالسيوم والصوديوم والبوتاسيوم. فإذا لم تتوفر هذه الكهارل بمستوى كاف، تعاني العضلات من الضعف أو من تقلصات عضلية أليمة.
يحفظ التوازن الكهرليتي بتناول مواد حاوية على الكهارل إما عن طريق الفم أو عن طريق حقنة ورديدية. وتضبط عن طريق هرمونات الجسم، وتصرّف الكلية الكهارل الزائدة. يُنظم استقرار الكهارل في الجسم البشري بفضل الهرمونات، مثل هرمون إدرار البول المنتج في الغدة الكظرية، وهرمون الغدة الدرقية. إن الاضطراب في الكهارل (كالتجفاف أو فرط السوائل في البدن) قد يؤدي إلى مضاعفات قلبية وعصبية، وقد يؤدي إلى الذهاب بشكل إسعافي إلى المشفى.
الكيمياء الكهربائية عدل
تحليل الماء عند وجود كهرل ما ونطبق عليه جهدا كهربائيا تنتقل
أو إضاء لمبة.
الخلية الجلفانية التي تستخدم قطبين من الزنك والنحاس ، الزنك غاطس في محلول سلفات الزنك والنحاس غاطس في محلول سلفات النحاس تسمى خلية دانيال.[1]
يجري على القطبين في خلية دانيان نصفي التفاعل الآتيين: [1]
قطب الزنك (المصعد ): Zn(s) → Zn2+(aq) + 2 e–
قطب النحاس (المهبط): Cu2+(aq) + 2 e– → Cu(s)
يفقد الزنك إلكترونات (يتأكسد الزنك) مكونا أيونات زنك تذهب إلى المحلول ، وتكتسب أيونات النحاس من قطب النحاس إلكترونات وتترسب على نحاس المهبط. وكما نرى يجري تيار كهربائي من المصعد إلى المهبط من ذاته خلال السلك خارج الخلية.
يمكن من الوجهة الترموديناميكية عكس العملية عن طريق توصيل القطبين بمصدر خارجي قوي للتيار الكهربائي فيترسب زنك على المصعد (قطب الزنك) وتتكون أيونات نحاس من قطب النحاس تذهب إلى المحلول. [1]
لكي تكتمل الدائرة الكهربائية في خلية دانيال يجب عمل قنطرة توصل بين كهارل المصعد والمهبط تمر خلالها الأيونات في المحلولين. وتعمل القنطرة إلى حد ما على عدم اختلاط المحلولين ، بل تسمح فقط بمرور الأيونات. كما يمكن عمل القنطرة من ملح مذاب في هلام . وبينما تمر الإلكترونات في السلك خارج الخلية في الاتجاه من الزنك إلى قطب النحاس تسير الأيونات الموجبة الشحنة في المحلول في عكس الاتجاه ، وتكتمل الدائرة.
ويمكن بواسطة فولتمتر قياس فرق الجهد الكهربائي بين المصعد والمهبط. ويسمى هذا الجهد الكهربائي الذي يقيسه الفولتمتر القوة الدافعة الكهربية.
صيغة خلية دانيال عدل
يمكن كتابة صيغة خلية دانيال لتتبع مرور إلكترونات الخلية الكهروكيميائية كالآتي:
(Zn(s) | Zn2+ (1M) || Cu2+ (1M) | Cu(s
نبدأ بكتابة المعدن الذي يكوّن المصعد (Zn(s ، وتعني s صلب من كلمة solid. ويفصلها عن صورتها المؤكسدة خطا رأسيا الذي يمثل السطح بين الطور الصلب والطور السائل (سطح تغير الأكسدة). ثم نكتب خطين رأسيين يمثلان القنطرة الملحية بين نصفي الخلية. ثم نكتب الصورة المؤكسدة لمعدن المهبط (أيونات النحاس) في كهرل ، ويفصلها عن لوح النحاس خطا رأسيا [النحاس في صورته المختزلة] (Cu(s.
كما نعطي تركيز المحلولين في الصيغة - وكل منهما في هذا المثال 1 مول - حيث أن تركيز المحلولين مهم في تحديد جهد الخلية.
طاقة جيبس الحرة والخلية الكهروكيميائية عدل
خلال عمل خلية كهروكيميائية تتحول طاقة كيميائية إلى طاقة كهربائية
اعداد (غيثه عثمان )
افتقاد ذرة لإلكترونات يسمى "أكسدة" واكتساب ذرة أو جزيئ لإلكترونات هو "الاختزال" .
الأكسجين هو عامل الأكسدة المعتاد ، لكنه ليس الوحيد. وعلى الرغم من التسمية ، فلا يحتاج تفاعل الأكسدة إلى الأكسجين دائما. فعلى سبيل المثال , يمكن اشعال النار بمادة مؤكسدة أخرى غير الأكسجين مثل الفلور ، وحتى حينما تشتعل النار بالفلور فيصعب إطفاؤها. ذلك بسبب أن الفلور يعتبر مادة مؤكسدة أشد من الأكسجين ، حيث يمتلك سالبية كهربية أعلى من السالبية الكهربية للأكسجين.
خلية كهروكيميائية عدل
الخلية الكهروكيميائية هي جهاز ينتج تيارا كهربائيا من طاقة ناتجة من تفاعل أكسدة-اختزال. من ضمن تلك الخلايا خلية جلفانية أو الخلية الفولتية المسميتان باسم صاحب كل منهما وهما العالمين لويجي جلفاني وإليساندرو فولتا. وقد قام هذان العالمان الإيطالييان بعدة تجارب وبحوث في التفاعلات الكيميائية وإنتاج التيار الكهربائي خلال القرن الثامن عشر.
وتحوي الخلية الكهروكيميائية قطبين موصلين للكهرباء (يسميان مصعد ومهبط). ويعرف المصعد بأنه القطب الذي يحدث عليه أكسدة عند تغطيسه في كهرل، والمهبط هو القطب الذي يجرى عليه عملية اختزال ، وهويكون أيضا غاطسا في كهرل. تنتج الخلية الكهربية عندما نوصل بين القطبين فيسير تيار إلكترونات في خارج الخلية ، كما يسير تيار أيونات داخل الخلية في الكهرل. ويمكن استخدام أنواعا عديدة من الأقطاب فقد تكون معادن أو شبه الموصلات أو الجرافيت وحتى مكثور موصل للكهرباء conductive polymer. ويوجد بين القطبين كهرل يحتوي على أيونات يمكنها الحركة لتكملة "الدائرة".

