تفاعل مع ايونات الفضة
ן ينتمي لمجموعة الكواشف التي تعمل حسب مبدأ الامتصاص (الكاشف فعال في تفاعل الترسيب, ففي نقطة نهاية المعايرة يُمتص عن طريق جسيمات الراسب التي تكونت في التفاعل. ترافق العملية تغيير اللون الذي يدل على نقطة النهاية.
في بداية المعايرة يوجد في المحلول فائض من ايونات الكلور, الذين يمتصوا في الطبقة الاولى للراسب. اليهم تجذب ايونات الصوديوم من داخل المحلول.
عندما يتفاعل معظم ايونات الكلور مع ايونات الفضة في تفاعل الترسيب, تصل المعايرة الى نقطة النهاية. اضافة محلول نيترات الفضة بواسطة يؤدي الى وجود فائض من ايونات الفضة الموجبة في المحلول,وهنا فان هذه الايونات تمتص بجسيمات الراسب كلوريد الفضة. تكون طبقة مشحونة بشحنة موجبة, اليها تمتص طبقة ايونات سالبة نيتروجينية او ايونات المشحونة بشحنة سالبة.
للكاشف ارتباط قوي لايونات الفضة اكثر من ايونات النيترات (الموجودة في المحلول), وامتصاصهم للراسب وتكوين مزيج مع ايونات الفضة . النتيجة هي تغيير المبنى الذي يرافقه تغيير في اللون, الذي يمكن تمييزه كنقطة نهاية المعايرة. تكوين مركب احمر ممكن فقط عندما يكون تركيز ايونات الفضة كبير نسبيا. هذا الامر يحدث عندما تمتص ايونات الفضة بجسيمات الراسب كلوريد الفضة, بعكس الوضع الموجود في المحلول نفسه. من هذا السبب من المريح التاكد من نقطة نهاية المعايرة عن طريق النظر الى قعر الوعاء,هناك يتركز الراسب كلوريد الفضة الذي عليه يحدث تفاعل اللون.
قيود الطريقة
كما في كل معايرة, هنا ايضا نجدد في نهاية الامر تركيز ايونات الكلور في العينة عن طريق حساب المبني على كمية ايونات الفضة المستعملة للمعايرة. من هنا فكل تفاعل اضافي يحتاج ايونات الفضة يسبب خطأ في النتيجة.
المحاليل المائية التي نعمل بها يمكن ان تحوي انواع ايونات اضافية التي يمكن ان تتفاعل مع ايونات الفضة.
لتفاعل الكاشف يوجد ايضا قيود معينة وهي:
1- التفاعل يحدث على سطح الراسب المتكون. وجود ايونات بتركيزعالي يسبب با يتكون الراسب على شكل كتل كبيرة, الامر الذي يقلل من سطح التلامس. في هذا الوضع من الصعب تمييز تفاعل اللون الذي يدل على نقطة النهاية.حتى نتعلب على هذه الظاهرة, نضيف لمحلول العينة الذي يساعد في منع تكون كتل راسب كبيرة.
2- الكاشف قاعدي قليلا ويتفاعل مع ايونات الهيدرونيوم في المحلول الحامضي. التفاعل الجانبي هذا تحتاج قسم من الكاشف, قسم منه متيسر لتفاعل اللون. الكاشف فعال اكثر في مجال 5<PH<9 في PH اكبر من 9 يمكن ان يرسب AgOH(s).
3- تفاعل اللون للكاشف يمكن تمييزه بسهولة عندما يكون المحلول شفاف وبدون لون. من هنا من المفضل العمل مع محلول تركيزه قليل نسبيا والامتناع عن استعمال كاشف لونه قوي.
4- ايونات الفضة ترسب ايضا مع ايونات الهالوجينات الاخرى.
تجربة رقم (3) – تحديد لتركيز ايونات الكلور في مياه الشرب
في تجربة (2) حدد تركيز ايونات الكلور في عينات الماء عن طريق معايرة, دقة الطريقة محدودة في تحديد نقطة النهاية. رايتم في تجربة 2 بان تحديد نقطة النهاية ليست سهلة. في التجربة التالية نحدد تركيز ايونات الكلور, هذه المرة طريقة القياس مختلفة.
مادة نظرية
عندما يمر شعاع نور عن طريق محلول, قسم يمكن ان يبتلع عن طريق مكونات المحلول. ابتلاع اشعة الكترومغناطيسية في المجال المرئي والاشعة الفوق بنفسجية ينبع من الانتقال بين مستويات الطاقة (نتوسع اكثر في الفصل الثاني).
في هذه التجربة سوف نقيس طيف الابتلاع (للايونات في المحاليل.الايونات في المحاليل محاطة بجزيئات المذيب( في المحاليل المائية- ايونات متأينة) او بجزيئات اخرى في المحلول ويوجد لهذه الجزيئات تاثير كبير على مستويات الطاقة للايونات والانتقال بين مستويات الطاقة.
مبنى المستويات الالكترونية للجزيئات مركب. هنا لن ندخل لتفاصيل الانتقال بين مستويات الطاقة, الا انه سوف نعتمد على الحقيقة بان لكل مادة طيف ابتلاع يميزه, وانه يمكن استعمال قياسات الابتلاع لتمييز المواد, وخاصة لقياسات كمية لتراكيز .
اللون
الحقيقة بان المواد تستطيع ابتلاع اشعة الكترومغناطيسية في المجال المرئي, هي احد الاسباب بان العالم من حولنا ملون. اللون الابيض, او المجال المرئي, يتراوح مابين 780-390 نانومتر.
المواد الملونة يمكن ان تمنع او تسمح الضوء بالمرور من خلالها. في الحالة الاولى نحصل على اللون عن طريق الضوء الراجع من المادة, وفي الحالة الثانية عن طريق الضوء المار من خلال المادة. في الحالتين فان عيننا تستوعب الاشعاع الذي لم يبتلع على يد المادة.
احيانا فان الملائمة بين اللون المرئي وبين طيف الابتلاع ليست بسيطة. اسباب ذلك : اولا, المادة يمكن ان تبتلع اكثر من مجال واحد لطول موجة. ثانيا: العين ليست حساسة لكل طول موجة بنفس المستوى. حساسية العين قصوى في مركز مجال الضوء المرئي وتنخفض نحو الاحمر من جهة ونحو البنفسجي من جهة اخرى.
في هذه التجربة سوف تستعينون بفحص حتى تحددوا تركيز الكلور في الماء. ابونات الكلور المتاينة لا تبتبلع الضوء المرئي. حتى نميزها يضاف للعينة محلول Hg(SCN)2 (بوجود ايونات حديد ذات شحنة ثلاثية. ينتج من التفاعل كلوريد الزئبق مذابة. ايونات SCNالحرة تكون مزيج احمر مع ايونات الحديد Fe(SCN)
ابتلاع هذا المزيج يكون بعلاقة مباشرة مع تركيز الكلور في العينة. قيس الابتلاع ب 460 نانومتر.
2Cl- + Hg(SCN)2 HgCl2 + 2SCN-
SCN- + Fe +3 Fe(SCN) +2
يوجد للمواد صفات يمكن قياسها بصورة دقيقة. يوجد صفات التي تميز المادة وتميزها عن مواد اخرى. يوجد صفات التي تعطي معلومات عن كمية او تركيز المادة.
ناخذ مثال لمادة معروفة لنا من حياتنا اليومية, عصير توت العليق او توت شوكياذا تمعنا بكاسين يحويان هذا العصير, في الاول تركيز قليل وفي الثاني تركيز اكبر, في أي كاس تركيز العصير اكبر. التمييز يتم اعتمادا على معرفتنا, وهي انه كلما كان تركيز التوت اكبر لون العصير يكون اكثر حمرة. في هذا المثال, شدة اللون اكبر تشير الى تركيز اكبر.
يتضح بان العلاقة بين شدة اللون والتركيز بحث بصورة علمية عن طريق باحثين كثيرين. باحثان باسم -, اكتشفا علاقة طردية بين تركيز المذاب في المحلول وبين شدة اللون.هذه العلاقة صيغت كقانون سمي بقانون " - " على اسم هذين الباحثين.
طيف الابتلاع للمادة لا يميزفقط عن طريق طول موجة الابتلاع وانما ايضا عن طريق شدتهم.
عند تمرير ضوء ذو طول موجة واحد عن طريق عينة, تتعلق شدة الابتلاع بتركيز المادة وبالطريقة التي مر بها الضوء خلال العينة. كلما كان تركيز المادة اكبر وكلما كانت الطريق التي عبرها الضوء في العينة اكبر, فانها تبتلع اشعة اكثر, عدد الجسيمات التي تستطيع ان تبتلع الاشعة يزداد.
قانون
A=absorbance تشير الى الابتلاع
C= تركيز المادة المذابة
| = الطريق التي يمر بها الضوء بالعينة المفحوصة. الطريق ثابتة لكل القياسات التي سوف تنفذوها, لان كبر خلية القياس ثابت
ε= ثابت يسمى معامل الابتلاع, وهو مميز لكل مادة في كل طول موجة.
| ε = ثابت للمادة المفحوصة بطول موجة معينة. اذا اشرنا : | ε = α اذا
C α= A
من هنا الابتلاع A متعلق بطريقة خطية بتركيز المحلول المفحوص.
هذه العلاقة بين لشدة الابتلاع وتركيز المذاب في محلول تكون عند المحاليل بتراكيز منخفضة فقط.
في تراكيز عالية لاتكون جميع الجسيمات المذابة معرضة للاشعة التي تتعرض لها العينة. لهذا فان الابتلاع المقاس يكون اصغر فيما اذا تعرضت كل الجسيمات المادة المذابة للاشعة.
اذا قسنا شدة الابتلاع لمحاليل بتراكيز مختلفة ونرسم رسم بياني يصف الابتلاع كدالة لتركيز المادة المذابة نحصل على منحنى.
مبدأ الطريقة
الطريقة المقبولة لقياس تراكيز في طريقة منظار التحليل الطيفي (spectroscope) عن طريق بناء منحنى للابتلاع مقابل تركيز واستعمال هذا المنحنى لتحديد تراكيز غير معروفة للمحاليل. يبنى المنحنى عن طريق قياسات الابتلاع للمحاليل تراكيزها معروفة بطول موجة ثابت. طول الموجة التي بها تنفذ القياسات هي طول الموجة التي فيها قيست بها اعلى ابتلاع للمادة المفحوصة. بعد ذك يستعمل القسم الطردي للمنحنى لتحديد تراكيز محاليل ذات تركيز غير معروف . من هنا فان على تركيز محلول مجهول ان يتلائم للمجال الطردي للمنحنى.اذا لم يتواجد وضع كهذا يجب تخفيف العينة حتى نحصل على التركيز الملائم.
الاشعة الالكترومغناطيسية تصل الى جهاز (في هذا الجهاز فصل للاشعة باطوال موجة مختلفة بواسطة منشور. بواسطة مركبات اخرى نحرص على ان شعاع واحد ذو طول موجة واحدة يصل الى خلية الفحص. الشعاع المار يصل الى المكشاف () (الذي يكشف عن الموجات الكهربائية) هذا الجهاز موصول مع مسجل) تقاس شدة الشعاع وتسجل.
مصدر ضوء--- ثقب----منشور----ثقب-----خلية قياس----مكشاف----مسجل
طور مؤخرا جهاز اسرع اكثر من الجهاز السابق, في هذا الجهاز شعاع واحد فقط من ضوء ابيض او اشعة فوق بنفسجية تمر من خلال العينة وتصيب شبكة التي يبعثر الضوء. الشيء المحسن في الجهاز هو بوجود مكاشيف (), على عكس باقي الاجهزة المبينية من مكشاف واحد. في جهاز يحوي عدة مكاشيف لا يوجد حاجة لاختيار طول موجة واحدة للقياس, مستوى الابتلاع يقاس في نفس الوقت لكل طول موجة. هذا الامر يمكن من قياس طيف كامل في وقت قصير اكثر من الاجهزة العادية.
لاننا سوف نتعامل مع الابتلاع في المجال المرئي, نستعمل خلايا مصنوعة من البلاستيك الشفاف. الخلايا ذات 4 جدران, جدرانان متقابلين شفافين, من خلالهما يمر الشعاع,الجدرانان الاخران مدببان للامساك بالخلية. البعد بين الجدرانين المتوازيين 1 سم . هذه الخلايا ملائمة للقياس في مجال الاشعة الفوق بنفسجية, في هذا المجال يجب العمل مع خلايا لا تبتلع الشعاع في مجال القياس.
لان المذيب يمكنه ان يبتلع الضوء بطول الموجة التي ينفذ بها القياس, يجب طرح من الابتلاع المقاس ابتلاع الخلية الكاملة في مذيب نقي. قياس الابتلاع للخلية الكاملة في مذيب نقي يسمى blank, وهي تنفذ قبل قياس طيف الابتلاع. نتيجة هذا القياس تحفظ في ذاكرة الحاسوب وتطرح من قياسات الابتلاع( الحاسوب يطرح قياس ال blank الاخير المسجل في ذاكرته. لان الخلايا نفسها تبعثر وتبتلع قسم من الشعاع, يجب ان نستعمل نفس نوع الخلية لقياس ال blank وقياس العينة.