يوجد حاليًا العديد من المتخصصين الذين كرسوا أنفسهم للعلوم الفيزيائية أو الكيميائية ، وأحيانًا كليهما. في الواقع ، يمكن تفسير معظم الظواهر منطقيًا بدقة من خلال مثل هذه التجارب. سننظر في طرق البحث الفيزيائي بمزيد من التفصيل.
طرق التحليل في الكيمياء التحليلية
الكيمياء التحليلية هي علم اكتشاف وفصل وتحديد المواد الكيميائية. لإجراء عمليات معينة باستخدام المركبات ، يتم استخدام طرق التحليل الكيميائية والفيزيائية والفيزيائية الكيميائية. وتسمى الطريقة الأخيرة أيضًا بأنها مفيدة ، لأن تطبيقها يتطلب معدات معملية حديثة. وهي مقسمة إلى مجموعات التحليل الطيفي والفيزياء النووية والكيمياء الإشعاعية.
علاوة على ذلك ، في الكيمياء يمكن أن تكون هناك مشاكل من أنواع مختلفة تتطلب حلولاً فردية. بناءً على ذلك ، توجد طرق للتحليل النوعي (تحديد اسم وشكل المادة) والكمية (تحديد مقدار مادة معينة موجودة في قسمة أو عينة).
طرق التحليل الكمي
إنها تسمح لك بتحديد محتوى المادة الأصلية في العينة. في المجموع ، هناك طرق كيميائية وفيزيائية وكيميائية وفيزيائية للتحليل الكمي.
الطرق الكيميائية للتحليل الكمي
وهي مقسمة إلى:
- تحليل الوزن الذي يسمح لك بتحديد محتوى مادة ما من خلال وزنها على ميزان تحليلي وتنفيذ المزيد من العمليات.
- تحليل الحجم ، والذي يتضمن قياس حجم المواد في حالات أو حلول مجمعة مختلفة.
بدورها ، تنقسم إلى الأقسام الفرعية التالية:
- يستخدم التحليل الحجمي بالمعايرة بتركيز معروف من الكاشف ، التفاعل الذي تستهلك به المادة المطلوبة ، ثم يقاس الحجم المستهلك ؛
- طريقة الغاز الحجمي هي تحليل مخاليط الغاز حيث يتم امتصاص المادة الأصلية بواسطة مادة أخرى.
- الترسيب الحجمي (من اللاتينية الرواسب - "الاستقرار") يقوم على التقسيم الطبقي بواسطة نظام مشتت نتيجة للجاذبية. ويصاحب ذلك هطول ، يتم قياس حجمه باستخدام أنبوب الطرد المركزي.
الطرق الكيميائية ليست دائمًا ملائمة للاستخدام ، لأنه غالبًا ما يكون من الضروري فصل الخليط لعزل المكون المطلوب. لإجراء مثل هذه العملية دون استخدام التفاعلات الكيميائية ، يتم استخدام طرق التحليل الفيزيائية. وملاحظة التغير في الخواص الفيزيائية للمركب نتيجة لذلكتنفيذ التفاعلات - الفيزيائية والكيميائية.
الطرق الفيزيائية للتحليل الكمي
يتم استخدامها خلال العديد من الدراسات المعملية. تشمل طرق التحليل الفيزيائية:
- طيفي - يعتمد على تفاعل الذرات والجزيئات وأيونات المركب المدروس مع الإشعاع الكهرومغناطيسي ، مما يؤدي إلى امتصاص أو إطلاق الفوتونات.
- الطريقة الفيزيائية النووية تتمثل في تعريض عينة من المادة قيد الدراسة لتدفق نيوتروني ، من خلال الدراسة التي يمكن بعد التجربة تحديد المحتوى الكمي للعناصر الموجودة في العينة عن طريق القياس الإشعاع المشع. يعمل هذا لأن مقدار نشاط الجسيمات يتناسب طرديًا مع تركيز العنصر قيد الدراسة.
- الطريقة الكيميائية الإشعاعية هي تحديد محتوى مادة النظائر المشعة المتكونة نتيجة للتحولات.
الأساليب الفيزيائية والكيميائية للتحليل الكمي
نظرًا لأن هذه الطرق ليست سوى جزء من الطرق الفيزيائية لتحليل مادة ما ، فهي مقسمة أيضًا إلى طرق بحث مطيافية ونووية-فيزيائية وكيميائية إشعاعية.
طرق التحليل النوعي
في الكيمياء التحليلية ، من أجل دراسة خصائص مادة ما ، وتحديد حالتها الفيزيائية ، ولونها ، وطعمها ، ورائحتها ، وتستخدم طرق التحليل النوعي ، والتي بدورها تنقسم إلى نفس المادة الكيميائية والفيزيائية والفيزيائية والكيميائية (مفيدة).علاوة على ذلك ، تُفضل طرق التحليل الفيزيائية في الكيمياء التحليلية.
يتم تنفيذ الطرق الكيميائية بطريقتين: التفاعلات في المحاليل والتفاعلات بطريقة جافة.
