If you're seeing this message, it means we're having trouble loading external resources on our website.

Եթե գտնվում ես վեբ զտիչի հետևում, խնդրում ենք համոզվել, որ *.kastatic.org և *.kasandbox.org տիրույթները հանված են արգելափակումից։

Հիմնական նյութ

Հետազոտության գրավիմետրիկ (կշռային) եղանակ: Նստվածքագոյացման գրավիմետրիա

Նստվածքագոյացման գրավիմետրիայի սահմանումը և նստվածքագոյացման գրավիմետրիայի կիրառման օրինակ՝ երկու աղ պարունակող խառնուրդի մաքրության աստիճանը որոշելու համար։ 

Ինչ է նստվածքային կշռաչափությունը (գրավիմետրիան)

Նստվածքային կշռաչափությունը (գրավիմետրիան) վերլուծական մեթոդ է, որն օգտագործում է նստվածքագոյացման ռեակցիան լույծույթից իոնների անջատման նպատակով։ Քիմիական նյութը, որն ավելացվում է նստվածք առաջացնելու համար, կոչվում է նստեցնող կամ նստվածքագոյացնող նյութ։ Պինդ նստվածքը կարող է առանձնացվել հեղուկ բաղադրիչներից ֆիլտրման միջոցով, և պինդ նյութի զանգվածը կարող է օգտագործվել՝ լուծույթում իոնային միացությունների քանակի կամ կոնցենտրացիայի որոշման համար՝ հավասարեցված քիմիական ռեակցիայի օգնությամբ։ Երբեմն հնարավոր է նկատես, որ նստվածքային կշռաչափությունն անվանում են կշռային վերլուծություն (անալիզ), որը վերլուծական մեթոդների լայն դաս է և ընդգրկում է նստվածքային կշռաչափությունն ու շոգիացման կշռաչափությունը։ Եթե ցանկանում ես ավելի մանրամասն կարդալ կշռային վերլուծության մասին, տես կշռային վերլուծության և շոգիացման կշռաչափության մասին այս հոդվածը։
Այս հոդվածում կանդրադառնանք նստվածքային կշռաչափության միջոցով ջրալույծ իոնային միացության քանակի որոշմանը։ Նաև կքննարկենք մեր փորձի ժամանակ հանդիպող սխալների ընդհանուր աղբյուրները, քանի որ լաբորատորիայում միշտ չէ ամեն ինչ ընթանում այնպես, ինչպես սպասելի է։ Սա մեզ կօգնի լինել ավելի պատրաստված։
Ձախից աջ ներկայացված են 3 տարբեր անլուծելի արծաթի աղեր՝ նստվածքի ձևով անոթներում։ Ձախ անոթը պարունակում է դեղնավուն արծաթի(I) յոդիդ, մեջտեղի անոթը պարունակում է կրեմագույն արծաթի(I) բրոմիդ, իսկ աջ անոթը՝ սպիտակ արծաթի(I) քլորիդ։
Արծաթի լուծելի աղերը, ինչպիսին է արծատի (I) նիտրատը, կարող են օգտագործվել որպես նստվածքագոյացնող նյութեր՝ որոշելու, թե որքան հալոգենիդ իոն է առկա նմուշում։ Լուծույթում առկա հալոգենիդ իոնների կոնցետրացիայի մասին պատկերացում ենք կազմում ոչ միայն նստվածքի զանգվածից, այլ նաև գույնից, որը նույնպես տարբերակիչ է արծաթի տարբեր աղերի համար։ Այս նկարում պատկերված են դեղնավուն AgI (ձախ), կրեմագույն AgBr (մեջտեղ) և սպիտակ AgCl (աջ) պարունակող փորձանոթներ։ Նկար արծաթի նստվածքներով by Cychr from Wikipedia, CC BY 3,0

Օրինակ՝ MgCl2 և NaNO3 պարունակող խառնուրդի մաքրության որոշումը

Օ՜, ո՛չ։ Մեր, երբեմն, ոչ այնքան օգտակար ասիստենտ Իգորը կրկին խառնել է քիմիական նյութերով շշերը։ (Ի պաշտպանություն նրան նշենք, որ սպիտակ բյուրեղային պինդ շատ նյութեր ունեն նույն տեսքը: Ահա, թե ինչու են կարևոր պիտակները):
Ձախորդության հետևանքով ունենք 0,7209գ խորհրդավոր խառնուրդ, որը պարունակում է MgCl2 և NaNO3։ Անհրաժեշտ է պարզել յուրաքանչյուր միացության հարաբերական քանակը խառնուրդում, որն ամբողջությամբ լուծվել է ջրում։ Դրա համար ավելացնում ենք նստվածքագոյացնող նյութի ավելցուկ՝ արծաթի(I) նիտրատ՝ AgNO3(լթ), և հետևում նստվածքի՝ AgCl(պ)-ի գոյացմանը։ Երբ նստվածքը ֆիլտրվում և չորացվում է, հաշվում ենք պինդ նյութի զանգվածը, որը կազմում է 1,032գ։
Որքա՞ն է MgCl2-ի զանգվածային բաժինը սկզբնական խառնուրդում։
Յուրաքանչյուր կշռային վերլուծության հաշվարկ ընդամենը որոշ լրացուցիչ գործողություններ պարունակող ստեխիոմետրիկ խնդիր է։ Ըստ այդմ, սկսենք քիմիական ռեակցիայի հավասարեցումից։ Այստեղ մեզ հետաքրքրում է MgCl2(լթ)-ի և AgNO3(լթ)-ի միջև ընթացող նստվածքագոյացման ռեակցիան՝ AgCl(պ)-ի առաջացումով, երբ AgNO3(լթ)-ն ավելցուկով է։
Հավանաբար հիշում ես, որ նստվածքագոյացման ռեակցիաները փոխանակման ռեակցիայի տարատեսակ են։ Ուստի կարող ենք կանխորոշել ռեակցիայի վերջանյութերը՝ ելանյութերի անիոնները (կամ կատիոնները) փոխանակելով։ Անհրաժեշտության դեպքում պետք է ստուգել լուծելիության կանոնները, և հետո հավասարեցնել ռեակցիան։ Այս խնդրում մեզ արդեն տրված է նստվածքի ինքնությունը՝ AgCl(պ)։ Սա նշանակում է, որ մնաց որոշել մյուս վերջանյութը՝ Mg(NO3)2(լթ)-ն, և համոզվել, որ ռեակցիան հավասարեցված է։ Արդյունքում ստացված հավասարեցված քիմիական ռեակցիան է․
MgCl2(լթ)+2AgNO3(լթ)2AgCl(պ)+Mg(NO3)2(լթ)
Հավասարումից երևում է, որ յուրաքանչյուր 1մոլ MgCl2(լթ)-ից, որը ցանկանում ենք հաշվել, կստանանք 2մոլ AgCl(պ)՝ մեր նստվածքը։ Այս մոլային հարաբերությունը կօգտագործենք, որպեսզի փոխակերպենք AgCl(պ)-ի մոլերը MgCl2(լթ)-ի մոլերի։ Ընթացքում նաև կանենք հետևյալ ենթադրությունները.
  • Ողջ նստվածքը AgCl(պ)-ն է։ Կարիք չկա մտածելու NaNO3-ից ձևավորված որևէ նստվածքի մասին։
  • Ողջ Cl(լթ)-ը փոխազդել է՝ առաջացնելով AgCl(պ)։ Ստեխիոմետրիկ տեսանկյունից պետք է համոզվենք, որ ավելացված նստվածքագոյացնող նյութը՝ AgNO3(լթ)-ն, ավելցուկով է, որպեսզի MgCl2(լթ)-ի ողջ Cl(լթ)-ը փոխազդի։
Այժմ անցնենք հաշվարկներին քայլ առ քայլ։

Քայլ 1․ Փոխարկենք նստվածքի՝ AgCl(պ)-ի զանգվածը մոլերի

Քանի որ ընդունում ենք, որ նստվածքն ամբողջությամբ կազմված է AgCl(պ)-ից, ապա կարող ենք օգտագործել AgCl-ի մոլեկուլային զանգվածը՝ նստվածքի զանգվածը մոլերի փոխարկելու համար։
մոլ AgCl(պ)=1,032գ AgCl1մոլ AgCl143,32գ AgCl=0,007201մոլ AgCl=7,201103մոլ AgCl

Քայլ 2․ Փոխակերպենք նստվածքի մոլերը MgCl2-ի մոլերի

Նստվածքի՝ AgCl(պ)-ի, մոլերը կարող ենք փոխակերպել MgCl2(լթ)-ի մոլերի՝ օգտագործելով հավասարեցված ռեակցիայի մոլային հարաբերությունը։
մոլ MgCl2(լթ)=7,201×103մոլ AgCl1մոլ MgCl22մոլ AgCl=3,600103մոլ MgCl2

Քայլ 3․ Վերածենք MgCl2-ի մոլերը զանգվածի՝ գրամներով

Քանի որ հարկավոր է հաշվել MgCl2զանգվածային բաժինը սկզբնական խառնուրդում, ապա անհրաժեշտ է MgCl2-ի մոլերի վերածել գրամների՝ մոլեկուլային զանգվածի օգտագործմամբ։
զանգված MgCl2=3,600103մոլ MgCl295,20գ MgCl21մոլ MgCl2=0,3427գ MgCl2

Քայլ 4․ Հաշվենք MgCl2-ի զանգվածային բաժինը սկզբնական խառնուրդում

Սկզբնական խառնուրդում MgCl2-ի զանգվածային բաժինը կարող ենք հաշվել Քայլ 3-ում ստացած MgCl2-ի զանգվածը հարաբերելով խառնուրդի զանգվածին։
զանգվածային % MgCl2=0,3427գ MgCl20,7209գ խառնուրդ×100%=47,54%MgCl2խառնուրդում      (Շնոհակալություն Իգոր)
Կարճ ուղի․Կարող ենք նաև կատարել Քայլ 1-ից 3-ը մեկ հաշվարկով, սակայն պետք է ուշադիր ստուգել միավորները, որպեսզի համոզվենք, որ կրճատումները ճշգրիտ են կատարվել.
զանգված MgCl2=1,032գ AgCl1մոլ AgCl143,32գ AgCl1մոլ MgCl22մոլ AgCl95,20գ MgCl21մոլ MgCl2=0,3427գ MgCl2
                                                 Քայլ 1:                                   Քայլ 2:                  Քայլ 3:
                                      AgCl-ի մոլի հաշվարկ    մոլային հարաբերության օգտագործում MgCl2իզանգվածիհաշվարկ                                  

Սխալների հնարավոր աղբյուրներ

Այժմ արդեն գիտենք, թե ինչպես օգտագործել ստեխիոմետրիան նստվածքային կշռաչափության փորձի արդյունքները վերլուծելու համար։ Եթե կատարել ես կշռաչափական վերլուծություն լաբորատորիայում, այնուամենայնիվ, հնարավոր է տեսնես, որ կան տարբեր գործոններ, որոնք կարող են ազդել փորձիդ արդյունքների ճշգրտության վրա (հետևաբար նաև քո հաշվարկների վրա)։ Որոշ տարածված բարդություններ ընդգրկում են․
  • Լաբորատոր սխալներ, օրինակ՝ նստվածքի ոչ լրիվ չորացումը
  • Ստեխիոմետրկ սխալներ, ինչպիսիք են նստվածքագոյացման ռեակցիայի հավասարեցված չլինելը կամ AgNO3(լթ)-ի ավելացումը ոչ ավելցուկով
Ի՞նչ կլինի մեր արդյունենքների հետ վերը նշված իրավիճակներում։
Վակուում ադապտացված Էռլենմեյերի անոթ նարջագույն-դեղին պինդ նյութ պարունակող ապակե շերտով: Էռլենմեյերի անոթը մոտ մեկ երրորդով լցված է թեթևակի դեղնավուն պղտոր լուծույթով:
Կարող ենք օգտագործել այսպիսի վակուումային ֆիլտրում նստվածքային կշռաչափության փորձում, նստվածքը վերնստվածքային լուծույթից անջատելու համար։ Image from OpenStax Chemistry, CC BY 4,0

Իրավիճակ 1․ Նստվածքը լիովին չորացված չէ

Հնարավոր է, որ քո ժամանակը լաբորատորիայում սպառվել էր, կամ վակուումային ֆիլտրը չէր ստեղծել բավարար վակուում։ Իրավիճակը, ինչևէ, չի թեթևացնում նաև այն, որ ջուրն, ի տարբերություն օրգանական լուծիչների, հայտնի է լուծույթից լրիվ անջատման մեծ դժվարությամբ, քանի որ այն ունի համեմատաբար բարձր եռման կետ և ջրածնային կապեր առաջացնելու ունակություն: Վերլուծենք, թե ինչպես մնացորդային ջուրը կազդի մեր հաշվարկների վրա։
Եթե մեր նստվածքը լիովին չի չորացել, կշռելիս կստանանք AgCl(պ)-ի ավելի մեծ զանգված, քան կա իրականում (քանի որ կշռում ենք AgCl(պ)-ի զանգվածը, գումարած մնացորդային ջուրը)։ AgCl(պ)-ի ավելի մեծ զանգվածից կհետևի Քայլ 1-ում AgCl(պ)-ի ավելի շատ մոլերի ստացումը, որը կվերափոխվի MgCl2(պ)-ի առավել շատ մոլերի խառնուրդում։ Վերջին փուլում կհասնենք նրան, որ MgCl2(պ)-ի զանգվածային բաժինը կստանանք ավելին, քան կա իրականում։
Լաբորատոր խորհուրդ․ Եթե ունես ժամանակ՝ միակ ճանապարհը ստուգելու ջրի առկայությունը նմուշում, զանգվածի վերստուգումն է մի քանի անգամյա չորացման գործընթացի վերջում՝ համոզվելու համար, որ ավելի երկար չորացնելիս զանգվածը չի փոխվի։ Սա կոչվում է չորացում մինչև հաստատուն զանգված։ Անգամ եթե դա չի երաշխավորում, որ քո նմուշը լիովին չոր է, միևնույն է այն, անկասկած, օգնում է։ Կարող ես նաև խառնել քո նմուշը չորացման գործընթացի ընթացքում ՝ կուտակումները վերացնելու և մակերևույթի մակերեսը մեծացնելու համար։ Համոզվիր, որ ֆիլտրի թուղթը պատռված չէ։

Իրավիճակ 2․ Մոռացել ենք հավասարեցնել ռեակցիան

Հիշո՞ւմ ես՝ ավելի վաղ նշեցինք, որ կշռաչափական վերլուծությունը ընդամենը ստեխիոմետրիկ խնդրի տեսակ է։ Դա նշանակում է, որ չհավասարեցված ռեակցիայով աշխատելը կարող է խառնել մեր հաշվարկները։ Այս դեպքի համար կօգտագործենք հետևյալ չհավասարեցված ռեակցիայի ստեխիոմետրիկ գործակիցները՝
MgCl2(լթ)+AgNO3(լթ)AgCl(պ)+Mg(NO3)2(լթ)           (Զգուշացում․ Հավասարեցված չէ։)
Այս հավասարումը ցույց է տալիս (ոչ ճիշտ, իհարկե), որ մեր ստացած յուրաքանչյուր մոլ AgCl(պ)-ի համար կարող ենք եզրակացնել, որ սկզբնական խառնուրդում MgCl2-ը եղել է 1 մոլ։ Երբ մենք օգտագործում ենք ստեխիոմետրիկ հարաբերությունը MgCl2-ի զանգվածը հաշվելու համար, ստանում ենք ՝
զանգված MgCl2=1,032գ AgCl1մոլ AgCl143,32գ AgCl1մոլ MgCl21մոլAgCl95,20գ MgCl21մոլ MgCl2=0,6854գ MgCl2
                                                                                 սխալ մոլային հարաբերություն                                            
Հաշվարկը ցույց է տալիս, որ MgCl2-ի զանգվածը մեր խառնուրդում կազմում է ճիշտ քանակի կրկնապատիկը։ Դրա արդյունքում MgCl2-ի զանգվածային բաժինը կավելանա 2 անգամ։
զանգված% MgCl2=0,6854գ MgCl20,7209գ լուծույթ×100%=95,08%MgCl2լուծույթում   (համեմատած 47,54%-ի հետ )

Իրավիճակ 3AgNO3(լթ)-ի ոչ ավելցուկով ավելացում

Վերջին իրավիճակում մեզ հետաքրքրում էր, թե ինչ կլինի, եթե AgNO3(լթ)-ն ավելցուկով չավելացնենք։ Սա խնդիր կստեղծի, քանի որ լուծույթում կունենանք չռեակցած Cl իոններ։ Նշանակում է, որ AgCl(պ)-ի զանգվածը այլևս չի հանդիսանա սկզբնական խառնուրդում առկա MgCl2-ի զանգվածի համար չափման չափանիշ, քանի որ հաշվի չենք առնի լուծույթում դեռևս առկա Cl իոնների քանակը։ Արդյունքում, կստանանք MgCl2ավելի փոքր զանգվածային բաժին սկզբնական խառնուրդում։
Խնդրին առնչվող և, հավանաբար, առավել կարևոր հարցը, որին պետք է պատասխանենք հետևյալն է․
Ինչպե՞ս վստահ լինել, որ ավելացվող AgNO3(լթ)-ն ավելցուկային է։
Այս հարցին պատասխանելով՝ կարող էինք շատ վստահ լինել մեր հաշվարկների մեջ։ Այս խնդրում.
  • Ունենք 0,7209գ խառնուրդ, որը պարունակում է որոշակի տոկոսով MgCl2։
  • Հավասարեցված ռեակցիայից գիտենք նաև, որ MgCl2-ի յուրաքանչյուր մոլի համար կպահանջվի նվազագույնը 2 մոլ AgNO3(լթ)։
Նորմալ է, եթե մենք ունենք AgNO3(լթ)-ի ավելցուկ, քանզի երբ ողջ Cl-ը փոխազդի, AgNO3-ի մնացած քանակն ուղղակի կմնա լուծույթում, որը հետագայում կարող է ֆիլտրվել։
Եթե չգիտենք, թե քանի մոլ MgCl2 է առկա սկզբնական խառնուրդում, ապա ինչպե՞ս հաշվել AgNO3-ի մոլերի քանակը, որն անհրաժեշտ է ավելացնել։ Մենք գիտենք, որ ինչքան շատ մոլ MgCl2 ունենք սկզբնական խառնուրդում, այնքան շատ մոլ AgNO3 է անհրաժեշտ։ Բարեբախտաբար, ունենք բավականին շատ տեղեկատվություն պատրաստվելու վատագույն իրավիճակին, որն է մեր խառնուրդի 100% անոց MgCl2 լինելը։ Դա MgCl2-ի առավելագույն քանակն է, որը կարող ենք ունենալ, ինչը նշանակում է, որ այս դեպքում կարիք կունենանք առավելագույն քանակով AgNO3-ի։
Մի պահ պատկերացնենք, թե ունենք 100%MgCl2։ Քանի՞ մոլ AgNO3 կպահանջվի։ Սա մեկ այլ ստեխիոմետրիկ խնդիր է։ Կարող ենք հաշվել AgNO3-ի մոլերի քանակը՝ փոխարկելով նմուշի զանգվածը MgCl2-ի մոլերի՝ մոլեկուլային զանգվածի օգնությամբ, այնուհետև փոխարկել այն AgNO3-ի մոլերի՝ օգտագործելով մոլային հարաբերությունը․
մոլ AgNO3=0,7209գ MgCl21մոլ MgCl295,20գ MgCl22մոլ AgNO31մոլ MgCl2=1,514102մոլ AgNO3
Այս արդյունքը ցույց է տալիս, որ նույնիսկ չիմանալով, թե ինչքան MgCl2 ունենք սկզբնական խառնուրդում, եթե ավելացնենք գոնե 1,514102մոլ AgNO3, պետք է որ լավ ելք ունենանք։

Ամփոփում

Նստվածքային կշռաչափությունը (գրավիմետրիան) վերլուծական մեթոդ է, որն օգտագործում է նստվածքագոյացման ռեակցիան՝ իոնական միացության քանակը կամ կոնցետրացիան հաշվելու համար։ Օրինակ՝ կարող ենք ավելացնել Ag+ պարունակող լուծույթ՝ հալոգենիդ իոնի, օրինակ՝ Br(լթ)-ի քանակը հաշվելու համար։ Որոշ օգտակար խորհուրդներ ՝ նստվածքային կշռաչափության փորձերի և հաշվարկների իրականացման համար․
  • Վերստուգիր ստեխիոմետրիան և համոզվիր, որ ռեակցիան հավասարեցված է։
  • Համոզվիր, որ նստվածքը չորացված է մինչև կայուն զանգված։
  • Ավելացրու նստվածքագոյացնող նյութի ավելցուկ։

Հաճույքի համար

Ենթադրենք՝ սկսել ենք 0,4015գ MgCl2-ի և NaCl-ի խառնուրդով։ Ավելացնում ենք AgNO3(լթ)-ի ավելցուկային քանակ և տեսնում, որ ունենք 1,032գ նստվածք՝ AgCl(պ)։
Քանի՞ մոլ MgCl2 և NaCl ունեինք սկզբնական խառնուրդում։
Պատասխանը ներկայացրու 4 իմաստալից թվանշաններով։
մոլ MgCl2
մոլ NaCl

Ուզո՞ւմ ես միանալ խոսակցությանը։

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