شكل الخلية الأصلية
تستخدم الخلية الجلفانية قطبين من معدنين مختلفين ، وكل منهما غاطس في كهرل . وبحسب نوع معدن القطب سيتأكسد أحدهما (مكونا المصعد anode) ويختزل القطب الآخر مكونا المهبط cathode. سيتأكسد معدن المصعد حيث تتغير بعض ذراته من حالة الأكسدة 0 (في المادة الصلبة) إلى حالة أكسدة موجبة ويصبح أيونا. أما على المهبط ، يأتي المعادن بواسطة التحليل الكهربائي في "التقنية الجلفانية".
أكسدة الأنيونات ، مثلما في أكسدة الهالوجينات لإنتاج الفلور والكلور عن طريق التحليل الكهربائي لكلوريد القلويات.
يسمح التيار الكهربائي بتفاعلات اختزال من دون إضافة مادة اختزال أو مادة أكسدة.
تحضير غاز الأوزون.
التقنية الجلفانية
تحضير الهيدروجين، مثل التحليل الكهربائي للماء ،
تحضبر تيار كهربائي وعلى الأخص للأجهزة المحمولة :
خلية جلفانية
البطارية
بطارية الليثيوم أيون
بطارية السيارة
خلايا الوقود
قياس الجهد الكهربائي عند القيام بعمليات التحليل الكهربائي :
فولتمترية.
تصوير قطبي
قياس التيار
في أبحاث الترموديناميكا وتعيين سرعة التفاعلات الكيميائية ، ودراسة الصدأ وتآكل المعادن ،
في بحوث تحليل مسلسلات الدنا.
اكتشاف الكيمياء الكهربائية عدل

لويجي جلفاني

خلية وقود تعمل بالكحول.
كانت بحوث تشريح الضفدعة للعالم الإيطالي لويجي جلفاني هي المؤدية إلى اكتشاف ظاهرة الكيمياء الكهربية : تتقلص عضلات رجل الضفدعة عنما تتلامس أسلاك من معدنين مختلفين ملامسين لرجل الضفدعة. بعد ذلك استطاع أليساندرو فولتا في عام 1799 اختراع أول بطارية . فكانت البطارية هي أول مصدر - قبل اختراع توليد الكهرباء بواسطة مولد كهربائي للتيار الكهربائي ، ساعدت فيما بعد على اكتشافات عظيمة ، وكذلك اكتشاف وتحضير الصوديوم والبوتاسيوم والباريوم وسترونشيوم والكالسيوم والمغنسيوم وخلال السنوات 1807 / 1808 عن طريق العالم "همفري ديفي".
تمكن العالم الألماني "يوهان فيلهيلم ريتر " خلال القرن الثامن عشر من القيام ببحوث عن الجلفانية واخترع أول مركم. ثم جاء ميشيل فاراداي وأدخل الاصطلاحات قطب Elektrode , وكهرل electrolyt ، مصعد Anode ومهبط Kathode وأنيون Anion واكتشف عام 1832 قوانين فاراداي عن التحليل الكهربائي.
وحصل العالم ياروسلاف هيروفيسكي عام 1959 على جائزة نوبل في الكيمياء لاكتشافه طريقة تحليل كهروكيميائية ، التصوير القطبي.
خلال الأعوام 1887/1894 اكتشف "فلهيلم أوستفالد " الألماني أن الخلية الكهربائية لا بد وأن يكون لها مستقبلا كبيرا. ومن ضمن انجازات القرن العشرين كانت خلية الوقود بالفعل جهازا مهما ، ووجد تطبيقه في غزو الفضاء : ففي برنامج أبولو حيث هبط الإنسان على سطح القمر عام 1969 استخدمت خلايا وقود تعمل بالهيدروجين ، كانت تحضر رواد الفضاء ماء الشرب.كذلك استخدمت خلال التعيين النحاس في هذا التحليل النوعي البسيط ، واللون الأزرق المخضر في الشعلة دليل على وجود النحاس. (الصوديوم مثلا ينتج لونا برتقاليا أصفرا) .
الكيمياء التحليلية هي دراسة التركيب الكيميائي للمواد الطبيعية والاصطناعية. بخلاف الفروع الأخرى من الكيمياء مثل الكيمياء اللاعضوية أو الكيمياء العضوية فإن الكيمياء التحليلية غير محصورة بنوع محدد من المركبات أو بنوع معين من التفاعلات الكيميائية. الخواص التي تدرس في الكيمياء التحليلية تتضمن الخواص الهندسية مثل شكل الجزيئات وتوزع الذرات بها إلى خواص مثل التركيب وتحديد المكونات من العناصر. تطورت الكيمياء التحليلية على يد الكيميائيين التحليليين وأسهم تطورها في تقدم كثير من العلوم الأخرى : بالذات الكيمياء وعلم الحياة بفروعه وعلوم الأرض والتربة : من تطوير للنظريات ومناهج البحث (علوم بحتة) إلى تطوير التطبيقات مثل التطبيقات الطبية الحيوية، البيئية ومراقبة التطورات البيئية والمناخية وتأثيرات الإنسان على البيئة، رقابة الجودة في الصناعة خاصة صناعة الأدوية، وحتى التحليلات الجينية والوراثية في أبحاث علم الأحياء و الطب الجنائي
كلاسيكيا : تصنف طرق ومناهج الكيمياء التحليلية إلى نمطين : نوعية وكمية:
تحليل لاعضوي نوعي : يبحث في إثبات وجود عناصر كيميائية في مركب ما أو وجود مركب لاعضوي في عينة ما.
تحليل عضوي نوعي : يبحث عن تأكيد وجود زمرة وظيفية ما أو مركب عضوي في عينة ما.
التحليل الكمي : يبحث في تحدي المقادير الدقيقة لعنصر ما أو مركب ما في عينة مأخوذة. أي يعين وزن المركب أو العنصر بالجرام أو بالمليجرام.
الكيمياء التحليلية الحديثة تنقسم إلى قسمين : الهدف التحليلي analytical targets (الغرض من التحليل) ، أو طرق التحليل analytical methods (ابتكار طرق جديدة للتحليل). مجلة الكيمياء التحليلية تعمد على استعراض طرق مختلفة للتصنيف في العدد الأخير من كل سنة.
بعد جمع المعلومات الناتجة عن تحليل العينات يعمد لاستخدامها في تشكيل منحنى تعيير calibration curve، وقد يستخدم قياسي داخلي (شاهد داخلي) internal standard حيث يضاف بكميات معروفة للعينة المحللة للمساعدة على تحددي الكميات في التحليل. المقادير الموجودة من المادة المراد تحليلها تحدد كنسبة مقارنة بالشاهد الداخلي أو الخارجي كوسيلة تعيير، خاصة في الطرق الحديثة.
مقدمة
موضوع الكيمياء التحليلية ومهامها
تصنيفالتحليل الكيميائي وانواعه والكشف عن الشقوق الحامضية والقاعدية //عبقريات الكيمياء//د/
التحليل الكيميائي
* التحليل الكيميائي
يلعب التحليل الكيميائى دوراً مهماً في مجالات مختلفة مثل مجال الطب والزراعة والصناعة .
