تجزیه و تحلیل شیمیایی بخش جدایی ناپذیر و حیاتی شیمی است. اکتشافات و پیشرفت های بزرگ بدون شیمی تحلیلی که ترکیب شیمیایی و ساختار مولکولی همه مواد را تعیین می کند ممکن نبود. برای تجدید نظر در موضوعات تجزیه و تحلیل شیمیایی، از جمله تکنیک های تحلیلی مختلفی که استفاده می کند، به خواندن ادامه دهید.

تجزیه و تحلیل و شناسایی مواد

تجزیه و تحلیل شیمیایی می تواند کیفی یا کمی باشد. تجزیه و تحلیل برعکس سنتز است، اما درک مکانیسم های دقیق درگیر در سنتز مواد یا محصولات بدون تجزیه و تحلیل فرآیند بسیار دشوار است.

فرآیندهای مصنوعی وجود دارد که انسان برای قرن ها بدون درک مکانیسم های شیمیایی اساسی پشت آنها انجام می دهد. به عنوان مثال، برای هزاران سال، انسان‌ها اتانول یا الکل اتیلیک را از انگور یا میوه‌های دیگر سنتز می‌کنند – اما مکانیسم‌های شیمیایی دقیق نحوه عملکرد آن به تازگی شناخته شده است. در نتیجه این تجزیه و تحلیل، فرآیند به اندازه کافی کارآمدتر و دقیق تر است تا در مقیاس صنعتی انجام شود. این تنها یک نمونه از اهمیت آنالیز شیمیایی است.

مواد تجزیه کننده

کلمه انگلیسی «تحلیل» ریشه در یونان باستان دارد ἀνάλυσις، که در لغت به معنای “شکستن” یا “گره گشایی” است. این نسبتاً مناسب است تجزیه و تحلیل شیمیایی به معنای واقعی کلمه تجزیه یک ماده پیچیده یا ناشناخته به اجزای ساده تر آن به منظور درک ترکیب، ساختار مولکولی و خواص آن است. این فرآیند کاربردهای متعددی دارد، مانند شناسایی آلاینده ها، مطالعه سمیت طبیعی یا مصنوعی. مواد شیمیایی موجود در غذاو طراحی محصولات دارویی.

تکنیک های مختلف

تجزیه و تحلیل شیمیایی شامل روش ها و تکنیک های مختلفی است که به انواع تجهیزات آزمایشگاهی و تخصص ها نیاز دارد. چندین تست شیمی تحلیلی وجود دارد که در مطالعات خود با آنها مواجه خواهید شد، اما به طور کلی می توان آنها را به دو گروه اصلی تقسیم کرد: تست های کیفی و تست های کمی.

1. تست های کیفی

تست های کیفی شامل مشاهده هرگونه تغییر رنگ یا فیزیکی در ماده مورد تجزیه و تحلیل زمانی که در معرض تغییرات دما و مواد شیمیایی قرار می گیرد. آنها ترکیب شیمیایی یک ماده را تعیین می کنند، اما نه اینکه چه مقدار از یک جزء معین در ماده وجود دارد.

آزمایشات شعله

آزمایشات شعله برای تعیین اینکه چه نوع فلزی در نمک ها وجود دارد استفاده می شود. نمک ها ترکیباتی هستند که از واکنش اسیدها و بازها به وجود می آیند. آنها به صورت یون در آب حل می شوند و همیشه حاوی کاتیون های فلزی یا کاتیون های مشتق از آمونیوم هستند.

در اینجا 5 متداول ترین کاتیون های فلزی و رنگ هایی که هنگام آزمایش شعله تولید می کنند آورده شده است:

یون حاضر	رنگ تست شعله
لیتیوم، لی+	زرشکی
سدیم، Na+	رنگ زرد
پتاسیم، K+	بنفشه
کلسیم، کلسیم2+	نارنجی-قرمز
مس، مس2+	سبز

مقداری نمونه هایی از نمک ها که کاتیون های فلزی در آنها وجود دارد به شرح زیر است:

• کلرید سدیم: NaCl
• کربنات منیزیم: MgCO₃
• آهن (III) هیدروژن فسفات: Fe₂(HPO₄)₃
• دی کرومات پتاسیم: K₂Cr₂O₇
• کلرید کلسیم: CaCl₂
• بی سولفات سدیم: NaHSO₄
• سولفات مس: CuSO₄

آزمایشات رسوب هیدروکسید فلز

هیدروکسید سدیم (NaOH) یک ماده شیمیایی رایج است که در تجزیه و تحلیل ترکیبات کاتیونی فلزی مواد مورد استفاده قرار می گیرد. به عنوان یک پایه قوی، یک گیرنده پروتون بسیار فعال است و به آسانی با موادی که دارای فلزات هستند واکنش نشان می دهد و رسوب تشکیل می دهد. رنگ رسوبات به نوع فلز بستگی دارد.

آزمایشات رسوب با افزودن یک قطره محلول NaOH رقیق شده به محلول یک آنالیت، و سپس مشاهده رنگ رسوب به منظور تعیین اینکه آیا آنالیت دارای کاتیون های فلزی است یا خیر، کار می کند. در اینجا چند نمونه آورده شده است:

یون فلزی	رسوب رنگ
آلومینیوم، آل3+	سفید
کلسیم، کلسیم2+	سفید
منیزیم، منیزیم2+	سفید
مس (II)، مس2+	آبی
آهن (II)، آهن2+	سبز
آهن (III)، Fe3+	رنگ قهوه ای

آزمایش آمونیاک

مشابه آزمایش‌های هیدروکسید سدیم، می‌توانید از آمونیاک نیز برای آزمایش رسوبات فلزی استفاده کنید. هنگامی که یک ماده با آمونیاک به عنوان پایه واکنش می دهد، مجتمع های فلزات تشکیل می شوند. در اینجا چند نمونه از این واکنش ها آورده شده است:

محلول اسید	راه حل اساسی	راه حل با NH اضافی3	رنگ مجتمع
نی2+(ق)	Ni(OH)2(ها)	Ni(NH3)62+(ق)	بنفش
مس2+(ق)	مس (OH)2(ها)	مس (NH3)42+(ق)	آبی
روی2+(ق)	روی (OH)2(ها)	روی (NH3)62+(ق)	بی رنگ
Ag+(ق)	Ag2O(ها)	Ag(NH3)2+(ق)	بی رنگ
سی دی2+(ق)	سی دی (OH)2(ها)	سی دی (NH3)42+(ق)	بی رنگ

آزمایشات اسیدی

مشابه آزمایش‌های هیدروکسید سدیم و آمونیاک که از مواد قلیایی یا بازی استفاده می‌کنند، از اسیدها نیز می‌توان برای آزمایش رسوب استفاده کرد. با این حال، به جای آزمایش کاتیون های فلزی، از آزمایش اسید برای تشخیص آنیون ها استفاده می شود.

آزمایش اسید شامل تشکیل کمپلکس هایی است که بسته به ماده مورد آزمایش رنگ های متفاوتی دارند. اسید کلریدریک، اسید نیتریک و اسید سولفوریک معمولاً به عنوان عوامل آزمایش استفاده می شوند. به عنوان مثال، چند قطره اسید نیتریک و چند قطره محلول نیترات نقره برای تشخیص هالیدها استفاده می شود.

یون هالید	رسوب رنگ
کلرید، کلر–	سفید
بروماید، برادر–	کرم رنگ
یدید، I–	رنگ زرد

2. تست های کمی

این‌ها روش‌های تحلیلی هستند که شامل اندازه‌گیری مقادیری مانند جرم، مولاریته و حجم می‌شوند تا تعیین کنند چه مقدار از یک جزء معین در یک ماده وجود دارد. دو دسته رایج از تجزیه و تحلیل های کمی، آنالیز وزنی و تحلیل حجمی هستند.

آنالیز وزنی

همانطور که از نام آن پیداست، این روش تجزیه و تحلیل شامل استفاده از گرانش به عنوان مرجع، یا به طور دقیق تر، اثر گرانش بر جرم است که در وزن بیان می شود. وزن یک ماده قبل و بعد از تبدیل آن اندازه گیری می شود. یک مثال رایج، تفاوت وزن قبل و بعد از حذف آب از هیدرات از طریق گرم کردن است.

به عنوان مثال، هگزا هیدرات کلرید کبالت (II) را می توان با اعمال گرما به کلرید کبالت بی آب تبدیل کرد:

CoCl₂· 6 ساعت₂O + گرما => CoCl₂

هنگامی که آب به کلرید کبالت بی آب اضافه شود، فرآیند برگشت پذیر است.

تحلیل حجمی

در غیر این صورت شناخته شده است تیتراسیون، این روش یک موضوع کاملاً مجزا است که برای درک درست آن باید برای GCSE خود به طور کامل بازبینی کنید. احتمالاً قبلاً چندین بار آن را در آزمایشگاه مدرسه خود انجام داده اید، اما به طور خلاصه شامل دو واکنش دهنده است، معمولاً یک اسید و یک باز، که هر کدام می تواند آنالیت یا تیتراتور باشد.

آنالیت ماده ای از نوع شناخته شده، اما غلظت نامشخص است. تیترانت ماده ای با نوع و غلظت شناخته شده است که به تدریج به آنالیت اضافه می شود تا به نقطه هم ارزی یا خنثی برسد. حجم قبل و بعد از رسیدن به نقطه پایانی اندازه گیری می شود که با استفاده از pH متر یا نشانگر شیمیایی تعیین می شود.

تجزیه و تحلیل مواد

تجزیه و تحلیل مواد نیاز به مهارت، دانش نظری و ابزار مناسب دارد. هنگامی که در دبیرستان هستید، باید چندین آزمایش تحلیلی را در آزمایشگاه انجام دهید، مانند تیتراسیون و تجزیه و تحلیل بارش. برای پاسخگویی دقیق به سوالات آزمایشگاهی باید در مشاهدات و اندازه گیری های خود دقیق باشید. دانش آزمایشگاهی عملی شما همچنین می تواند به شما در حل بسیاری از مسائل GCSE در شیمی کمک کند، بنابراین پایه و اساس خوبی برای داشتن آن است.

در این موضوع، شما تکنیک های پایه کلاسیک تجزیه و تحلیل شیمیایی را مطالعه خواهید کرد. اگر دوره های پیشرفته تری در شیمی در کالج یا دانشگاه بگذرانید، در مورد روش های ابزاری مانند طیف سنجی، طیف سنجی جرمی و آنالیز حرارتی نیز یاد خواهید گرفت. اینها معمولاً در شیمی آزمایشگاهی دبیرستان به طور عمیق پوشش داده نمی شوند، اما ممکن است یک نمای کلی از نحوه کار آنها ارائه شود.

بیشتر خواندن: Chemistry GCSE Revision: Chemical Analysis

برای کمک و پشتیبانی بیشتر در مورد بازنگری در شیمی GCSE، سری بازبینی ما را بخوانید: