[center]تفاعـلات الأكسدة والاختـزال
من المعروف أن الأكسدة هي إضافة أكسجين أو إزالة ايدروجين وأن الاختزال هو إضافة أيدروجين أو إزالة أكسجين . وتفاعلات الأكسدة والاختزال من أكثر الطرق استخداماً في التحليل الكمي الحجمي . ويلزم لها تواجد مادة مؤكسدة ومادة مختزلة أي أنه يحدث تأكسد واختزال في أيونات المحاليل عند إضافتها مع بعضها ومن حساب كمية المادة المؤكسدة يمكن حساب مقدار المادة المختزلة أو العكس ومن أمثلة المواد المؤكسدة برمنجنات البوتاسيوم ومن أمثلة المواد المختزلة كبريتات الحديدوز وحمض الأكساليك . وتعمل هذه المواد عادة كأدلة حيث يتغير لونها بتغير الوسط الموجودة فيه وبالتالي فهى تغنى عن إضافة دليل عند معايرتها .
برمنجنـات البوتاسيـوم :
تعمل كمادة مؤكسدة في كل من الوسط الحامضى والقلوي وفي التحليل الكمي يجرى التعادل في وسط حامضى وعلى ذلك فعند إضافة أحد المواد المختزلة مثل حمض الأكساليك أو أكسالات الصوديوم في وجود حامض الكبريتيك فإن لون البرمنجنات يزول في الحال وتتأكسد المادة المضافة وعند نهاية الأكسدة فإن أي زيادة من البرمنجنات سوف تكسب المحلول لوناً قرنفلياً .
تحضير محلول ,1 س من برمنجنات البوتاسيوم
لتحضير محلول أساسي أو ,1 س من مادة يلزم تحديد الوزن المكافئ لهذه المادة وهو ما سبق تعريفه بالوزن الجزئيي مقسوماً على التكافؤ . وفي المواد المؤكسدة أو المختزلة فإن الوزن المكافئ يعبر عنه بكمية الأكسجين الناتجة أو المستعملة . والمحلول الأساسي لمادة مؤكسدة هو الذي يحتوى اللتر منه على كمية من المادة المؤكسدة بحيث تعطى 8 جم أكسجين أو ما يكافئ 1.008 جم أيدروجين وعلى ذلك نجد أن الوزن المكافئ للبرمنجنات سيختلف حسب كمية الأكسجين الناتجة منه والتي تختلف في الوسط الحامضي عن الوسط القاعدي .
أ ) البرمنجنات في الوسط الحامضى:
تتحلل البرمنجنات في وجود حامض الكبريتيك طبقاً للمعادلة الآتية :
2KMnO4
K2O+2MnO+5O
2KMnO4 + 3H2SO4
K2SO4 + 2MnSO4 + 3H2O +5O2
ومن هذه المعادلة نتبين أن كل 2 وزن جزيئي من البرمنجنات تنتج
5 جزيئات أكسجين .
أي أن كل 2 وزن جزئيي برمنجنات تنتج 5 × 16 = 80 جم أكسجين
وحيث أن الوزن المكافئ للمادة المؤكسدة هو الوزن الذي ينتج 8جم أكسجين .
\الوزن المكافئ للبرمنجنات في الوسط الحامضي=
(2 × الوزن الجزئيي للبرمنجنات )× 8 ÷ 80
= الوزن الجزيئي للبرمنجنـات ÷ 5
ب) البرمنجنات في الوسط القاعدي :
تتحلل البرمنجنات في الوسط القاعدي طبقاً للمعادلة :
2KMnO4 K2O + 2MnO2 + 3 O
ومن هذه المعادلة نتبين أن 2 وزن جزيئي من البرمنجنات ينتج
3 جزيئات أكسجين أي 3 × 16 = 48 جم أكسجين .
\ الوزن المكافئ للبرمنجنات في الوسط القاعدي =
(2 × الوزن الجزيئي للبرمنجنات) × 8 ÷ 48
=( الوزن الجزيئي للبرمنجنات ) ÷ 3
وحيث أن الوزن الجزيئي لبرمنجنات البوتاسيوم KMnO4
= 158.03
\ الوزن المكافئ في الوسط الحامضي = 158.03÷ 5 =606و31
الوزن المكافئ في الوسط القاعدي= 158.03 ÷ 3 = 52.68 جم
وعلى ذلك فالمحلول ,1 س من برمنجنات البوتاسيوم يحتاج إلى إذابة 3.1606 جم في لتر من الماء المقطر .
ونظراً لأن برمنجنات البوتاسيوم تتحد مع كل المواد القابلة للأكسدة وكذلك مع كل الشوائب الموجودة في الماء مثل المواد العضوية وغيرها فإن قوة محلول البرمنجنات سوف تتغير طالما تواجدت في المحلول مواد قابلة للأكسدة وعلى ذلك فإنه ليس من السهل الحصول على محلول أساسي من برمنجنات البوتاسيوم بمجرد إذابة البرمنجنات في ماء مقطر ويكمل الحجم إلى لتر ويترك المحلول بعيداً عن الضوء لمدة لا تقل عن أسبوع ثم يرشح خلال صوف زجاجي نظيف ثم يوضع في زجاجة بنية اللون ذات غطاء محكم ثم يقدر عامل المحلول بواسطة محلول معروف العامل من اكسالات الصوديوم .
تقدير عامل برمنجنات البوتاسيوم بواسطة محلول من اكسالات الصوديوم معلوم العامل :
أ ) تحديد الوزن المكافئ لاكسالات الصوديوم :
تتفاعل برمنجنات البوتاسيوم مع اكسالات الصوديوم في الوسط الحامضى ( في وجود حامض كبريتيك ) طبقاً للمعادلة :
2KMnO4 + 5 Na2C2O4 + 8 H2SO4
K2SO4 + 2MnSO4 + 5Na2SO4 + 10CO2+ 8H2O
أي أن 2 جزئ برمنجنات بوتاسيوم تؤكسد 5 جزيئات اكسالات صوديوم وبقسمة كلا الطرفين على 10 :
\ (2 جزئ برمنجنات) ÷10 تؤكسد ( 5 جزئ اكسالات) ÷10
أي أن( الوزن الجزيئي للبرمنجنات) ÷ 5 يؤكسد ( الوزن الجزيئى للأكسالات) ÷ 2
أي أن الوزن المكافئ للبرمنجنات يؤكسد ( الوزن الجزيئي للاكسالات) ÷ 2
• • الوزن المكافئ لمادة مؤكسدة يؤكسد وزن مكافئ من مادة مختزلة .
\ الوزن المكافئ للبرمنجنات يؤكسد الوزن المكافئ للاكسالات .
• • الوزن المكافئ للاكسالات = الوزن الجزئيى للاكسالات ÷ 2 \ الوزن المكافئ للاكسالات Na2C2O4 = 134 ÷ 2 = 67 جم
ب) تحضير محلول ,1 س من اكسالات الصوديوم وحساب عامله :
إذا أردنا تحضير لتر ,1 س يوزن 6.7 جم اكسالات صوديوم بالضبط وتذاب في لتر من الماء المقطر ، وعند تحضير 250 مل فقط يوزن 1.6750 جم وتذاب في 250 مل ماء مقطر بنفس الطريقة التي سبق ذكرها عند تحضير كربونات الصوديوم وبحسب عامل الاكسالات طبقاً للمعادلة :
عامل الاكسالات = الوزنة المأخوذة ÷1.6750 ( في حالة تحضير 250مل)
ج) تقدير عامل البرمنجنات ,1 س:
خطــــوات العمـــل :
1ـ زن زجاجة الساعة فارغة .
2ـ ضع في زجاجة الساعة حوالي 1.6750 جم اكسالات صوديوم وزنها بالضبط ودون الوزن .
3ـ انقل اكسالات الصوديوم كمياً إلى كأس صغير ثم بعد تمام الذوبان انقل كمياً إلى الدورق المعياري واكمل حتى 250 مل بالماء المقطر .
4ـ خذ بالماصة 20 مل من الدورق المعياري بعد رجه جيداً وضعها في دورق مخروطى .
5ـ أضف حوالي 20 مل حامض كبريتيك 1 :8 بالمخبار المدرج .
6ـ سخن المحلول ( حتى ظهور أول فقاعة غاز خارجة) ثم أجرى المعايرة باستخدام برمنجنات البوتاسيوم بوضعها في السحاحة ذات الصنبور الزجاجي بحيث يكون المحلول أثناء المعايرة ساخناً واستمر في المعايرة حتى ظهور لون وردي فاتح يثبت لمدة 30 ثانية .
7ـ دون قراءة السحاحة .
8ـ كرر المعايرة بحيث لا يزيد الفرق بين قرائتين عن 5.,
9ـ احسب عامل البرمنجنات .
ملاحظـــات :
1ـ لا يستخدم حامض الايدروكلوريك أو النيتريك لخلق وسط حامضى للبرمنجنات حيث أن البرمنجنات تؤثر على حامض الايدروكلوريك نفسه وتؤكسده أما حامض النيتريك فهو نفسه مادة مؤكسدة شديدة لذا لا يستخدم حامض النيتريك في التفاعلات الحامضية .
2ـ يجب ألا يدهن صنبور السحاحة الزجاجية التي بها البرمنجنات بالفازلين أو أي مادة دهنية حتى لا يذهب جزء من البرمنجنات في أكسدة هذه المادة العضوية .
3ـ لا توضع البرمنجنات في السحاحة ذات النهاية الكاوتشوك كما تغسل السحاحة الزجاجية بعد انتهاء المعايرة بحمض ايدروكلوريك قبل غسلها بالماء .
4ـ ضع ورقة بيضاء خلف السحاحة عند أخذ القراءات حيث يسهل ذلك من تحديد التدريج ولا تنسى أن قراءة المحاليل الملونة تكون عند السطح الأعلى للمحلول .
5ـ قد يتلون المحلول بلون بنى أو يظهر راسب بنى ( من أكسيد المنجنيز ) ويكون ذلك راجع إما لإضافة البرمنجنات بسرعة من السحاحة أو لعدم تسخين المحلول تسخيناً كافياً ( إلى درجة 90ْم تقريباً) أو لعدم وجود كمية كافية من حمض الكبريتيك لخلق الوسط الحامضى اللازم لاختزال البرمنجنات .
خطـوات الحســاب :
1ـ عامل اكسالات الصوديوم = الوزنة المأخوذة ÷الوزنة الواجب أخذها (1.6750 جم)
2ـ عامل البرمنجنات = ( حجم الاكسالات × عامل الاكسالات ) ÷ حجم البرمنجنـات
النتائــــج :
1ـ وزن زجاجة الساعة فارغــة = 0000000,00000 جم
2ـ وزن زجاجة الساعة + الاكسالات = 00000.00000 جم
3ـ وزن الاكسالات = 00000000000000000 جم
4ـ عامل الاكسالات = وزن الاكسالات ÷ 1.6750 = 0000000,000
5ـ حجم الاكسالات المأخوذ = 00000000مل
6ـ حجم البرمنجنات المأخوذ ( القراءة الأولى للسحاحة ) = 0000مل.
7ـ حجم البرمنجنات المأخوذ ( القراءة الثانية للسحاحة ) = 0000مل.
8ـ حجم البرمنجنات المأخوذ ( متوسط القرائتين ) = 000000 مل.
9ـ عامل البرمنجنات = ( ناتج 5 × ناتج 4 ) ÷ ناتج 8
أسئلــة :
• • عرف عمليتي الأكسدة والاختـزال .
• • وضح بالمعادلات كيف تحسب الوزن المكافئ للبرمنجنات في الوسط الحامضى .
الإثنين نوفمبر 05, 2007 4:42 am