المعامل الوزني

اليكم موضوع المعامل الوزني للاستاذ القدير علاء السعداوي حفظه اللة وادامه لنا رمزا من رموز الكيمياء


( المعامل الوزني Gf)
سنتطرق في هذة الشروحات الى مفهوم المعامل الوزني وما هو مصدر هذا المفهوم الذي يرتبط ارتباطا وثيقا بالمعادلة الكيميائية الموزونة او بصيغة المركب ولذلك سينقسم التفصيل الى قسمين
حسابات المعامل الوزني لعنصر يراد تقديرة في مركب وتوجد علاقة واحدة لحساب المعامل الوزني للعنصر الموجود في مركب وهي كالتالي
المعامل الوزني Gf =
مثال احسب المعامل الوزني لمكونات المركب
الجواب :

ملاحظات
1- يكون المعامل الوزني للعنصر في المركب دائ ما اقل من واحد
2- مجموع المعاملات للعناصر الداخلة قي تكوين المركب = واحد فمثلا للمثال اعلاة

حسابات المعامل الوزني لمركب من مركب اخر ينشا هذا المفهوم من حسابات المعادلة الكيميائية فمثلا لناخذ المثال التالي
مثال احسب المعامل الوزني Al في كبريتات الالمنيوم SO4)2 )Al2 ان الطريقة الصحيحية لمعرفة المعامل الوزني هي كتابة معادلة التفاعل اولا
A B C D
المعادلة مع عدد المولات المتفاعلة والناتجة للتفاعل
2 3 1 3
وحيث ان المول = الكتلة \الكتلة المولية
نطبق علاقة وسطين بطرفين فينتج
والان سؤال : هل يمكن حساب كتلة الالمنيوم من الهيدروجين اذا علمت ان كتلة غاز الهيدروجين = 0.02g
والجواب على ذلك نعم ممكن ذلك حيث
عد الى المعادلة وابدا بحساب المعامل الوزني من المعادلة ستصل الى نفس النتيجة
مثال: احسب المعامل الوزني ل فوسفات الكالسيوم الهيدروجينية في فوسفات الكالسيوم
الجواب : ربما يتوقع البعض ان يضع الرقم 3 في حسابات المعامل الوزني لان ذرات الكالسيوم هي المختلفة بين المركبين ولكن لنكتب المعادلة ثم ستتبين الامور بشكل واضح D A B C

عدد المولات 1 2 1 2
لاحظ انة مول واحد من فوسفات الكالسيوم ادى بتفاعل الى تكوين مول واحد من فوسفات الكالسيوم الهيدروجينية اذا

ملاحظة : مما تقدم ماذا تمثل كل من a,b في قانون المعامل الوزني
b: تمثل عدد مولات المادة المراد تقديرها وتحسب من المعادلة الموزونة
a: تمثل عدد مولات المادة المعلومة والمراد حساب المعامل الوزني بدلالتها وتحسب ايضا من المعادلة الموزونة
مثال: للمعادلة اعلاة احسب كتلة فوسفات الكالسيوم اذا علمت ان كتلة كبريتات الكالسيوم = 0.34g
الحل : يمكن حساب كتلة المادة المجهولة فوسفات الكالسيوم من كتلة المادة المعلومة كبريتات الكالسيوم في المعادلة الكيميائية حسب العلاقة

في المعادلة عدد مولات المادة المجهولة (فوسفات الكالسيوم )=a =1
في المعادلة عدد مولات المادة المعلومة (كبريتات الكالسيوم )=b = 2
لحساب المعامل الوزني نطبق العلاقة
اذا
سؤال : احسب المعامل الوزني للميثانCH4 في خلات الصوديوم CH3COONa
الحل : لو بحثنا عن المشتركات بين الصيغتين نجد ان الكاربون والهيدروجين هما العناصر المشتركة ويتوقع ان نضع ارقام لمساوة اي العناصر المشتركة ولكن لنكتب المعادلة الكيميائية اولا لنتحقق

C:2 C:1
H:3 H:4
ولكن عدد مولات المادة المجهولة b(الميثان ) = 1 وعدد مولات المادة المعلومة خلات الصوديوم a = 1 ولذلك لحساب المعامل الوزني
a=1 , b =1
سؤال : هل تستطيع حساب المعامل الوزني ل NO2 بدلالة الكاربون C بدون المعادلة ادناة

لا اعتقد ان هناك شئ مشترك بين صيغة الغاز والكاربون
اذا من هذا نستخلص ان صيغة المركبات هي ليست دليل نهائي لحساب المعامل الوزني لمركب من مركب اخر وانما يمكن الوصول الى المعامل الوزني من خلال مولات المادة المراد تقديرها والمادة المراد التقدير بدلالتها ومن خلال المعادلة لا سيما ان الوزنية هي عمليات تقدير مواد مجهولة باجراء تفاعلات معينة يتم فيها التعرف على مواد مجهولة من خلال مواد معلومة لذلك فان المعادلة الكيميائية تعتبر الوسيط الجيد لتقدير كمية المواد المجهولة بدقة بمعرفة مقادير المواد المتفاعلة والناتجة
خصوصيات المعامل الوزني : كان الحديث سابقا يدور على مفهوم المعامل الوزني بشكل عام ولكن بعض الامثلة نتعامل معها بسرعة من خلال بعض الملاحظات الثابتة حيث لكل مفهوم او قاعدة اساسيات ثابتة تصبح مالوفة نظرا لكثرة تطبيقها
فمثلا لو حصل ترسيب كامل لعنصر من احد المركبات بصورة وزنية ثابتة يصبح التعامل معة ومع اي عملية مشابهة لها بهذة الطريقة
مثال : احسب المعامل الوزني ل في هذا المثال ياخذ بنظر الاعتبار ترسيب كل الحديد بهذة الصورة ولا يوجد مركب جانبي يدخل فية الحديد ايضا (سنناقش هذا بعد الحل)
الحل : سنتطرق في الحل الى التفصيل ثم سنستخلص الفكر ولذلك ناخذ كلا الاوكسيدين على حدة

1 3 1 2




ومن ربط العلاقتين ينتج
مناقشة: من كتاب مودرن في التحليلية يبين ان رباعي اوكسيد الحديد هو مزيج من اوكسيد الحديد الثلاثي والثنائي أي لان صيغة رباعي الاوكسيد ليس للحديد تكافؤ محدد فيها لذلك
في تفاعلات اوكسيد الحديد الرباعي يضاف حامض النتريك لاكسدة الحديد الثنائي الى الثلاثي وبالتالي نحصل على ترسيب لكل الحديد بشكل محدد ولذلك يجب ورود في السؤال احسب المعامل الوزني ل رباعي اوكسيد الحديد في ثلاثي اوكسيد المتظمنة ترسيب كامل للحديد وبالتالي يصبح الحديد هو المحدد للارقام الموضوعة
وما ذكر عن الكالسيوم في الكتاب صحيح لو اعتبرنا ان تم الترسيب الكامل للكالسيوم بهذة الصورة وهكذا
مثال (مأخوذ من كتاب مودرن)
An ore containing magnetite, Fe3O4, was analyzed by dissolving a 1.5419-g
sample in concentrated HCl, giving a mixture of Fe2+ and Fe3+. After adding
HNO3 to oxidize any Fe2+ to Fe3+, the resulting solution was diluted with water
and the Fe3+ precipitated as Fe(OH)3 by adding NH3. After filtering and
rinsing, the residue was ignited, giving 0.8525 g of pure Fe2O3. Calculate the
%w/w Fe3O4 in the sample

ترجمة السؤال: خام يحتوي Fe3O4 المغناطيسي . تم تذويب 1.5419g في حامض الهيدروكلوريك المركز , اعطى مزيج من Fe+2 و Fe+3 . بعدها اضيف حامض النتريك لاكسدة كل ايونات الحديد الثنائي الى الحديد الثلاثي. المحلول الناتج خفف بالماء. ثم ايونات الحديد رسبت بشكل Fe(OH)3 باضافة المحلول المائي للامونيا ثم رشح الراسب واحرق ليعطي 0.8525g من الصيغة الوزنية Fe2O3 . احسب النسبة المئوية ل رباعي اوكسيد الحديد في النموذج

نلاحظ من طريقة الترسيب انها تمت بعمليات متعدد ومعقدة ولا توجد معادلات محددة ولذلك ولكون مولات الحديد تم ترسيبها بشكل كامل اذا استخدم الطريقة الثانية ممكنة في حساب المعمامل الوزني ولذلك ممكن حل السؤال:
3 moles Fe3O4 = 2 moles Fe2O3


ملاحظة هناك العديد من عمليات الترسيب نذكر منها للمعلومة
1- ترسيب الايونات السالبة مثل الهاليدات ( اليود والبروم والكلور والفلور )
2- ترسيب الايونات الموجبة من اشهرها المجاميع الموجودة في المنهج
3- ترسيب الاملاح مثل الكاربونات
4- ترسيب المركبات العظوية ذات المجاميع المعوضة
ولذلك ولغرض تبسيط معرفة العنصر المشترك بين الصيغة الترسيبية وبين الايون المرسب الجدول ادناة يبين الايون الموجب والعامل المرسب لة وصيغة الترسيب الوزنية بحيث تكون قيم الارقام الموضوعة لموازنة الصيغتين تعتمد على الايون الموجب
المادة المراد تقديرها عامل الترسيب صيغة الترسيب صيغة الوزن
Ba+2 (NH4)2CrO4 BaCrO4 BaCrO4
Pb+2 H2SO4 PbSO4 PbSO4
Ag+ HCl AgCl AgCl
Hg2+2 HCl Hg2Cl2 Hg2Cl2
Hg+2 H2S HgS HgS
Al+3 NH3 Al(OH)3 Al2O3
Be+2 NH3 Be(OH)2 BeO
Be+2 (NH4)2HPO4 NH4BePO4 Be2P2O7
Fe+3 NH3 Fe(OH)3 Fe2O3
Ca+2 (NH4)2C2O4 CaC2O4 CaCO3 or CaO
Sb+3 H2S Sb2S3 Sb2S3
As+3 H2S As2S3 As2S3
Sr+2 H2SO4 SrSO4 SrSO4
Mg+2 (NH4)2HPO4 NH4MgPO4 Mg2P2O7
Zn+2 (NH4)2HPO4 NH4ZnPO4 Zn2P2O7
• عامل الترسيب يعتمد على الجذر السالب الذي يستخدم للترسيب لذلك يمكن استبدال الجذر الموجب له .
• NH3 هي غاز لكن في المختبر يكون على هيئة محلول NH4OH .
الجدول ادناه يبين بعض عوامل الترسيب اللاعضوية للايونات السالبة
المادة المراد تقديرها عامل الترسيب صيغة الترسيب صيغة الوزن
CN-1 AgNO3 AgCN AgCN
I-1 AgNO3 AgI AgI
Br-1 AgNO3 AgBr AgBr
Cl-1 AgNO3 AgCl AgCl
ClO3-1 FeSO4 ass. ag. /AgNO3 AgCl AgCl
SCN-1 SO2 ass.ag. /CuSO4 CuSCN CuSCN
SO4-2 BaCl2 BaSO4 BaSO4
2-المرسبات العضوية : وهي مركبات عضوية تستعمل لترسيب بعض الايونات الفلزية حيث تكون بعض المركبات الحلقية معقدة تعاضدية ضئيلة الذوبان جدا مثل مركب ثنائي مثل كلايوكسيم الذي يستعمل لترسيب النيكل في وسط قاعدي

الجدول ادناه يبين بعض عوامل الترسيب العضوية
المادة المراد تقديرها عامل الترسيب صيغة الترسيب صيغة الوزن
Ni+2 Dimethyl glyoxime (DMG) Ni(C4H7O2N2)2 Ni(C4H7O2N2)2
Fe+3 Cupferon Fe(C6H5N2O2)3 Fe2O3
Cu+2 Neocupferon Cu(C14H11O2N) Cu(C14H11O2N)
Co+2 α-Nitroso-β-naphthol Co(C10H6O2 N3) CoSO4
K+ Sodium tetra phenyl boron
(NaTPB) K[B(C6H5)]4 K[B(C6H5)]4

امثلة:
1- moles Al2O3 = moles Al(C9H6NO)3 لان الالمنيوم هو العنصر المشترك ولذلك القيم هي (1-2)
2- Moles MgO = moles Mg(C9H6NO)2 لان المغنيسيوم هو العنصر المشترك ولذلك القيم هي (1-1)
3- moles Fe2O3 = moles Fe لان الحديد هو المشترك لذلك القيم هي (1-2)
ولناخذ نموذج (1)من الجدول ونتعلم كيف نحسب المولات اولا نستنتج المعادلة لان الباريوم موجب فهو يحتاج القسم السالب من العامل المرسب ونظرا لان شحنة الكرومات -2 لذلك مول من الباريوم يتحد مع مول من الكرومات
امثلة عملية لحسابات المعامل الوزني حسب الايونات الموجودة في الجدول اعلاة
مثال : محلول 30ml كلوريد الباريوم اضيف الية كرومات البوتاسيوم لترسيب الباريوم بشكل كرومات الباريوم فكان الراسب يزن 3.04g احسب كتلة و تركيز كلوريد الباريوم؟
الجواب: ان العملية هي عملية ترسيب ايون موجب هو ايون الباريوم حسب المعادلة وهو المشترك بين المادة المجهولة والمادة المترسبة
من المعادلة مول من كلوريد الباريوم ادى بتفاعل الى تكوين مول من كرومات الباريوم


مثال:اضيف محلول كرومات البوتاسيوم تركيزة (0.9M)الى 40ml من محلول نترات الرصاص تركيزة 0.25M لترسيب الرصاص بشكل كرومات الرصاص. احسب حجم كرومات البوتاسيوم اللازم لترسيب كل الرصاص وكتلة الراسب المتكون؟
الحل: نكتب اولا معادلة الترسيب
لمعرفة حجم كرومات البوتاسيوم نطبق علاقة التكافؤ
حجم كرومات البوتاسيوم
لمعرفة كتلة الراسب نجد من المعادلة
نجد مولات كرومات البوتاسيوم من تركيزة
وحيث ان مولات كرومات البوتاسيوم = مولات الراسب

مثال: في تجربة لترسيب الزئبق سحح 0.46g من اوكسيد الزئبق HgO مع 0.8M من حامض HCl . سجل الحجم النازل من الحامض لترسيب كل الزئبق ثم احسب كتلة الراسب المتكون.
الحل: اولا نكتب معادلات الترسيب للزئبق
لاحظ ان 2 مول من اوكسيد الزئبق ادت الى تكوين مول من كلويد الزئبق اذا
ولحساب حجم الحامض النازل نلاحظ انة لاستهلاك مولين من اوكسيد الزئبق يلزم استهلاك ستة مولات من الحامض ( اربع مولات في الخطوة الاولى ومولين في الخطوة الثانية)
نحسب حجم الحامض من تركيزة
نعوض عن التركيز( 0.8 ) للحامض
مثال: سحح محلول نترات الفضة تركيزة 0.44M مع 15ml من محلول كبريتات المغنيسيوم فترسبت الفضة بشكل كبريتات الفضة وكان وزنها 1.479g جد تركيز كبريتات المغنيسيوم وحجم محلول التسحيح؟

نحسب المعامل الوزني بين الراسب ونترات الفضة


خلاصة الكلام :
ان التحليل الوزني يهدف الى تقدير مولات مادة مجهولة سواء كانت عنصر او مركب من خلال استهلاكها كليا في تفاعلات لنصل الى صيغة وزنية ثابتة من مركب معلوم الصيغة الكيميائية وثابت لا يتاثر بتغيرات الضروف العامة المحيطة بعملية التحليل كالرطوبة والحرارة وغيرها
ويمكن الوصول الى مولات المادة المجهولة بدلالة مولات المادة المعلومة والتي تربط بمعادلات كيميائية بها اما بطريقة مباشرة او بعدة خطوات ولذلك لان المركبات تتحد وفق قانون النسب الثابتة وتخضع الى قانون حفظ الكتلة وبالتالي فان عملية التحليل تحتاج الى متابعة دقيقة وحسابات مرتبطة عضها ببعض لتقدير المادة المجهولة بدقة




الاستاذ
علاء السعداوي