تفاعلات الطريقة الرطبة
ردود الفعل في الحلول لها شروط معينة ، يجب استيفاء واحد أو أكثر منها:
- تشكيل راسب غير قابل للذوبان.
- تغيير لون الحل
- تطور مادة غازية
يمكن أن يحدث تكوين الراسب ، على سبيل المثال ، نتيجة لتفاعل كلوريد الباريوم (BaCl2) وحمض الكبريتيك (H2SO4). نواتج التفاعل هي حمض الهيدروكلوريك (HCl) وراسب أبيض غير قابل للذوبان في الماء - كبريتات الباريوم (BaSO4). ثم يتم استيفاء الشرط اللازم لحدوث تفاعل كيميائي. في بعض الأحيان قد تكون نواتج التفاعل عبارة عن مادتين ، والتي يجب فصلها بالترشيح.
يعد تغيير لون المحلول نتيجة التفاعل الكيميائي سمة مهمة جدًا في التحليل. غالبًا ما يتم ملاحظة ذلك عند العمل مع عمليات الأكسدة والاختزال أو عند استخدام المؤشرات في عملية معايرة القاعدة الحمضية. المواد التي يمكن أن تلون المحلول باللون المناسب تشمل: ثيوسيانات البوتاسيوم KSCN (يترافق تفاعله مع أملاح الحديد III مصحوبًا بتلوين المحلول باللون الأحمر الدموي) ، وكلوريد الحديديك (عند التفاعل مع ماء الكلور ، واللون الأخضر الضعيف للمحلول) يتحول المحلول إلى اللون الأصفر) ، ثنائي كرومات البوتاسيوم (عند تقليله وتحت تأثير حمض الكبريتيك ، يتغير من اللون البرتقالي إلىأخضر غامق) وغيرها.
التفاعلات التي تستمر مع إطلاق الغاز ليست أساسية وتستخدم في حالات نادرة. ثاني أكسيد الكربون المنتج الأكثر شيوعًا في المختبرات هو CO2.
تفاعلات جافة
يتم إجراء مثل هذه التفاعلات لتحديد محتوى الشوائب في المادة المحللة ، في دراسة المعادن ، وتتكون من عدة مراحل:
- اختبار الانصهار.
- اختبار لون اللهب.
- اختبار التقلب.
- القدرة على تفاعلات الأكسدة والاختزال.
عادة ، يتم اختبار قدرة المواد المعدنية على الانصهار عن طريق التسخين المسبق لعينة صغيرة منها فوق موقد غاز ومراقبة تقريب حوافها تحت عدسة مكبرة.
للتحقق من قدرة العينة على تلوين اللهب ، يتم تطبيقه على سلك بلاتيني أولاً على قاعدة اللهب ، ثم إلى المكان الأكثر تسخينًا.
يتم فحص تقلب العينة في اسطوانة الفحص ، والتي يتم تسخينها بعد إدخال عنصر الاختبار.
غالبًا ما تتم تفاعلات عمليات الأكسدة والاختزال في كرات جافة من البورق المنصهر ، حيث يتم وضع العينة ثم تعريضها للتسخين. هناك طرق أخرى لتنفيذ هذا التفاعل: التسخين في أنبوب زجاجي بالمعادن القلوية - Na ، K ، التسخين البسيط أو التسخين على الفحم ، وهكذا.
استخدام المؤشرات الكيميائية
في بعض الأحيان تستخدم طرق التحليل الكيميائي مختلفةالمؤشرات التي تساعد في تحديد الرقم الهيدروجيني لوسط المادة. الأكثر استخدامًا هي:
- عباد الشمس. في بيئة حمضية ، يتحول لون ورق عباد الشمس المؤشر إلى اللون الأحمر ، وفي البيئة القلوية يتحول إلى اللون الأزرق.
- ميثيلورانج. عند تعريضه لأيون حمضي يتحول إلى اللون الوردي والقلوي - يتحول إلى اللون الأصفر.
- الفينول فثالين. في البيئة القلوية ، تتميز باللون الأحمر ، وفي البيئة الحمضية ليس لها لون.
- الكركمين. يتم استخدامه في كثير من الأحيان أقل من المؤشرات الأخرى. يتحول للون البني مع القلويات والأصفر مع الأحماض.
الطرق الفيزيائية للتحليل النوعي
حاليًا ، غالبًا ما يتم استخدامها في كل من الأبحاث الصناعية والمخبرية. أمثلة على طرق التحليل الفيزيائية هي:
- الطيفية ، والتي سبق مناقشتها أعلاه. وهي بدورها مقسمة إلى طرق انبعاث وامتصاص. اعتمادًا على الإشارة التحليلية للجسيمات ، يتم تمييز التحليل الطيفي الذري والجزيئي. أثناء الانبعاث ، تصدر العينة الكميات ، وأثناء الامتصاص ، يتم امتصاص الفوتونات المنبعثة من العينة بشكل انتقائي بواسطة الجسيمات الصغيرة - الذرات والجزيئات. تستخدم هذه الطريقة الكيميائية أنواعًا من الإشعاع مثل الأشعة فوق البنفسجية (UV) ذات الطول الموجي 200-400 نانومتر ، والتي يمكن رؤيتها بطول موجة يتراوح من 400 إلى 800 نانومتر والأشعة تحت الحمراء (IR) بطول موجة يتراوح بين 800-40000 نانومتر. تسمى مناطق الإشعاع هذه "النطاق البصري".
- تتكون طريقة الانارة (الفلورسنت) في مراقبة انبعاث الضوء بواسطة المادة قيد الدراسة بسببالتعرض للأشعة فوق البنفسجية. يمكن أن تكون عينة الاختبار مركبًا عضويًا أو معدنيًا ، وكذلك بعض الأدوية. عند تعرضها للأشعة فوق البنفسجية ، تنتقل ذرات هذه المادة إلى حالة من الإثارة ، تتميز باحتياطي طاقة مثير للإعجاب. أثناء الانتقال إلى الحالة الطبيعية ، تتألق المادة بسبب الكمية المتبقية من الطاقة.
- يتم إجراء تحليل حيود الأشعة السينية ، كقاعدة عامة ، باستخدام الأشعة السينية. يتم استخدامها لتحديد حجم الذرات وكيفية تواجدها بالنسبة لجزيئات العينة الأخرى. وهكذا ، تم العثور على الشبكة البلورية ، وتكوين العينة ، ووجود الشوائب في بعض الحالات. تستخدم هذه الطريقة كمية قليلة من المادة التحليلية بدون استخدام تفاعلات كيميائية.
- طريقة قياس الطيف الكتلي. يحدث أحيانًا أن المجال الكهرومغناطيسي لا يسمح لبعض الجسيمات المتأينة بالمرور عبره بسبب الاختلاف الكبير جدًا في نسبة الكتلة والشحنة. من أجل تحديدها ، هناك حاجة إلى هذه الطريقة المادية للتحليل.
وبالتالي ، فإن هذه الطرق مطلوبة بشدة ، مقارنة بالطرق الكيميائية التقليدية ، لأن لها عددًا من المزايا. ومع ذلك ، فإن الجمع بين الطرق الكيميائية والفيزيائية للتحليل في الكيمياء التحليلية يعطي نتيجة أفضل وأكثر دقة للدراسة.
الأساليب الفيزيائية والكيميائية (الآلية) للتحليل النوعي
تشمل هذه الفئات:
- الطرق الكهروكيميائية التي تتكون من القياسالقوى الدافعة الكهربائية للخلايا الجلفانية (قياس الجهد) والتوصيل الكهربائي للمحاليل (قياس الموصلية) ، وكذلك في دراسة الحركة وبقية العمليات الكيميائية (علم الاستقطاب).
- التحليل الطيفي للانبعاثات ، والذي يتمثل جوهره في تحديد شدة الإشعاع الكهرومغناطيسي على مقياس التردد.
- طريقة قياس ضوئي.
- التحليل الطيفي للأشعة السينية ، والذي يفحص أطياف الأشعة السينية التي مرت عبر العينة.
- طريقة قياس النشاط الإشعاعي
- تعتمد الطريقة الكروماتوغرافية على التفاعل المتكرر لامتصاص وامتصاص مادة عندما تتحرك على طول مادة ماصة غير متحركة.
يجب أن تعلم أن الطرق الفيزيائية والكيميائية والفيزيائية للتحليل في الكيمياء يتم دمجها في مجموعة واحدة ، لذلك عندما يتم النظر فيها بشكل منفصل ، هناك الكثير من القواسم المشتركة.
الطرق الفيزيائية والكيميائية لفصل المواد
في كثير من الأحيان في المختبرات توجد مواقف يستحيل فيها استخلاص المادة المطلوبة دون فصلها عن مادة أخرى. في مثل هذه الحالات ، يتم استخدام طرق فصل المواد ، والتي تشمل:
- الاستخراج - طريقة يتم من خلالها استخلاص المادة الضرورية من محلول أو خليط بواسطة مستخلص (مذيب مطابق).
- اللوني. تستخدم هذه الطريقة ليس فقط للتحليل ، ولكن أيضًا لفصل المكونات الموجودة في المرحلتين المتنقلة والثابتة.
- الفصل عن طريق التبادل الأيوني. نتيجة لقد تترسب المادة المرغوبة ، غير قابلة للذوبان في الماء ، ويمكن بعد ذلك فصلها بالطرد المركزي أو الترشيح.
- الفصل المبرد يستخدم لاستخراج المواد الغازية من الهواء.
- الكهربائي هو فصل المواد بمشاركة مجال كهربائي ، تحت تأثير الجزيئات التي لا تختلط مع بعضها البعض تتحرك في وسط سائل أو غازي.
وبالتالي ، سيتمكن مساعد المختبر دائمًا من الحصول على المادة المطلوبة.
