Week 8 · Chapter 2 (C): detecting cations (six analytical groups: copper(II), aluminium, iron(II), iron(III), calcium) and the start of quantitative analysis: titration, standard solutions, end point and indicators · 3 lessons
1
الكاتيونات: المجموعات التحليلية والنحاس (II)
Chemistry Sec 3 Term 1, Chapter 2: pp. 39–43
الهدفاشرح لماذا تُفصل الكاتيونات في مجموعات تحليلية، وتعرّف على النحاس II في المجموعة 2.
كلمات جديدة
الكاتيون (الشق القاعدي) · الأيون الموجب في الملح، مثل Cu²⁺ أو Al³⁺ أو Ca²⁺المجموعة التحليلية · كاتيونات تتشابه أملاحها في الذوبان وتترسب معًا بكاشف مجموعة واحدشحيح الذوبان · يذوب القليل جدًا في الماء فيكوّن راسبًا
الشرح
الشقوق القاعدية، أي الكاتيونات، أصعب في التعرف من الأنيونات لثلاثة أسباب: فهي كثيرة جدًا، وتُربك اختبارات بعضها، والفلز الواحد قد تكون له أكثر من حالة تأكسد مثل الحديد II والحديد III. لذلك تُقسَّم الكاتيونات إلى ست مجموعات تحليلية بحسب ذوبان أملاحها، ولكل مجموعة كاشفها. تخيّل مجموعة من المناخل: كل كاشف يُخرج عائلة واحدة من المحلول، ويعمل الكاشف التالي على ما تبقّى. في المجموعة 1 تكون كلوريدات الفضة والزئبق I والرصاص II شحيحة الذوبان، فيرسّبها HCl المخفف. وفي المجموعة 2 تعطي الكاتيونات كبريتيدات غير ذائبة عند تمرير كبريتيد الهيدروجين في محلول حمضي؛ والنحاس II يعطي كبريتيد النحاس الأسود: CuSO₄ + H₂S → CuS + H₂SO₄. وكبريتيد الهيدروجين غاز سام، فهذه المعادلة للورق فقط. وتأتي المجموعة 3 والمجموعة 5 في الدرس التالي؛ أما المجموعتان 4 و6 فلا نحتاجهما في هذا المقرر.
المجموعة
الكاشف
ما يتكوّن
مثال
1
HCl المخفف
كلوريدات
Ag⁺, Pb²⁺
2
H₂S في محلول حمضي
كبريتيدات
Cu²⁺
3
NH₄OH
هيدروكسيدات
Al³⁺, Fe²⁺, Fe³⁺
4
—
غير مطلوبة هنا
—
5
(NH₄)₂CO₃
كربونات
Ca²⁺
6
—
غير مطلوبة هنا
—
أمثلة محلولة
أي مجموعة؟ يتكوّن راسب أبيض من AgCl عند إضافة HCl المخفف إلى محلول رائق: الفضة في المجموعة 1 لأن كلوريدها شحيح الذوبان. ويتكوّن راسب أسود عند تمرير H₂S في محلول حمضي لملح نحاس: النحاس في المجموعة 2 على صورة CuS الأسود.
ƒمعادلة أيونية
Cu²⁺ + S²⁻ → CuS
الذرات والشحنة. CuSO₄ + H₂S → CuS + H₂SO₄: Cu 1 وS 2 وH 2 وO 4 على الجانبين. وبصيغة الأيونات Cu²⁺ + S²⁻ → CuS: الشحنة +2 − 2 = 0 على اليسار و0 على اليمين. ولهذا يتحد أيون Cu²⁺ مع الكبريتيد بنسبة 1 : 1 دائمًا.
كم الراسب؟ يتفاعل 0.050 mol من CuSO₄ في المحلول تفاعلًا تامًا مع H₂S (على الورق فقط). النسبة 1 : 1 فـ n(CuS) = 0.050 mol. وبأخذ Cu = 63.5 وS = 32 تكون M(CuS) = 95.5 g/mol، فـ m = 0.050 × 95.5 = 4.775 g، أي نحو 4.78 g.
نشاط الفصل
لعبة المناخل في المطبخ مع شخص بالغ. اخلط في وعاء ملعقة من الأرز الجاف وملعقة من العدس وملعقة من الدقيق (طعام فقط، ولا تتذوق الخليط). استخدم مصفاة كبيرة لإخراج الحبوب الأكبر أولًا، ثم مصفاة شاي للحجم التالي، وانظر ما الذي بقي. الترتيب مهم مثل كواشف المجموعات: كل أداة تُخرج عائلة والتالية تعمل على الباقي. سمِّ العائلات الثلاث A وB وC، واصنع جدولًا بالأداة والعائلة التي تُخرجها. اغسل يديك وضع الطعام في سلة المهملات بعد ذلك.
تدرّب
1
إلى أي مجموعة تحليلية ينتمي كل مما يلي: AgCl وPbCl₂ وCuS؟
AgCl وPbCl₂: المجموعة 1 (كلوريدات شحيحة الذوبان). وCuS: المجموعة 2 (كبريتيد).
