التحليل الكيميائي الكمي العضوي

تحليل كيميايي كمي عضوي

Organic Quantitative chemical analysis -

التحليل الكيميائي الكمي العضوي

التحليل الكمي العنصري

الطرائق التحليلية للمركبات العضوية

الطرائق العامة

تقدير الآزوت بطريقة كيلدال Kjeldahl

يعتمد التحليل الكمي للمركبات العضوية organic quantitative analysis على تفاعلات الزمر الوظيفية functional groups الموجودة في المركبات العضوية، فللقيام بتحليل أي مركب عضوي يجب إجراء التحليل العنصري له لمعرفة العناصر المكوِّنة له، ثم الكشف عن الزمر الوظيفية الداخلة في بنيته.

التحليل الكمي العنصري

يتم فيه تعيين الكربون والهدروجين والآزوت (النتروجين) والأكسجين والكبريت كمياً بطرائق آلية أو يدوية، وتعيَّن الفسفات والهالوجينات بطرائق يدوية.

تعيين الزمر الوظيفية

الزمر الوظيفية إما أن تكون ذرة وإما مجموعة من الذرات موجودة في جزيء عضوي، فقد وجد أن المركبات الحاوية الزمر الوظيفية نفسها لها خواص كيميائية متشابهة، ومن هذه الزمر الوظيفية الزمرة الكربوكسيلية والغولية والكربونيلية والأمينية.

الطرائق التحليلية للمركبات العضوية

1- طرائق التحليل الآلي instrumental analysis

هي طرائق تستخدم لتقدير المركبات العضوية كيفياً وكمياً، ومن هذه الطرائق:

أ- مطيافية الأشعة فوق البنفسجية UV.

ب- مطيافية الأشعة تحت الحمراء IR.

ج- الاستشراب اللوني (الكروماوغرافيا) الغازي Gas Chromatography (GC).

د- الاستشراب اللوني (الكروماتوغرافيا) السائل عالي الأداء High-Performance Liquid Chromatography (HPLC)، وكانت هذه الطريقة تسمى high-pressure liquid chromatography.

هـ- الرنين النووي المغنطيسي Nuclear Magnetic Resonance البروتوني 1H–NMR والكربوني 13C–NMR.

و- مطيافية الكتلة Mass Spectroscopy (MS).

ز- المحلِّل الآلي للعناصر O, S, N, H, C:

يعدّ التحليل السريع rapid analysis في المحلِّل الآلي للعناصر جهازاً مهماً في تقدير النسب المئوية للكربون والهدروجين والآزوت والكبريت في المركبات العضوية بدقة عالية. ويمكن لهذا الجهاز تحليل 120 عينة أو أكثر في وقت واحد، ولأن تشغيله مكلف اقتصادياً فقد صمِّم الجهاز لتحليل هذا العدد الكبير من العينات في عملية تحليل واحدة.

أما جهاز الكروماتوغرافيا السائلة عالية الأداءHPLC فيمكن بواسطته تقدير النسب المئوية لمكوِّنات مزيج من المواد السائلة بعد انتهاء التفاعل، كما أنه يؤكد ما إذا كان منتج التفاعل نقياً أو أنه يحتوي على شوائب؛ مع تقدير النسب المئوية لمكونات المنتج إذا لم يكن نقياً.

تستخدم أجهزة التحليل الآلي للحصول على نتائج دقيقة وسريعة، وهي لاتلغي الطرائق التقليدية في التحاليل الكيميائية الرطبة التي يمكن استخدامها عند عدم توفر أجهزة التحليل الآلي، إضافة إلى كونها منخفضة التكلفة.

2- الطرائق الرطبة wet methods

تعتمد هذه الطرائق على التفاعلات الكيميائية التي يمكن إجراؤها على المركبات الكيميائية للكشف عن الزمر الوظيفية فيها مثل الزمر الكربوكسيلية والهدروكسيلية والكربونيلية والأمينية. وعلى الرغم من أهمية طرائق التحليل الآلي التي تعتمد على المنحنيات العيارية فإن الطرائق الرطبة ماتزال محتفظة بأهميتها؛ لأنها تعتمد على عدد كبير من التفاعلات تعطي للمحلل الكيميائي مرونة أكثر؛ وكلفتها أقل مقارنة بطرائق التحليل الآلي.

تعيين الزمر الوظيفية بطرائق التحليل الرطبة

يعتمد هذا التعيين على استخدام تفاعل مميز للزمرة الوظيفية المدروسة، ويشترط في هذا التفاعل أن يحقق الشروط الآتية:

- أن يكون سريعاً أو يمكن تسريعه.

- يجري بصورة تامة (99.8 %) ويجب أن يتم بصورة ستوكيومترية stoichiometric.

- التأكد من حصول التفاعل بصورة تامة.

- أن يكون التفاعل نوعياً وانتقائياً.

وتتطلب الطرائق الرطبة عينات نقية متوفرة أو يمكن تحضيرها بالطرائق الرطبة.

أمثلة على تفاعلات تستخدم في تعيين زمرة وظيفية في مركب عضوي

الطرائق العامة

1- طريقة استخدام الحموض المستهلكة أو الناتجة حيث تقدر الزمرة الوظيفية بإضافة مادة حمضية تستهلك في أثناء التفاعل.

أ- يمكن تقدير الكحولات والأمينات بطريقة غير مباشرة وذلك بتقدير حمض الخل acetic acid الناتج أو بلا ماء حمض الخل acetic ahydride (المعادلات 1، 2، 3):

ب- يمكن تقدير الألدهيد بطريقة غير مباشرة وذلك بتقدير كمية حمض الكبريت المأخوذة بزيادة؛ وتقدير كمية حمض الكبريت الباقية بالمعايرة مع أساس (المعادلة 4):

ج- تقدير الزمر الوظيفية عن طريق تقدير الحمض الناتج من التفاعل (المعادلة 5):

د- تقدير بعض المركبات عن طريق إجراء تفاعل كيميائي تنتج منه حموض يتم تقديرها بالمعايرة بمادة أساسية (قاعدية) (المعادلة 6):

2- طريقة استخدام الأسس المستهلكة في تقدير الزمر الوظيفية. تقدير الأميد (المعادلة 7):

ويتم تقدير الأميد بمعايرة الزيادة من الأساس المضاف بحمض عياري

مثال: تحليل مادة عضوية تحوي زمرة أمينية (إتيل أمين)، فإذا وجد أن العينة تحوي كمية من زمرة الأمين قدرها 0.1298 غرام؛ فوزن إتيل أمين في محلول العينة x يساوي (المعادلة 8):

(8) 16 غراماً 45 غراماً   0.1298 غراماً x غراماً      x= 0.365 غراماً

تعيين الكربون والهدروجين (طريقة ليبغ Liebig)

تعتمد هذه الطريقة على أكسدة كل من الكربون والهدروجين في المركب العضوي فيتشكل غاز ثناني أكسيد الكربون والماء. تجرى هذه الطريقة بتسخين المركب العضوي المحتوي على الكربون والهدروجين تسخيناً شديداً مع مادة مؤكسدة وهي أكسيد النحاس ؛ وتمرير تيار من الهواء الجاف والنقي، ويستمر التسخين فترة كافية لإتمام عملية الأكسدة. ويتم التفاعل وفقاً للمعادلتين (9 و10):

يمرر غاز ثنائي أكسيد الكربون وبخار الماء الناتجان من عملية الأكسدة عبر أنبوب على شكل حرف U يحوي حمض الكبريت المركَّز والموزون بدقة؛ حيث يقوم الحمض بامتصاص بخار الماء، أما غاز فينتقل إلى قارورة فيها هدروكسيد البوتاسيوم الموزون بدقة؛ ويتم فيها امتصاصه وفقاً للمعادلة (11):

إن الزيادة في وزن الأنبوب الحاوي حمض الكبريت تعطي وزن بخار الماء، أما الزيادة في وزن قارورة فتعطي وزن .

الشكل (1) تعيين الكربون والهدروجين طريقة ليبغ Liebig.

تقدير الآزوت بطريقة كيلدال Kjeldahl

مبدأ الطريقة: يسخن في دورق كيلدال وزن معلوم (0.2-0.5 غرام) من المركب العضوي الذي يحتوي على الآزوت مع حمض الكبريت المركز وكبريتات البوتاسيوم أو كبريتات النحاس أو برمنغنات البوتاسيوم التي تعمل حفّازات، فيتحول الكربون والهدروجين بوجود كبريتات البوتاسيوم أو كبريتات النحاس إلى ثنائي أكسيد الكربون وماء، في حين يتحول الآزوت إلى الذي يتحد مع الزيادة من حمض الكبريت مكوناً .

بعد انتهاء التفاعل يزول لون المحلول الداكن ويوقف التسخين. تقطر محتويات الدورق بعد إضافة زيادة من هدروكسيد الصوديوم حيث يحدث التفاعل (12):

يتم امتصاص النشادر المتحرر من هذا التفاعل في كمية زائدة ومحدودة من حمض الكبريت فيتفاعل جزء من هذا الحمض مع النشادر مكوناً . أما الجزء الآخر فيعاير مع أساس عياري ومنها يمكن معرفة كمية النشادر المنطلق ومن ثم معرفة نسبة الآزوت في المركب العضوي.

الشكل (2) تقدير الآزوت بطريقة كيلدال Kjeldahl.

جهاز كيلدال

يجب أن يكون دورق كيلدال مصنوعاً من زجاج متحمل للحرارة العالية وذا عنق طويل ليساعد على تكثيف الأبخرة للحفاظ على حجم المزيج. يستخدم حمض الكبريت بوجود الحفّاز مع التسخين في حالة الأمينات الأولية والثانوية والثالثية والحموض الأمينية والأميدات، أما في حالة مركبات النترو والنتروزو والآزو والحلقات غير المتجانسة الآزو الحلقية -مثل البيريدين- فلا يستخدم التسخين.

تعطي طريقة كيلدال تقديراً دقيقاً للآزوت فيمكن بواسطتها حساب كمية البروتين من حساب النسبة المئوية للآزوت فيه وفي المركبات الآزوتية الأخرى، ولذلك تستعمل طريقة كيلدال بصورة واسعة في التحاليل الكيميائية الحيوية والفيزيولوجية وفي الزراعة.

وفيما يلي مثال على حساب النسبة المئوية للآزوت في عينة من مركب عضوي آزوتي:

فإذا سُخِّنت عينة من مركب عضوي حاوٍ على الآزوت وزنها 0.442 غرام مع حمض الكبريت المركز ثم قُطِّر الناتج بوجود زيادة من ، وتم امتصاص النشادر المتحرر في 50 ميلي لتر من محلول ، واستهلَك الحمض المتبقي بعد الامتصاص 14 ميلي لتر من ، فيمكن حساب النسبة المئوية للآزوت في العينة بالطريقة الآتية:

عدد المكافئات من المضاف = حجم الحمض × تركيز الحمض.

عدد ميلي مكافئات

عدد ميلي المكافئات من المتفاعل مع الحمض = حجم الأساس × تركيز الأساس يساوي:

ويكون عدد ميلي المكافئات من الحمض التي تفاعلت مع الأساس = عدد المكافئات من القاعدة = 1.4

ومنه فإن:

المتفاعل من الحمض مع النشادر = عدد المكافئات الكلية المضاف من الحمض-المتبقي يساوي:

  وبما أن عدد المكافئات من مادة ما يساوي:

وبالتطبيق على النشادر يتبين أن:

= 3.6 ميلي مكافئ

أي كمية النشادر: ميلي غرام

يتم حساب النسبة المئوية للآزوت في العينة باستخدام المعادلة (13):

34 غراماً                       28 غراماً                          0.0612                         x

ومنه عدد غرامات الآزوت x الموجودة في العينة تساوي:

غرام

وتحسب النسبة المئوية للآزوت (بقسمة وزن الآزوت على وزن العينة) × 100

تقدير الهالوجينات بطريقة كارياس Carius

يؤخذ وزن معلوم من المركب العضوي (0.2 -0.5 غرام) الذي يحتوي على الهالوجينات: (I, Br, Cl) وكمية من نترات الفضة. يوضع المزيج في أنبوب كارياس الذي يوضع في أنبوب حديدي ثم يوضع في الفرن. فيتحول الهالوجين إلى هاليد الفضة AgX. يُغسَل الراسب المتكون ويجفف ويوزن.

يحسب عدد مولات هاليد الفضة الذي يساوي عدد ذرات الهالوجين؛ لأن كل مول من هاليد الفضة يحوي ذرة واحدة من الهالوجين.

 يحسب وزن الهالوجين في المركب ثم نسبته المئوية: النسبة المئوية للهالوجين في العينة تساوي:

× 100

الشكل (3) جهاز كارياس.

تقدير الكبريت بطريقة الصهر مع مزيج من نترات البوتاسيوم وكربونات الصوديوم اللامائية.

يمكن أكسدة بعض مركبات الكبريت العضوية غير الطيارة (حمض السلفانيليك) وحمض السلفاميك وحمض تولوين بارا-سلفونيك و بنزن سلفونات الصوديوم بصهر عينة منها مع مزيج من نترات البوتاسيوم وكربونات الصوديوم اللامائية.

يحضـر المزيج من 4 أجـزاء وزنــاً مــن اللامائي و3 أجزاء وزناً من ، توضع في بوتقة من النيكل عينة وزنها قرابة 30 مغ و100 ضعف وزناً من مخلوط الصهر. يغطى المخلوط مرة أخرى بمخلوط الصهر لمنع تسرب أي غازات كبريتية، ثم توضع البوتقة في جفنة خزفية ويغطى المزيج بمخلوط الصهر.

يصهر الخليط ثم يضاف إليه ماء البروم لأكسدة الكبريتيدات إلى كبريتات. يبخر محتوى الجفنة ثم يضاف ، ويتم الترسيب بإضافة 2 مل من محلول كلوريد الباريوم ، يفصل الراسب ويجفف ويوزن. تحسب النسبة المئوية للكبريت من العلاقة:

التقدير الكمي للفسفور P

يوضع في أنبوب كرياس وزن معلوم من المركب العضوي الفسفوري مع زيادة من حمض الآزوت المدخن ومولبدات الأمونيوم .

يوضع أنبوب كارياس الملحوم في الأنبوب الحديدي ثم يسخن في الفرن. يتأكسد الفسفور إلى الفسفات مشكلاً راسباً بلورياً أصفر من فوسفومولبدات الأمونيوم ، يغسل الراسب ويجفف ويوزن ، ثم تحسب النسبة المئوية للفسفور في المركب العضوي.

التقدير الكمي للأكسجين في المركب العضوي

ليس ثمة طريقة معينة لتقدير النسبة المئوية للأكسجين، ولحسابها تجمع النسب المئوية للعناصر، فإذا كان مجموعها أقل من 100 فيفترض أن تكون النسبة الباقية هي نسبة الأكسجين، ويستخدم في الحساب العلاقة الآتية:

النسبة المئوية للأكسجين = 100- مجموع النسب المئوية العناصر جميعها.

فاروق قنديل

التصنيف : الكيمياء والفيزياء

النوع : الكيمياء والفيزياء

المجلد: المجلد السابع

رقم الصفحة ضمن المجلد :

آخر أخبار الهيئة :

البحوث الأكثر قراءة

اصدارات الموسوعة العربية

أسماء الباحثين

هل تعلم ؟؟

• - هل تعلم أن الأبلق نوع من الفنون الهندسية التي ارتبطت بالعمارة الإسلامية في بلاد الشام ومصر خاصة، حيث يحرص المعمار على بناء مداميكه وخاصة في الواجهات

• - هل تعلم أن الإبل تستطيع البقاء على قيد الحياة حتى لو فقدت 40% من ماء جسمها ويعود ذلك لقدرتها على تغيير درجة حرارة جسمها تبعاً لتغير درجة حرارة الجو،

• - هل تعلم أن أبقراط كتب في الطب أربعة مؤلفات هي: الحكم، الأدلة، تنظيم التغذية، ورسالته في جروح الرأس. ويعود له الفضل بأنه حرر الطب من الدين والفلسفة.

• - هل تعلم أن المرجان إفراز حيواني يتكون في البحر ويتركب من مادة كربونات الكلسيوم، وهو أحمر أو شديد الحمرة وهو أجود أنواعه، ويمتاز بكبر الحجم ويسمى الش

• هل تعلم أن الأبسيد كلمة فرنسية اللفظ تم اعتمادها مصطلحاً أثرياً يستخدم في العمارة عموماً وفي العمارة الدينية الخاصة بالكنائس خصوصاً، وفي الإنكليزية أب

• - هل تعلم أن أبجر Abgar اسم معروف جيداً يعود إلى عدد من الملوك الذين حكموا مدينة إديسا (الرها) من أبجر الأول وحتى التاسع، وهم ينتسبون إلى أسرة أوسروين

• - هل تعلم أن الأبجدية الكنعانية تتألف من /22/ علامة كتابية sign تكتب منفصلة غير متصلة، وتعتمد المبدأ الأكوروفوني، حيث تقتصر القيمة الصوتية للعلامة الك

شراء النسخة الورقية