Հիմնական նյութ

Քիմիա

Դասընթաց․ (Քիմիա) > Բաժին 5

Դաս 3: Սահմանափակող բաղադրիչի ստեխիոմետրիա

Հետազոտության գրավիմետրիկ (կշռային) եղանակ: Շոգիացման գրավիմետրիա

Ներածություն դեպի շոգիացման գրավիմետրիա և նստվածքագոյացման գրավիմետրիա։ Շոգիացման գրավիմետրիայի եղանակը կարող է օգտագործվել մետաղի բյուրեղահիդրատի մաքրության աստիճանը որոշելու համար։

Ինչ է կշռային վերլուծությունը

Կշռային (գրավիմետրիկ) վերլուծությունը լաբորատոր հետազոտման մեթոդների դաս է, որն օգտագործվում է նյութի զանգվածը կամ կոնցենտրացիան որոշելու նպատակով՝ չափելով զանգվածի փոփոխությունը: Քիմիական նյութը, որի քանակը անհրաժեշտ է քանակականացնել, երբեմն կոչվում է հետազոտվող նյութ (անալիտ): Կշռային վերլուծության միջոցով կարող ենք պատասխանել հետևյալ հարցերին.

Որքա՞ն է հետազոտվող նյութի կոնցենտրացիան լուծույթում:
Որքա՞ն մաքուր է մեր նմուշը: Ընդ որում՝ նմուշը կարող է լինել ինչպես պինդ վիճակում, այնպես էլ լուծույթի տեսքով:

[Ի՞նչ է նշանակում «կշռային» բառը:]

Հայտնի է կշռային վերլուծության

2

հիմնական տեսակ: Երկուսի հիմքում էլ ընկած է հետազոտվող նյութի ագրեգատային վիճակի փոփոխությունը՝ այն խառնուրդից անջատելու նպատակով, ինչն էլ բերում է զանգվածի փոփոխության: Տարբեր աղբյուրներում կարող ես տեսնել, որ երկու մեթոդներն էլ անվանում են կամ կշռային վերլուծություն, կամ էլ ստորև նշված ավելի բնութագրական անուններով:

Սովորաբար խորհուրդ չի տրվում խմել խորհրդավոր հեղուկ: Գուցե Ալիսան կարող էր կիրառել կշռային վերլուծությունը, որպեսզի բացահայտեր, թե ինչ կա շշի մեջ: Ինչպե՞ս կարող էր նա պարզել արծաթի լուծվող աղերի առկայությունը լուծույթում: Ալիսայի նկարը՝ Wikimedia Commons-ից՝ հանրային տիրույթ

Շոգիացման կշռաչափությունը (գրավիմետրիան) ներառում է խառնուրդի բաղադրիչների անջատումը տաքացման կամ քիմիական եղանակով այն քայքայելու միջոցով: Տաքացումը կամ քիմիապես քայքայումն անջատում է խառնուրդում առկա ցնդող կամ անկայուն նյութերը, ինչը բերում է զանգվածի փոփոխության, որը կարող ենք չափել: Շոգիացման եղանակով իրականացվող կշռային վերլուծության օրինակները մանրամասն կուսումնասիրենք այս հոդվածի հաջորդ բաժնում:

[Ի՞նչ է նշանակում «ցնդող» բառը քիմիայում:]

Նստվածքային կշռաչափությունը (գրավիմետրիա) օգտագործում է նստվածքագոյացման ռեակցիան, որպեսզի անջատի լուծույթի մեկ կամ ավել մասերը՝ դրանք վերածելով պինդ նյութի: Նյութի ագրեգատային վիճակի փոփոխությունը տեղի է ունենում, երբ հետազոտվող նյութը ռեակցիան սկսում է լուծված վիճակում, ապա փոխազդում է և առաջացնում պինդ նստվածք: Նստվածքը կարող է առանձնացվել լուծույթից ֆիլտրման միջոցով: Ստացված նստվածքի զանգվածի օգնությամբ կարող ենք հաշվել իոնական միացությունների քանակը կամ կոնցենտրացիան լուծույթում:

Այս հոդվածում կուսումնասիրենք քիմիական լաբորատորիայում շոգիացման կշռաչափության կիրառման օրինակ: Կքննարկենք նաև որոշ սխալներ, որոնք կարող ենք թույլ տալ կշռային վերլուծության ընթացքում, և ինչպես դա կարող է ազդել մեր արդյունքների վրա:

Օրինակ: Մետաղի բյուրեղահիդրատի խառնուրդի մաքրության որոշումը շոգիացման կշռաչափության մեթոդով

Վատ նորություն: Հենց նոր մեր լաբորատորիայի օգնականից՝ Իգորից տեղեկացանք, որ նա պատահաբար աղտոտել է շշում եղած

{BaCl}_{2} \cdot 2 H_{2} O

-ն անհայտ քանակի

KCl

-ով: Որպեսզի որոշենք մեր

{BaCl}_{2} \cdot 2 H_{2} O

-ի մաքրությունը, կեռացնենք

9, 51 գ

մետաղի բյուրեղահիդրատի խառնուրդը, մինչև ջուրը հեռանա նմուշից: Եռացնելուց հետո նմուշի զանգվածը նվազեց և դարձավ

9, 14 գ

Որքա՞ն է ${BaCl}_{2} \cdot 2 H_{2} O$ ‍-ի զանգվածային բաժինը սկզբնական խառնուրդում:

Կշռային վերլուծության խնդիրները պարզ ստեխիոմետրիայի խնդիրներ են՝ մի քանի ավել քայլով: Հուսանք՝ հիշում ես, որ ցանկացած ստեխիոմետրիկ հաշվարկ կատարելու համար պետք են հավասարեցված քիմիական ռեակցիայի գործակիցները:

Առաջին հերթին արի վերլուծենք, թե ինչ է կատարվում, երբ եռացնում ենք նմուշը: Մենք հեռացնում ենք ջուրը

{BaCl}_{2} \cdot 2 H_{2} O

-ից, որպեսզի առաջանա անջուր

{BaCl}_{2} (պ)

և ջրի գոլորշի՝

H_{2} O (գ)

: Եռացման գործընթացի վերջում մեզ մոտ մնալու է անջուր

{BaCl}_{2} (պ)

-ի և

KCl (պ)

-ի խառնուրդ: Հետագա հաշվարկներում կանենք հետևյալ ենթադրությունները․

Նմուշից պակասած ամբողջ զանգվածը գոլորշիացած $H_{2} O$ ‍-ն է, քայքայման ընթացքում այլ գործընթացներ տեղի չեն ունեցել:
Ամբողջ ջուրը ստացվել է ${BaCl}_{2} \cdot 2 H_{2} O$ ‍-ի դեհիդրատացումից:

Ուշադրություն։ Մենք չգիտենք, թե ինչքան

KCl

կա խառնուրդում: Այն կարող է լինել

0 - 100 % KCl

՝ ըստ զանգվածային բաժնի, սակայն դժվար թե դա լինի

100 % KCl

, քանի որ եռացնելուց ջուր ենք կորցրել:

Կարող ենք դեհիդրատացման ռեակցիան արտահայտել հավասարեցված քիմիական ռեակցիայի հավասարման միջոցով՝

{BaCl}_{2} \cdot 2 H_{2} O (պ) \to {BaCl}_{2} (պ) + 2 H_{2} O (գ)

Հիմնվելով վերևի հավասարման վրա՝ ամեն

1 {մոլ BaCl}_{2} \cdot 2 H_{2} O

-ից ակնկալում ենք ստանալ

2 {մոլ H}_{2} O (գ)

: Մենք այս ստեխիոմետրիկ հարաբերությունը կօգտագործենք հաշվարկներում, որպեսզի կորցրած ջրի մոլերը վերածենք սկզբնական նմուշում առկա

{BaCl}_{2} \cdot 2 H_{2} O

-ի մոլերի:

[Ինչո՞ւ KCl-ը չենք ներառում հավասարման մեջ:]

Այժմ արի քայլ առ քայլ կատարենք հաշվարկները:

Քայլ $1$ ‍. Հաշվենք նմուշի զանգվածի փոփոխությունը

Տաքացման ընթացքում կորցրած ջրի քանակը կարող ենք գտնել՝ հաշվելով նմուշի զանգվածի փոփոխությունը:

\begin{aligned} Զանգված H_{2} O & = Նմուշի սկզբնական զանգված - Նմուշի վերջնական զանգված \\ = 9, 51 գ - 9, 14 գ \\ = 0, 37 {գ H}_{2} O \end{aligned}

Քայլ $2$ ‍. Գոլորշացած ջրի զանգվածը վերածենք մոլերի

Կորցրած ջրի քանակը պետք է վերածենք

{BaCl}_{2} \cdot 2 H_{2} O

-ի քանակի՝ մոլային հարաբերության միջոցով: Դրա համար անհրաժեշտ է գոլորշիացած ջրի զանգվածը վերածել մոլերի: Դա կարող ենք անել՝ օգտագործելով ջրի մոլեկուլային զանգվածը՝

18, 02 գ/մոլ

Ջրի զանգված = 0, 37 {գ H}_{2} O \cdot \frac{1 {մոլ H}_{2} O}{18, 02 {գ H}_{2} O} = 2, 05 \cdot 10^{- 2} {մոլ H}_{2} O

Քայլ $3$ ‍. Ջրի մոլերը վերածենք ${BaCl}_{2} \cdot 2 H_{2} O$ ‍-ի մոլերի

Ջրի մոլերը կարող ենք վերածել

{BaCl}_{2} \cdot 2 H_{2} O

-ի մոլերի՝ օգտագործելով հավասարեցված ռեակցիայի մոլային հարաբերությունը:

{մոլ BaCl}_{2} \cdot 2 H_{2} O = 2, 05 \cdot 10^{- 2} {մոլ H}_{2} O \cdot \frac{1 {մոլ BaCl}_{2} \cdot 2 H_{2} O}{2 {մոլ H}_{2} O} = 1, 03 \cdot 10^{- 2} {մոլ BaCl}_{2} \cdot 2 H_{2} O

Քայլ $4$ ‍. ${BaCl}_{2} \cdot 2 H_{2} O$ ‍-ի մոլերը վերածենք գրամների

Քանի որ մենք ցանկանում ենք գտնել

{BaCl}_{2} \cdot 2 H_{2} O

-ի զանգվածային բաժինը, ապա պետք է իմանանք

{BaCl}_{2} \cdot 2 H_{2} O

-ի զանգվածը սկզբնական նմուշում:

{BaCl}_{2} \cdot 2 H_{2} O

-ի մոլերը կարող ենք վերածել զանգվածի՝ օգտագործելով

{BaCl}_{2} \cdot 2 H_{2} O

-ի մոլեկուլային զանգվածը:

{Զանգված BaCl}_{2} \cdot 2 H_{2} O = 1, 03 \cdot 10^{- 2} {մոլ BaCl}_{2} \cdot 2 H_{2} O \cdot \frac{244, 47 {գ BaCl}_{2} \cdot 2 H_{2} O}{1 {մոլ BaCl}_{2} \cdot 2 H_{2} O} = 2, 51 {գ BaCl}_{2} \cdot 2 H_{2} O

Քայլ $5$ ‍. Հաշվենք ${BaCl}_{2} \cdot 2 H_{2} O$ ‍-ի զանգվածային բաժինը սկզբնական նմուշում

Զանգվածային բաժինը կարելի է հաշվել՝ օգտագործելով քայլ

4

-ում ստացված զանգվածի և սկզբնական նմուշի զանգվածի հարաբերությունը:

{Զանգվածային բաժին % BaCl}_{2} \cdot 2 H_{2} O = \frac{2, 51 գ {BaCl}_{2} \cdot 2 H_{2} O}{9, 51 գ խառնուրդ} \cdot 100 % = 26, 4 % {BaCl}_{2} \cdot 2 H_{2} O (Վա՛յ, Իգոր, վա՛յ:)

Կարճ ուղի: Մենք կարող էինք նաև

2

-ից

4

քայլերը միացնել մեկ հաշվարկի մեջ (այն պայմանով, որ պետք է առանձնակի ուշադրություն դարձնեինք չափման միավորներին):

H_{2} O

-ի զանգվածը

{BaCl}_{2} \cdot 2 H_{2} O

-ի (որին հաշվարկներում ավելի կարճ կանվանենք «հիդրատ») զանգվածի վերածելու համար կարող ենք լուծել հետևյալ արտահայտությունը․

Հիդրատի զանգված = \underset{⏟}{0, 37 {գ H}_{2} O \cdot \frac{1 {մոլ H}_{2} O}{18, 02 {գ H}_{2} O}} \cdot \underset{⏟}{\frac{1 մոլ հիդրատ}{2 {մոլ H}_{2} O}} \cdot \underset{⏟}{\frac{244, 47 գ հիդրատ}{1 մոլ հիդրատ}} = 2, 51 գ հիդրատ