*أنواع التحليل الكيميائى
· التحليل الوصفي الكيفي : وذلك لمعرفة نوع المادة وتركيبها
· التحليل الكمي : وذلك بغرض تحديد النسبة المئوية لمكونات المادة
· التحليل الكيفي : للمركبات غير العضوية .
وهو يشمل:
- الكشف عن الشق الحامضى (الأنيونات)
- الكشف عن الشق القاعدى (الكاتيونات)
- الكشف عن الشقوق الحامضية :
وهى تقسم إلي ثلاث مجموعات
*أولاً : مجموعة حمض الهيدروكلوريك المخفف
وهى تشمل انيونات الكربونات - البيكربونات - الكبريتيت - الكبريتيد الثيوكبريتات - النتريت
التجربة الملح الصلب + حمض الهيدروكلوريك
1- الكربونات CO32-
Na2CO3 +2HCl =2NaCl + H2O + CO2
يتصاعد غاز يعكر ماء الجير إذا مر لفترة قصيرة الغاز هو ثاني أكسيد الكربون
CO2 + Ca(OH)2 CaCO3 + H2O
2- البيكربونات HCO3-
NaHCO3 + HCl =NaCl + H2O + CO2
ملاحظة
للتفرقة بين أملاح الكربونات وأملاح البيكربونات، نضيف إلي محلول الملح محلول كبريتات ماغنسيوم، يتكون راسب أبيض على البارد مع أملاح الكربونات ويتكون راسب أبيض بعد التسخين مع البيكربونات
Na2CO3 + MgSO4 =MgCO3 + Na2SO4
راسب أبيض
2NaHCO3 + MgSO4 =Na2SO4 + Mg(HCO)2
Mg(HCO3)2---- MgCO3 + H2O + CO2
راسب أبيض
3- الكبريتيت SO32-
Na2SO3 + 2HCl = 2NaCl + H2O + SO2
يتصاعد ثانى أكسيد الكبريت :
· غاز له رائحة نفاذة
· يخضر لون ورقة مبللة بثانى كرومات البوتاسيوم البرتقالية المحمضة بـ H2SO4 الغاز ثاني أكسيد الكبريت
K2Cr2O7 + 3SO2 + H2SO4 ==K2SO4 + Cr2(SO4)3 + H2O لون أخضر
· ويزيل لون محلول برمنجانات البوتاسيوم البنفسجية المحمضة
Na2SO3 + 2KMnO4+ 3H2SO4 == K2SO4 + 2MnSO4 + 3H2O بنفسجي
4- الثيوكبريتات S2O32-
Na2S2O3* + 2HCl =2NaCl + SO2 + H2O + S
راسب أصفر
2Na2S2O3 + I2 == Na2S4O6 + 2NaI
يزيل لون اليود البنفسجى
5- الكبريتيد S2-
Na2S + 2HCl== 2NaCl + H2S
يتصاعد غاز له رائحة البيض الفاسد ويسود ورقة مبلله بأسيتات الرصاص الغاز كبريتيد الهيدروجين
H2S + (CH3COO)2Pb== 2CH3COOH + PbS
راسب أسود
محلول الملح + محلول نترات الفضة راسب أسود
Na2S + 2AgNO3== 2NaNO3 + Ag2S راسب
مادة المراد تحليلها. وينقسم هذا الفرع إلى عدة طرق واساليب يمكن استخدامها ولكل منها استخداماته وأهميته منها:
التحليل الحجمي والتحليل الوزني
التحليل الحراري
التحليل النوعي
التحليل الطيفي
التحليل الآلي
التحليل الكهربائي.
ويمكن لبعض هذه الطرق أن تكتشف وجود مركب compound أو العناصر وبحساسية عالية قد تصل إلى تركيز جزء من مليون مليار جرام/لتر.
موضوع الكيمياء التحليلية ومهامها عدل
إن طرق التحليل النوعي والتحليل الكمي متنوعة جدا. ولهذا يمكن أن تدرس مادة ما بطرق مختلفة. ويطلق اسم الكيمياء التحليلية على العلم الذي يختص بطرق التحليل. وبمعنى أوسع، فإن الكيمياء التحليلية علم لا يقتصر على طرق تحليل تركيب حليلة مراد تحليلها، بل يشمل أيضا طرق الدراسة الكيميائية المتعددة الجوانب للمواد المحيطة بنا على الأرض و الكواكب التي نستطيع مراقبتها.[1]
وتساعد الكيمياء التحليلية على حل العديد من المسائل، منها[1]:
إيضاح طبيعة العينة المدروسة (الحليلة analyte ) ، أي إثبات ما إذا كانت المادة المعنية من منشأ عضوي أو لا عضوي.
تحديد أشكال وجود المكونات المستقلة في العينة (مثال وجود S0، أو S−2، أو SO−23، أو SO−24) ودرجة أكسدة العناصر (Fe+2، أوFe+3، أو Cr+2، أو Cr+3، وغيرها).
تعيين تركيب وكمية كل من المكون الرئيسي (الذهب على هيئة فلز فطري مثلا) والشوائب الغريبة فيه (النحاس والفضة في عينة الذهب مثلا) وكذلك كمية الشوائب الدقيقة (أي الموجودات بكميات ضئيلة جدًا) وتوزعها المحلي في عينات تكنيكية عالية النقاوة (كالبورون في الجرافيت والحديد وأشباه الموصلات وغيرها).
تعيين صيغة مركب مجهول (كمعدن ما أو مادة مصطنعة من جديد أو مستحضر دوائي مستخلص من النبات وما شابه ذلك).
الكشف في المركب المعني عن عناصر تركيبية معينة ومن ثم تحديد بناء هذا المركب (كالكشف في المركب المدروس عن مجموعات هيدروكسيلية أو كربوكسيلية أو روابط ثنائية أو شقوق هيدروكربونية معينة أو ما شابه ذلك).
تشكل الكيمياء التحليلية جزءًا من علم الكيمياء، وذلك إلى جانب الكيمياء العامة والكيمياء اللاعضوية والكيمياء العضوية والكيمياء الفيزيائية.
ومادة الكيمياء التحليلية هي نظرية وتطبيق طرق التحليل المختلفة. أما مهماتها فهي التالية[1]:
التطوير المتعدد الجوانب لنظرية طرق التحليل،
تحسين طرق التحليل الحالية وتعليلها علميا،
وضع طرق جديدة في التحليل تتفق ومتطلب اسم الكيمياء التحليلية على العلم الذي يختص بطرق التحليل. وبمعنى أوسع، فإن الكيمياء التحليلية علم لا يقتصر على طرق تحليل تركيب حليلة مراد تحليلها، بل يشمل أيضا طرق الدراسة الكيميائية المتعددة الجوانب للمواد المحيطة بنا على الأرض و الكواكب التي نستطيع مراقبتها.[1]
وتساعد الكيمياء التحليلية على حل العديد من المسائل، منها[1]:
إيضاح طبيعة العينة المدروسة (الحليلة analyte ) ، أي إثبات ما إذا كانت المادة المعنية من منشأ عضوي أو لا عضوي.
تحديد أشكال وجود المكونات المستقلة في العينة (مثال وجود S0، أو S−2، أو SO−23، أو SO−24) ودرجة أكسدة العناصر (Fe+2، أوFe+3، أو Cr+2، أو Cr+3، وغيرها).
تعيين تركيب وكمية كل من المكون الرئيسي (الذهب على هيئة فلز فطري مثلا) والشوائب الغريبة فيه (النحاس والفضة في عينة الذهب مثلا) وكذلك كمية الشوائب الدقيقة (أي الموجودات بكميات ضئيلة جدًا) وتوزعها المحلي في عينات تكنيكية عالية النقاوة (كالبورون في الجرافيت والحديد وأشباه الموصلات وغيرها).
تعيين صيغة مركب مجهول (كمعدن ما أو مادة مصطنعة من جديد أو مستحضر دوائي مستخلص من النبات وما شابه ذلك).
الكشف في المركب المعني عن عناصر تركيبية معينة ومن ثم تحديد بناء هذا المركب (كالكشف في المركب المدروس عن مجموعات هيدروكسيلية أو كربوكسيلية أو روابط ثنائية أو شقوق هيدروكربونية معينة أو ما شابه ذلك).
تشكل الكيمياء التحليلية جزءًا من علم الكيمياء، وذلك إلى جانب الكيمياء العامة والكيمياء اللاعضوية والكيمياء العضوية والكيمياء الفيزيائية.
ومادة الكيمياء التحليلية هي نظرية وتطبيق طرق التحليل المختلفة. أما مهماتها فهي التالية[1]:
التطوير المتعدد الجوانب لنظرية طرق التحليل،
تحسين طرق التحليل الحالية وتعليلها علميا،
وضع طرق جديدة في التحليل تتفق ومتطلبات العلم المتطور والصناعة الحديثة،
تحليل المواد الطبيعية والوسط المحيط (الجو وغلاف الأرض المائي واليابسة) وكذلك المواد التكنيكية،
تأمين رقابة كيميائية تحليلية على الصناعة والأبحاث العلمية في مجال الكيمياء والصناعة الكيميائية والكيمياء الحيوية والكيمياء الزراعية والكيمياء الجيولوجية والميتالورجيا والبيولوجيا والطب وغيرها.
تصنيف الطرق التحليلية عدل
مختبر استشراب غازي ؛ أو Gas chromatography (جهاز تحليل لوني غازي).
وفقا لأهداف التحليل
كيمياء حيوية تحليلية
تحليل المواد
الفصل : مثل الكروماتوجرافي أو التفريق اللوني والرحلان الكهربائي
بلورية
مجهرية
تحليل كهربائي بواسطة بطارية مثلا.
قائمة كاملة وقائمة بطرق تحليل المواد أو دمج بين عدة تقنيات هجينة:
أهمية الكيمياء التحليلية عدل
قضيب تحريك أثناءالعمل ، يحركه من أسفل مغناطيس كهربي دوّار.
تقوم الكيمياء التحليلية في كثير من العلوم بدور مهم، وكذلك فهي لاغنى عنها أساسًا في علم الحياة، إذ يستفاد من التقنية التحليلية في دراسة المواد الحية وعمليات التمثيل الغذائي وغيرها، ولا يستطيع الأطباء تشخيص الأمراض دون الاستناد إلى نتائج التحليلات اللازمة لذلك. كما نجد أن تقسيم المعادن جاء بعد معرفة تامة بالمكونات الكيميائية له. ولا يستطيع الفيزيائيون تشخيص نواتج تصادم الدقائق ذات الطاقة العالية بدون استخدام التقنية التحليلية في الصناعة الحديثة. إن قيمة المواد الخام ومدى نقاوة منتج صناعي وملاءمته للاستعمال والسيطرة على العمليات الصناعية في مرحلة أو أكثر نحتاج إلى معرفة الكيمياء التحليلية للتأكد من جودة الإنتاج الصناعي.
أنواع الكيمياء التحليلية عدل
التحليل النوعي أو الوصفي عدل
هو مجموعة العمليات التي يتم فيها الكشف عن تركيب المواد أو المركبات أو العناصر الداخلة في تركيب مادة معينة أو خليط من المواد سواء أكان في الحالة الصلبة أو محلول في مذيب معين ولايتعرض هذا التحليل إطلاقًا إلى كميات هذه المكونات. وهو الذي يهتم بالمظهر الخارجى للمركب مثل اللون والرائحة والطعم
التحليل الكمي عدل
ويبحث في تقدير كميات المكونات أو العناصر الداخلة في تركيب المركب الكيميائي أو الخليط، ويتبين من هذا أن التحليل النوعي لمادة مجهولة التركيب يسبق عادة التحليل الكمي لها؛ لأنه لا يجوز تقدير مادة معينة تقديرًا كميًا ما لم يتأكد من وجودها وصفيًا. ويشمل التحليل الكمي على :
التحليل الوزني عدل
ويتم التحليل الكمي بالوزن بترسيب المادة وتقديرها كميًا في هيئة عنصر منفرد أو مشتق معين معروف التركيب يفصل عن المحلول بالترسيب أو الطرد المركزي ثم غسله وتجفيفه ووزنه، فيحسب وزن المادة المراد تقديرها من معرفتنا لوزن الراسب وتركيبه بدقة. فمثلا يمكن تعيين نسبة الكلور في ملح الطعام مثلا بإذابة وزن معين من الملح في الماء ثم إضافة محلول نترات الفضة إليه فيترسب على شكل كلوريد الفضة، ثم يرشح الراسب ويغسل ويجفف ثم يوزن لمعرفة كمية الكلور ونسبته في الملح، ويطرق التحليل الآلي عدل
تقدر المادة بقياس بعض من خواصها الفيزيائية أو الكيميائية مثل الكثافة واللون ومعامل الانكسار والتوصيلة الكهربائية والتغيرلت الحرارية والكهربائية.....الخ. وتعتمد هذه الطرق أساسًا على القياسات الآتية :
انبعاث الطاقة الضوئية
يتضمن هذا القياس إثارة المادة إلى مستويات عالية من الطاقة بالطاقة الضوئية أو الكهربائية ثم رجوعها إلى مستوى طاقة منخفض فينبعث منها من الطاقة الممتصة وتكون مقياسًا لكمية المادة وذلك بواسطة الطرق الآتية :
طرق تسجيل الطيف الانبعاثي (emission spectrography)، حيث تثار المادة باستخدام القوس الكهربائي.
المطياف الفوتومتري باللهب(flame photometry)، حيث تثار المادة باستخدام أنواع مختلفة من اللهب وبعد رجوع المادة إلى حافة طاقة منخفضة تقاس كمية الضوء المنبعثة.
وميض الأشعة السينية (x-ray fluorecence)حيث تثار المادة بأشعة سينية ذات طول موجي معين وبعد رجوعها إلى حالة طاقة منخفضة تقاس الأشعة المنبعثة وهي التي تقوم بتمييز العنصر.
امتصاص الطاقة الضوئية
ويتضمن قياس كمية الطاقة الضوئية عند طول موجه معينة تمتصها المادة المراد تحليلها، ولهذا يمكن استخدام مايلي: أ - الطرق الطيفية اللونية.
ب - الطرق الطيفية في المنطقة فوق البنفسجية.
جـ- الطرق الطيفية في المنطقة تحت الحمراء.
د - طريقة الأشعة السينية.
هـ- الرنين النووي المغناطيسي: تتضمن هذه الطريقة التفاعل بين موجات الراديو وأنوية الذرات التي تكون في مجال مغناطيسي.
الطرق الكهربائية
أ - التحليل بطريقة التوصيل الكهربائي حيث يقاس التغير في معامل التوصيل الكهربائي لمحلول النموذج.
ب - التحليل بقياس فرق الجهد حيث يقاس الجهد الكهربائي المتغير في أثناء التفاعل عند وضع القطب في المحلول ويمكن معرفة انتهاء التفاعل ومن ثم يمكن حساب تركيز المواد المتفاعلة.
جـ- التحليل بقياس الكمية الكهربائية حيث تقاس الكمية الكهريائية بالكولوم اللازمة لإكمال التفاعل الكهروكيميائي.
د - البولاروجرافيا حيث تقاس قيمة التيار الكهريائي حيث تتناسب مع تركيز المادة التي تختزل أو تتأكسد في تفاعل كهروكيميائي عند القطب المايكروني.
التحليل الكروماتوجرافي
يعتمد هذا النوع من التحليل على اختلاف المواد بعضها عن بعض في ميلها للأمتزاز أو التجزئة أو التبادل خلال سطح مغلف بمذيب مناسب أو خلال مادة كيميائية ومن ثم يمكن أن تنفصل تلك المواد، وتنقسم طرق الطريقة غير المباشرة :
إذ تحدد بواسطتها قياسات الأوزان المفقودة أو الناقصة في الوزن بوصفها نتيجة لخاصية التطاير بالعينة.
طرق التحليل الحجمي عدل
تستعمل في هذه الحالة طرق مباشرة وغير مباشرة لتعيين أوزان المواد أو بعض مكوناتها وتشمل هذه الطرق ما يلي :
طريقة المعايرة الحجمية:
وتتضمن استعمال محاليل ذات تراكيز معلومة وقياس حجوم مثل هذه المحاليل التي تتفاعل كميًا مع محلول المادة المراد تقديرها لحد نقطة معينة تسمى نقطة التكافؤ أو نقطة انتهاء التفاعل التي يمكن الكشف عنها بواسطة الأدلة التي تتضمن تغيرًا حادًا في خواص المحلول كاللون أو التعكير الذي تلحظهما بالعين المجردة أو تقاس بالطرق الكيميائية الفيزيائية كقياس فرق الجهد أو التوصيل الكهربائي. ويسمى المحلول المعلوم التركيز بالمحلول القياسي وهو المحلول الذي يحتوي حجم معين منه على وزن معلوم من المادة المذابة. أما عملية إضافة المحلول القياسي من السحاحة إلى حجم معين من محلول المادة المجهولة التركيز في الدورق المخروطي أو العكس حتى يتم التفاعل فتسمى بعملية المعايرة. ومن قوانين التكافؤ الكيميائي وتحديد حجم المحلول القياسي المستعمل في المعايرة نستطيع أن نعين وزن المادة المجهولة أو النسب الوزنية لما فيها من مكونات سواء أكان بطرق مباشرة أو غير مباشرة.
التحليل الغازي:
وتقاس بهذه الطريقة كمية الغازات المستهلكة وفيه تقدر المادة بتقدير حجم الغاز الذي قد يكون هو المادة المراد تقديرها أو ناتجًا عن تفاعل تلك المادة مع مواد أخرى بحيث تعطي غازًا يمكن تقديره. ويجب أن لا يفهم بأن عمليات التحليل الكمي والنوعي لا يمكن أن تتم إلا عن طريق التفاعلات الكيميائية. وعمليات الفصل بالطرق الطبيعية لها أثرها الواضح في بناء أكثر مراحل التحليل الكروماتوجرا في لمكونات الخليط ثم يلي ذلك التمييز بطرق كيميائية. ومع أن طرق التحليل الحجمي تتطلب توفر شروط وخبرة لتجاوز الأخطاء أو العيوب فأنها تفضل في التطبيق العملي والاستعمال على طرق التحليل الوزني؛ على الرغم من دقة النتائج التي يمكن الحصول عليها عند استعمالها لكنها تتركزوتستغرق وقتًا طويلا ً لإتمام التحليل، قد يتجاوز الانتظار للحصول على نتائجها عدة ساعات أو أيام، وهو ما لا يتفق والحاجة العملية خاصة في السيطرة الكيميائية على العمليات الصناعية لتوجيه التفاعلات إلى الوجهة الصحيحة للحصول على نتائج ذات مواصفات عالية وتنقسم طرق التحليل الكروماتوجرافي إلى :
كروماتوجرافيا الادمصاص: ويقصد به التحليل الكروماتوجرافي عن طريق الأدمصاص على السطح.
كروماتوجرافيا التبادل الأيوني : ويقصد به التحليل الكروماتوجرافي عن طريق تبادل الأيونات بين مادة التقدير وبين أيونات السطح الذي يحدث عملية التبادل وهي مادة كيميائية راتنجية.
كروماتوجرافيا التجزئة: ويقصد به التحليل الكروماتوجرافي عن طريق الفصل التجزيئي لمخلوط من عدة مواد وتنقسم هذه الطريقة إلى كروماتوجرافيا العمود بالتجزئة ويتم فيها التحليل على عمود معبأ بمادة معينة.
كروماتوجرافيا الطبقة الرقيقة: وفيه يتم التحليل الكروماتوجرافي بالادمصاص أو التوزيع على ألواح زجاجية تنثر عليها مادة مسامية يجرى عليها الفصل والتحليل.
5.كروماتوغرافيا الأداء الفائق للسوائل HPLC :
تفضل طرق الاستشراب السائل فائق الأداء (High-performance liquid chromatography) (HPLC) على الطرق المتبعة الأخرى في التحليل الكمي. وذلك لنوعيتها المثالية للحليلة analyte أو الحلائل المراد فصلها، بحيث نحصل على فصل نوعي ودقيق لمكونات المزيج المراد التعرف عليه. إن أجهزة الـ HPLC متوفرة بسهولة لأنها تستخدم في مجالات متعددة منها مجال التقانة الحيوية والتقانة الطبية السريرية والتحاليل الصيدلانية. إضافة إلى استخدامها في الكيمياء ومستحضرات التجميل وفي الطاقة والبيئة والصناعات الغذائية. كما وأن توافر أجهزة بأسعار مقبولة وذات كفاءة متطورة وموثوقة قد جعل أجهزة الـHPLC هي الطريقة المفضلة في التحاليل الصيدلانية وذلك بدءً من إنشاء Synthesis العقار أو فصل مكوناته أو ضبط جودته. لقد تطور استخدام الـHPLC بشكل كبير خلال العقود الماضية ففي الستينات تم وضع الأسس والمبادئ النظرية لهذه التقنية، وأدى التطور في مواد تعبئة عمود الاستشراب في السبعينات إلى تطور الاستشراب بالطور العكوس. وفي الثمانينات أدى التطور في الحواسيب والأتمتة إلى سهولة استخدام الـ HPLC . وفي التسعينات طورت أعمدة الاستشراب الميكرونية (الصغيرة) وأعمدة الاستشراب المتخصصة لاستعمال محدد ، المشعرات (متحريات) Detector الثابتة، بالإضافة إمكانات الحصول على البيانات المتكاملة وتخزينها واسترجاعها ، مما أدى إلى الزيادة الكبيرة في فعالية وسرعة أجهزة الـ HPLC.
كروماتوجرافيا الغاز: ويتضمن هذا التحليل الكروماتوجرافي باستخدام غاز ناقل يقوم بحمل أبخرة المواد المحل
التحليل الكهربائي (أو الكهرلة) في الكيمياء والصناعة هي الطريقة التي يتم بها استخدام تيار كهربائي لإطلاق تفاعل كيميائي غير ممكن الحدوث بدونه. للتحليل الكهربائي أهمية تجارية عالية كعملية لفصل العناصر من أشكالها الموجودة في الطبيعة مثل الفلزات باستخدام خلية التحليل، كما يستخدم التحليل الكيميائي لتحضير مواد يصعب تحضيرها بالوسائل الكيميائية أو بسبب ارتفاع تكاليف الطرق الكيميائية . والأمثلة على ذلك موجودة في تحضير الألمونيوم، والكلور ومحلول هيدروكسيد الصوديوم النقي.
الطريقة عدل

التحليل الكهربائي.

تحليل كهربائي لمحلول يوديد الزنك ، الأقطاب من أي مادة أخرى .
يمرر تيار مستمر بين قطبين في محلول موصل للكهرباء (كهرل). وعن طريق التحليل الكيميائي يحدث انفصال النواتج من المحلول.
يعمل الجهد الكهربائي فقدا للإلكترونات على القطب الموصول بالطرف الموجب من المصدر الكهربائي وفي نفس الوقت زيادة في عدد الإلكترونات في القطب الآخر (المهبط) الموصول بالطرف السالب للمصدر. ويجري في المحلول أيونات بعضها موجب الشحنة و الآخر سالب الشحنة . تذهب الأيونات الموجبة الشحنة (كاتيونات) إلى المهبط وتأخذ منه إلكترونات مما يجعلها مُختزلة. أما على المصعد (القطب الموجب) فيجري تفاعل عكسي ، حيث تعطي الأيونات السالبة الشحنة (أنيونات) إلكترونات إلى القطب وتتأكسد الأنيونات. وتكون كمية الإلكترونات المأخودة من المهبط مساوية للإلكترونات المعطاة للمصعد .
يجري انتقال الأيونات في المحلول عن طريق النفاذية في المحلول وعن طريق قوي التجاذب الكهرستاتيكي بين الأيونات والأقطاب.
يلزم لتلك العملية فرق جهد معين لا يصح أن يقل عنه، ويسمى فرق الجهد اللازم جهد التحلل Uz . فيجب أن يكون فرق الجهد مساويا لجهد التحلل أو يزيد عنه لكي تسير العملية . وإذا كان فرق الجهد أقل من هذا الحد الأدنى اللازم لسير العملية فلا تتم العملية، ويصبح سطح كل قطب ملامس للمحلول غير موصل للكهرباء.
يمكن معرفة جهد التحلل لكل مادة من جهد الاختزال. كما نحصل من جهد الاختزال على معلومات إضافية مثل تحلل أقطاب فلز في حمض أو كيفية خفض جهد التحلل عن طريق اختيار قيمة pH-Wert في المحلول.
فعن طريق معرفة جهد الاختزال لمادة يمكننا حساب أنه لتكوين الأكسجين على المصعد عند تحليل الماء في محلول قلوي (جهد التحلل : 401 و0 فولت) يجري عند جهد أقل عنه تكونه في محلول حمضي (جهد التحلل: 23و1 فولت]] أو محلول متعادل (جهد التحلل: 815و0 فولت) . كما يمكننا حساب أن فصل الهيدروجين على المهبط يكون أسهل في محلول حمضي عنه في ماء متعادل أو في محلول قلوي.
عندما يكون في المحلول عدة كاتيونات قابلة للاختزال فنجد أن العملية تبدأ باختزال الكاتيونات التي لها جهدا موجبا في قائمة الجهود القياسية (سلبيتها أضعف) . فنجد أنه في محلول مائي يحتوي على كلوريد الصوديوم نجد أنه يترسب على المهبط الهيدروجين وليس الصوديوم.
كذلك في وجود عدة أنواع من الأنيونات في المحلول وتكون قابلة للأكسدة ، نجد أن الأكسدة تحدث أولا لتلك الأنيونات التي تأتي في قائمة الجهود القياسية قريبة من الجهد صفر، أي التي تمتلك جهد اختزال موجب أضعف.
عند تعدية جهد التحلل تزداد شدة التيار بزيادة الجهد الموصول بالخلية . وطبقا لقانون فاراداي تتناسب كمية المادة المترسبة من المحلول تناسبا طرديا مع كمية الشحنة المارة في الخلية (أي حاصل ضرب شدة التيار في الزمن، انظر قانون فاراداي ) .
مثال:
لتكوين 1 جرام من الهيدروجين (نحو 2و11 لتر ، لتكوين جزيئ الهيدروجين يلزمه إلكترونين ) من محلول مائي يلزمه مرور شحنة كهربائية قدرها 96485 كولوم (1 C = 1 A·s) b . فإذا كانت شدة التيار 1 أمبير فيلوم نحو 28 ساعة و 48 دقيقة لتكوين 2و11 لتر من الهيدروجين.
عمليا نحتاج إلى جهد أعلى لتسير عملية التحليل الكهربائي عن جهد الاختزال وذلك بسبب تخميد يحدث تلقائيا على سطح الأقطاب.عند قطع التيار وانتهاء عملية التحليل الكهربائي يمكننا قياس دفعة تيار كهربائي بين القطبين في الاتجاه العكسي . هذا التيار الذي يمر لفترة قصيرة يحدث بسبب عملية عكسية في خلية التحليل ، وهي تكوين خلية جلفانية. عندئذ لا يوجد تيار يعمل على تحليل المحلول وإنما ينشأ تيارا كهربائيا لمدة قصيرة، وتستخدم تلك الظاهرة لبناء وتشغيل خلية الوقود (حيث يتسبب تفاعل الهيدروجين والأكسجين في إنتاج طاقة كهربائية القطب الكهربائي (أو المسرى الكهربائي أو الإلكترود) هو موصل كهربائي يستعمل مع جزء آخر غير معدني (مثل نصف الموصلات، أو كهرل (محلول ملحي أو حامضي) أو فراغ (مثل أنبوب نيون) لتكوين دائرة كهربائية. وترجع تلك التسمية إلى فراداي حيث أخذ كلمة electrode عن كلمة electron اليونانية والتي تعني الكهرمان ،التي اخذت عنها كلمة كهرباء. وأضاف عليها كلمة hodos والتي تعني مسلك أو طريق.
القطب الموجب والسالب في الخلية الكهربائية عدل
يسمى القطب الكهربائي في الخلية الجلفانية إما بالقطب السالب(مصعد) أو القطب الموجب (مهبط). ويُعرف الآن المصعد anode بأنه القطب الذي تخرج منه الإلكترونات من الخلية الكهربائية وحيث تحدث الأكسدة، والمهبط cathode بأنه القطب الذي تدخل منه الإلكترونات الخلية وعنده يحدث تفاعل اختزال. وكلا من القطبين يمكن أن يكون مصعد أو مهبط بحسب الجهد الكهربائي الموصل بالخلية.
عامود بطارية عدل
عامود بطارية ويسمى أحيانا الخلية الأولية هو نوع من الخلايا الكهربائية التي لا يمكن عكس التفاعل فيها. ويكون فيها المصعد دائما القطب السالب والمهبط القطب الموجب، وهي تستعمل مرة واحدة ولا يعاد شحنها بعد استهلاكها وتفريغها.
خلية يعاد شحنها عدل
هناك نوع من الخلايا الكهربائية التي يعاد شحنها بعد تفريغها، وتسمى أحيانا خلية ثانوية.ويمكن عكس التفاعلات الكيميائية في هذا النوع من الخلايا الكهربائية. فعند شحن الخلية بتطبيق جهد كهربائي خارجي يصبح المصعد القطب الموجب والمهبط القطب السالب. وخلال إعادة شحن الخلية تنعكس التفاعلات الكيميائية داخل الخلية، فخلال عملية الشحن بوساطة توصيل قطبي الخلية بمصدر كهربائي خارجي ينعكس سير الإلكترونات في الخلية ويعاد تكوين المواد في الخلية إلى حالها الأصلي. ولذالك تسمى أحيانا المركم. مثال لتلك الخلية : بطارية السيارة وبطارية الرصاص
نوع آخر من الأقطاب الكهربائية عدل
يكون في أنابيب التفريغ الكهربائي مثل مصباح النيون أو في ثنائي أقطاب diode أو في المكثف الكهرلي يكون المصعد القطب الموجب والمهبط القطب السالب. وتدخل الإلكترونات في هذه الأنظمة (مصباح النيون مثلا) من المهبط (القطب السالب) وتخرج من المصباح من المصعد.
كما يمكن أن يكون في النظام أكثر من قطبين. فيمكن إضافة قطب ثالث كما في الصمام الإلكتروني حيث يقوم القطب، وغالبا ما يكون المصعد بتوجيه الإلكترونات داخل الصمام، ويُص الكهرل أو الإلكتروليت (Electrolyte) هو أي مادة تحتوي على أيونات حرة تشكل وسطا ناقلا للكهرباء. مثال للكهرل محلول مائي من حامض الكبريتيك. يتألف من أيونات الهيدروجين الموجبة و[ كب أ4 ] (SO4) ذات الشحنة السالبة في المحلول. والكهرل هو عضو من ثلاثة أعضاء لازمة للتوصيل الكهربائي في دائرة وهي في حالة الخلية الجلفانية مثلا : لوح نحاس + لوح زنك + كهرل. تُعرف الكهارل بالمحاليل الأيونية. ويوجد منها الكهارل المنصهرة والكهارل الصلبة كما في البطارية الجافة.
يستعمل الكهرل في البطاريات، كما يستعمل في الطلاء الجلفاني بالمعادن مثل الطلاء بالذهب والطلاء بالزنك وغيرها.
مقدمة عدل
توجد المواد الكهرلية عادة في محاليل حمضية أو قلوية أو ملحية. كما تتصرف بعض الغازات كمواد كهرلية تحت درجات الحرارة العالية أو الضغوط المنخفضة. يمكن أيضا أن تنتج المحاليل الكهرلية من انحلال بعض المبلمرات العضوية، مثل DNA والهضميد (عديد الببتيد)) والمبلمرات التركيبية (مثل سولفات عديد الستيرين)، وتسمى عندئذ عديدة الكهرل، والتي تحتوي على شحنات كهربائية متعددة.
تتشكل المحاليل الكهرلية عادة عند وضع ملح في مذيب مثل الماء. حيث تذوب المكونات بسبب التفاعل الدينامي الحراري بين المذيب والجزيئات المذابة بعملية تسمى الذوبان. عندما يوضع ملح الطعام NaCl في الماء تتفكك الروابط بين أيونات الصوديوم والكلور كالآتي:
-NaCl(s) → Na+ + Cl
الكهرل هو ببساطة مادة تذوب في الماء لتعطي محلولا ناقل للتيار الكهربائي.
يمكن أن يوصف الكهرل في المحلول بأنه مركز إذا كان ذو تركيز عالي للأيونات، ويكون مخففا ًً إذا كان ذو تركيز منخفض للأيونات. إذا انحلت نسبة كبيرة من المادة الذائبة في الماء نحصل على تركيز عالي، وإذا لم تنحل بالكامل نحصل على تركيز ضعيف. وهذه خاصية من خواص المركبات الكيميائية تعتمد على خواص المذيب وخواص المادة المذابة. يمكن استغلال ظاهرة وخواص الكهارل في استخراج العناصر، مثل استخراج الألمونيوم واستخراج المركبات المنحلة في المحلول.
الوظائف (الفيزيولوجيا) عدل
إن الأيونات الأساسية في علم وظائف الأعضاء (الفيزيولوجيا) هي الصوديوم +Na، والبوتاسيوم +K، والكالسيوم 2+Ca، والمغنيزيوم 2+Mg، والكلور -Cl، والفوسفات 3-PO4، والبيكربونات -HCO3.
إن رمز الشحنة الكهربائية (-) أو (+) يشير إلى أن المادة تحتوي على أيونات. والأيونات عبارة عن ذرات ذات توزيع إلكتروني غير متوازن، ناتج إما عن أكتساب الذرة لإلكترون زائد فتصبح سالبة الشحنة، أو تفقد الذرة إلكترونا أو أكثر وتصبح موجبة الشحنة. ويحدث ذلك أحيانا خلال التحلل الكيميائي. ففي مثالنا أعلاه فقدت ذرة الصوديوم إلكترونا فأصبحت أيونا موجبا الشحنة، واكتسبت ذرة الكلور الإلكترون المفقود من ذرة الصوديوم وأصبحت أيونا ذو شحنة سالبة.
كل الأحياء المتطورة تحتاج إلى توازن كهرليتي معقد ودقيق بين الوسطين داخل وخارج الخلية (أي توازن بين عدد الشحنات السالبة وعدد الشحنات الموجبة). ويلعب الضغط الأزموزي دورا مهما، وخصوصاً حفظ التدرج التناضحي (التنافذي) (Osmotic gradients)الدقيق للكهارل. هذا التدرج يؤثر وينظم توزيع الماء في الجسم (تميه)، وباهاء الدم، وهو أساسي لعمل الأعصاب والعضلات. ويوجد آليات مختلفة في الكائنات الحية تضبط بدقة تركيز الكهارل المختلفة.
يعتبر كلا النسيجين العضلي والعصبي نسيجا كهربائيا في الجسم. حيث تفعّل العضلات والأعصاب بالفعالية الكهرلية بين السائل خارج الخلية أو الخِلالي كما يسمى، وبين السائل داخل الخلية. يمكن للكهارل أن تدخل وتخرج من غشاء الخلية عن طريق بناءات بروتينية موجودة في الغشاء الخلوي المسمى بالقنوات الأيونية. فتقلص العضلات مثلاً، يعتمد على وجود الكالسيوم والصوديوم والبوتاسيوم. فإذا لم تتوفر هذه الكهارل بمستوى كاف، تعاني العضلات من الضعف أو من تقلصات عضلية أليمة.
يحفظ التوازن الكهرليتي بتناول مواد حاوية على الكهارل إما عن طريق الفم أو عن طريق حقنة ورديدية. وتضبط عن طريق هرمونات الجسم، وتصرّف الكلية الكهارل الزائدة. يُنظم استقرار الكهارل في الجسم البشري بفضل الهرمونات، مثل هرمون إدرار البول المنتج في الغدة الكظرية، وهرمون الغدة الدرقية. إن الاضطراب في الكهارل (كالتجفاف أو فرط السوائل في البدن) قد يؤدي إلى مضاعفات قلبية وعصبية، وقد يؤدي إلى الذهاب بشكل إسعافي إلى المشفى.
الكيمياء الكهربائية عدل
تحليل الماء عند وجود كهرل ما ونطبق عليه جهدا كهربائيا تنتقل
أو إضاء لمبة.
الخلية الجلفانية التي تستخدم قطبين من الزنك والنحاس ، الزنك غاطس في محلول سلفات الزنك والنحاس غاطس في محلول سلفات النحاس تسمى خلية دانيال.[1]
يجري على القطبين في خلية دانيان نصفي التفاعل الآتيين: [1]
قطب الزنك (المصعد ): Zn(s) → Zn2+(aq) + 2 e–
قطب النحاس (المهبط): Cu2+(aq) + 2 e– → Cu(s)
يفقد الزنك إلكترونات (يتأكسد الزنك) مكونا أيونات زنك تذهب إلى المحلول ، وتكتسب أيونات النحاس من قطب النحاس إلكترونات وتترسب على نحاس المهبط. وكما نرى يجري تيار كهربائي من المصعد إلى المهبط من ذاته خلال السلك خارج الخلية.
يمكن من الوجهة الترموديناميكية عكس العملية عن طريق توصيل القطبين بمصدر خارجي قوي للتيار الكهربائي فيترسب زنك على المصعد (قطب الزنك) وتتكون أيونات نحاس من قطب النحاس تذهب إلى المحلول. [1]
لكي تكتمل الدائرة الكهربائية في خلية دانيال يجب عمل قنطرة توصل بين كهارل المصعد والمهبط تمر خلالها الأيونات في المحلولين. وتعمل القنطرة إلى حد ما على عدم اختلاط المحلولين ، بل تسمح فقط بمرور الأيونات. كما يمكن عمل القنطرة من ملح مذاب في هلام . وبينما تمر الإلكترونات في السلك خارج الخلية في الاتجاه من الزنك إلى قطب النحاس تسير الأيونات الموجبة الشحنة في المحلول في عكس الاتجاه ، وتكتمل الدائرة.
ويمكن بواسطة فولتمتر قياس فرق الجهد الكهربائي بين المصعد والمهبط. ويسمى هذا الجهد الكهربائي الذي يقيسه الفولتمتر القوة الدافعة الكهربية.
صيغة خلية دانيال عدل
يمكن كتابة صيغة خلية دانيال لتتبع مرور إلكترونات الخلية الكهروكيميائية كالآتي:
(Zn(s) | Zn2+ (1M) || Cu2+ (1M) | Cu(s
نبدأ بكتابة المعدن الذي يكوّن المصعد (Zn(s ، وتعني s صلب من كلمة solid. ويفصلها عن صورتها المؤكسدة خطا رأسيا الذي يمثل السطح بين الطور الصلب والطور السائل (سطح تغير الأكسدة). ثم نكتب خطين رأسيين يمثلان القنطرة الملحية بين نصفي الخلية. ثم نكتب الصورة المؤكسدة لمعدن المهبط (أيونات النحاس) في كهرل ، ويفصلها عن لوح النحاس خطا رأسيا [النحاس في صورته المختزلة] (Cu(s.
كما نعطي تركيز المحلولين في الصيغة - وكل منهما في هذا المثال 1 مول - حيث أن تركيز المحلولين مهم في تحديد جهد الخلية.
طاقة جيبس الحرة والخلية الكهروكيميائية عدل
خلال عمل خلية كهروكيميائية تتحول طاقة كيميائية إلى طاقة كهربائية
اعداد (غيثه عثمان )
ليست هناك تعليقات:
إرسال تعليق