Քայլ 2 Քայլ 3 Քայլ 4

{Գտիր H}_{2} O-ի մ ո լ ե ր ը Կիրառիր մոլային հարաբերություն {Գտիր գ BaCl}_{2} \cdot 2 H_{2} O

-ն

Սխալների հնարավոր աղբյուրներ

Մենք նոր բարեհաջող կիրառեցինք կշռային (գրավիմետրիկ) վերլուծությունը, խառնուրդի մաքրությունը որոշելու համար, ուռա՜: Այնուամենայնիվ, երբ դու լաբորատորիայում ես, ամեն ինչ չէ, որ այդպես սահուն կընթանա: Կարող են կատարվել հետևյալ սխալները.

Ստեխիոմետրիայի սխալներ։ Ինչպիսի՞ն է ${BaCl}_{2} \cdot 2 H_{2} O$ ‍-ի դեհիդրատացման ռեակցիան չհավասարեցնելը:
Լաբորատոր սխալներ։ Օրինակ՝ բավական ժամանակ չտրամադրել ջրի գոլորշիացմանը կամ մոռանալ կշեռքի վրա զրոյացնել ապակյա տարաների զանգվածը:

Ինչպե՞ս կփոխվեր պատասխանը նշված իրավիճակներում:

Իրավիճակ $1$ ‍. Մոռացել ենք հավասարեցնել ռեակցիան:

Այս իրավիճակում Քայլ

3

-ի հաշվարկում կօգտագործեինք սխալ մոլային հարաբերությունը։ Ճիշտ հարաբերություն կիրառելու փոխարեն՝

\frac{1 {մոլ BaCl}_{2} \cdot 2 H_{2} O}{2 {մոլ H}_{2} O}

, կօգտագործեինք հետևյալ հարաբերությունը․

\frac{1 {մոլ BaCl}_{2} \cdot 2 H_{2} O}{1 {մոլ H}_{2} O}

։ Արդյունքում կկրկնապատկվեր մետաղի բյուրեղահիդրատի մոլերի թիվը, որը հաշվել էինք Քայլ $3$ ‍-ում, ինչը նաև կկրկնապատկեր

{BaCl}_{2} \cdot 2 H_{2} O

-ի ընդհանուր զանգվածային տոկոսը։ Այսպիսով՝ կգայինք այն եզրակացության, որ մեր նմուշը շատ ավելի բարձր մաքրություն ունի, քան կա իրականում։

Յուրացված գիտելիքի ստուգում։ Որքա՞ն մետաղի բյուրեղահիդրատ (զանգված) կստանայինք իրավիճակ $1$ ‍-ում:

[Ցուցադրել պատասխանը]

Առակս ի՞նչ կցուցանե: Մի քանի անգամ ստուգիր և համոզվիր, որ բոլոր ռեակցիաները ճիշտ են հավասարեցված:

Իրավիճակ $2$ ‍. Ժամանակն ավարտվեց, բայց ամբողջ ջուրը չհասցրեց գոլորշիանալ։

Որոշ դեպքերում մետաղի բյուրեղահիդրատի և անջուր միացության գույները տարբերվում են: Օրինակ՝ անջուր պղնձի (II) սուլֆատը սպիտակ պինդ նյութ է, որը հիդրատացվելիս դառնում է երկնագույն: Այսպիսի դեպքերում կարող ես գույնի փոփոխությունն օգտագործել զանգվածի փոփոխության հետ միասին՝ դեհիդրատացման գործընթացը վերահսկելու համար։ Նկարը՝ Benjah-bmm27-ի կողմից Վիքիմեդիայում, Հանրային տիրույթ

Երկրորդ իրավիճակում մենք ամբողջովին չենք դեհիդրատացրել մեր նմուշը: Ցավոք, սա կարող է պատահել բազմաթիվ պատճառներով: Օրինակ՝ մեր ժամանակը կարող է վերջանալ, ջերմությունը կարող է շատ ցածր լինել կամ գուցե սխալմամբ նմուշը տաքացուցիչից վերցնում ենք ավելի շուտ, քան պետք էր: Ինչպե՞ս է դա ազդում մեր հաշվարկների վրա:

Այս իրավիճակում զանգվածի տարբերությունը, որը հաշվեցինք Քայլ

1

-ում, կլինի ավելի փոքր, քան պետք է լինի, հետևաբար Քայլ $2$ ‍-ում ավելի քիչ ջրի մոլեր կունենանք: Դրա արդյունքում մեր ստացած

{BaCl}_{2} \cdot 2 H_{2} O

-ի զանգվածային բաժինը ավելի ցածր կլինի՝ համեմատած ամբողջովին դեհիդրատացված նմուշի հետ: Ի վերջո, կթերագնահատենք մետաղի բյուրեղահիդրատի մաքրությունը:

Քիմիկոսները սովորաբար փորձում են խուսափել իրավիճակ

2

-ից՝ չորացնելով մինչև հաստատուն զանգված: Սա նշանակում է վերահսկել զանգվածի փոփոխությունը չորացման ընթացքում, մինչև այլևս չնկատես զանգվածի հետագա որևէ փոփոխություն (ինչը կախված է նաև լաբորատոր սարքերի ճշտությունից): Երբ սկսում ես տաքացնել նմուշը, կարող ես սպասել զանգվածի զգալի կորուստի, քանի որ առկա է ջրի կորուստ: Շարունակելով տաքացնել նմուշը՝ զանգվածի փոփոխությունը փոքրանում է, քանի որ նմուշում քիչ ջուր է մնում գոլորշիանալու համար: Ինչ-որ պահի նմուշում այլևս չի լինի բավարար քանակով ջուր՝ զանգվածի զգալի փոփոխություն առաջացնելու համար, այդ իսկ պատճառով չափվող զանգվածը կմնա հաստատուն մի քանի չափումների ընթացքում: Այս ժամանակ կարող ես ենթադրել, որ նմուշդ չոր է:

Լաբորատոր խորհուրդ։ Մակերևույթի մակերեսը կարևոր գործոն է՝ գոլորշիները նմուշից անջատելիս: Ինչքան մեծ լինի մակերևույթի մակերեսը, այնքան գոլորշիացումն ավելի արագ կընթանա: Դու կարող ես մեծացնել նմուշի մակերևույթի մակերեսը՝ հնարավորինս բարակ շերտով տարածելով նմուշդ տաքացվող մակերեսի վրա, կամ պինդ նյութի մեծ կտորները բաժանելով փոքր կտորների, քանի որ խոնավությունը կարող է թակարդվել մեծ կտորների մեջ:

[Ի՞նչ անել, եթե մոռացել եմ զրոյացնել որևէ զանգված:]

Ամփոփում

Կշռային (գրավիմետրիկ) վերլուծությունը լաբորատոր հետազոտման մեթոդների դաս է, որն օգտագործում է զանգվածի փոփոխությունը հետազոտվող նյութի կոնցենտրացիան հաշվելու նպատակով: Կշռային վերլուծության տեսակներից մեկը շոգիացման կշռաչափությունն է, որը չափում է զանգվածի փոփոխությունը գոլորշիացումից հետո: Դրա օրինակն է խառնուրդի եռացումից հետո զանգվածի փոփոխությունն օգտագործելը՝ մետաղի բյուրեղահիդրատի խառնուրդի քանակը կամ մաքրությունը որոշելու համար: Ահա որոշ օգտակար խորհուրդներ կշռային վերլուծության փորձերի և հաշվարկների համար՝

Կրկնակի ստուգիր ստեխիոմետրիկ հաշվարկները և համոզվիր, որ ռեակցիան հավասարեցված է:
Երբ գոլորշիներն անջատում ես նմուշից, համոզվիր, որ այն չորացրել ես մինչև հաստատուն զանգված:
Միշտ հաշվի առ տարաների զանգվածները:

Կշռային (գրավիմետրիկ) վերլուծության մյուս տեսակի վերաբերյալ ավելին սովորելու համար տե՛ս նստվածքային կշռաչափության մասին այս հոդվածը։

[Հղումներ և մեջբերումներ]

Ուզո՞ւմ ես միանալ խոսակցությանը։

Մուտք գործել

Դասակարգել ըստ

Առայժմ հրապարակումներ չկան։

Անգլերեն հասկանո՞ւմ ես: Սեղմիր այստեղ և ավելի շատ քննարկումներ կգտնես «Քան» ակադեմիայի անգլերեն կայքում: