التراكيز

القواعد الأربعة الأساسية للكيمياء هي:

1. قانون الحفظ في المادة: ينص هذا القانون على أنه لا يمكن إنتاج أو تدمير المادة، لكنها يمكن تحويلها من شكل إلى آخر، وبالتالي يجب أن تحافظ كمية المادة على نفسها خلال العمليات الكيميائية.

2. قانون التراكيز الذي ينص على أن خليطًا متجانسًا من المواد يتألف من جزيئات تتواجد بنفس الكمية في حجم محدد، ويمكن قياس تركيز المواد الكيميائية بالعديد من الطرق.

3. قانون النشاط الكيميائي الذي يصف الابتعاد عن التوازن الكيميائي، حيث تؤدي الاختلافات في ضغط ودرجة الحرارة وتركيز المواد إلى تخلق تفاعلات كيميائية بينها.

4. قانون التفاعل الكيميائي الذي يصف العلاقة بين الكميات الموجودة من المواد الكيميائية التي تشارك في رد فعل كيميائي معين، والمنتجات التي يتم إنتاجها على نتيجة هذا الرد فعل. يمكن تطبيق هذا القانون على الكيمياء العضوية وغير العضوية.

تستخدم النظائر اللاعضوية في تطبيقات الكيمياء اللاعضوية بشكل واسع، وذلك لأنها تؤثر على الخواص الكيميائية والفيزيائية للمركبات اللاعضوية. وفيما يلي بعض الأمثلة على كيفية تأثير النظائر اللاعضوية على تطبيقات الكيمياء اللاعضوية:

1- تحديد عمر الصخور: يتم استخدام النظائر اللاعضوية مثل الراديوم واليورانيوم في تحديد عمر الصخور والتربة.

2- تحديد التراكيز: تستخدم النظائر اللاعضوية مثل الكربون-14 في تحديد تراكيز المواد العضوية في العينات البيئية والحيوية.

3- علم الأحياء الجزيئي: يستخدم النظائر اللاعضوية في علم الأحياء الجزيئي لتحديد مسارات الأيونات والجزيئات في الأنسجة الحية.

4- علم المعادن: تستخدم النظائر اللاعضوية في علم المعادن لتحديد الخواص الكيميائية والفيزيائية للمركبات المعدنية.

5- تصنيع الأدوية: يستخدم النظائر اللاعضوية في تصنيع الأدوية والمواد الكيميائية الأخرى، وذلك لتحديد تراكيز المواد الفعالة وتحديد الآليات الدقيقة للتفاعلات الكيميائية.

6- الإشعاع النووي: تستخدم النظائر اللاعضوية في الإشعاع النووي والتصوير الطبي، وذلك لتحديد توزيع العناصر الكيميائية في الأنسجة الحية.

هناك العديد من أساليب تحليل الكيمياء اللاعضوية، بعضها يشمل:

1. التحليل الكميائي النووي (NAA): يستخدم هذا الأسلوب لتحديد المركبات اللاعضوية التي تحتوي على عناصر ثقيلة مثل الرصاص والزئبق.

2. الطرد المركزي الجاف (DCC): يستخدم هذا الأسلوب لتحليل المواد الصلبة والسائلة اللاعضوية المتوسطة الحجم وهو يتطلب جهازًا لتحريك العينات بسرعة عالية.

3. المطيافية الكتلية (MS): يستخدم هذا الأسلوب لتحديد الجزيئات الصغيرة الموجودة في المواد اللاعضوية، وهو أحيانًا يستخدم أيضًا لتحديد العناصر الثقيلة.

4. المطيافية بالرنين المغناطيسي النووي (NMR): هو أسلوب لتحديد الهيكل الجزيئي للمركبات اللاعضوية، كما يمكن استخدامه لحساب التراكيز الدقيقة.

5. التحري عن طريق الاستقطاب الضوئي: يستخدم هذا الأسلوب لتحديد المركبات اللاعضوية المتوسطة الحجم التي ليس لها متجانسة في الحلول أو الكروماتوغرافيات.

تعتمد معدلات التفاعل في الكيمياء اللاعضوية على عدة عوامل، بما في ذلك:

1- درجة الحرارة: يزداد معدل التفاعل مع زيادة درجة الحرارة ، وتثبط الحرارة الفعالية المنشطة

2- التركيز: يزداد معدل التفاعل عند زيادة تركيز المواد المتفاعلة.

3- تأثير المحفزات: يؤدي إضافة المحفزات المناسبة إلى زيادة معدل التفاعل بشكل كبير.

4- الضوء: يمكن أن يؤثر الإضاءة بشكل إيجابي أو سلبي على معدل التفاعل في بعض الحالات.

يمكن تقدير معدل التفاعل من خلال قانون الحركة الكيميائية، الذي يحدد سرعة تغيير التراكيز للمتفاعلين خلال فترة الوقت المعينة.

ثابت التوازن (K) في الكيمياء الحرارية يحسب من قيمة معامل التوزيع الحرارية لتفاعل كيميائي معين عند درجة حرارة محددة. يمكن حساب ثابت التوازن باستخدام معادلة التوازن الهيكلية أو معادلة توازن بموجب الضغط.

لحساب ثابت التوازن باستخدام معادلة التوازن الهيكلية، يتم تحديد تركيزات أولية للمستخدمات والصادرات ، ويتم استخدام هذه القيم لتحديد ثابت التوازن. على سبيل المثال ، إذا كان التفاعل الكيميائي هو:

A + B ⇌ C

يمكن كتابة المعادلة الهيكلية التالية:

K = [C] / ([A] * [B])

حيث [C] ، [A] و [B] هي التراكيز المولارية النهائية للصادرات والمستخدمات. وعندما يكون ثابت التوازن K يساوي واحدًا ، فإن ذلك يشير إلى أن التفاعل يحدث بشكل كامل.

بمجرد حساب خلية التوازن من التفاعل الكيميائي ، يمكن حساب ثابت التوازن K بالاعتماد على المعطيات الحرارية ، مثل درجة الحرارة والضغط والتركيبات الكيميائية.

التحليل الإشعاعي في الكيمياء الحرارية هو عملية قياس شعاعية لتحديد كمية المادة الموجودة في عينة معينة. يستخدم التحليل الإشعاعي لتحديد التراكيز النسبية للعناصر الموجودة في المواد الكيميائية ولقياس نسبة المواد المشعة في العينات. يتم ذلك عن طريق تعريض العينة لإشعاعات مشعة باستخدام مصدر مشع مثل الراديون أو الثوريوم. يتفاعل الإشعاع المشع مع العينة ويتم تسجيل الإشعاع الناتج عن هذا التفاعل. بالنظر إلى تداخل الشعاع وقابلية العينة للامتصاص والانبعاث الإشعاعي، يمكن حساب كمية المواد الموجودة في العينة.

تقنية التحاليل الكهربائية هي تقنية تستخدم في علم الكيمياء التحليلية لقياس التراكيز الكمية للمركبات الكيميائية في العينات. تعتمد هذه التقنية على قياس التغيرات الكهربائية التي تحدث في العينة أو في الكاثود أو الأنود أثناء تطبيق تيار كهربائي عليها. يمكن استخدام التحاليل الكهربائية في مجموعة متنوعة من التطبيقات مثل تحليل المعادن والأيونات في المحاليل، وتحليل المركبات العضوية، وكذلك تحليل الأجسام الصلبة والسوائل.

يتم استخدام العديد من أساليب التحليل الكمي في الكيمياء التحليلية، ومن بينها:

1- التحليل الكهربائي: يتم استخدامه لتحليل المركبات الأيونية وقياس تراكيزها عن طريق تحديد التيار الكهربائي الناتج عن تفاعلات تحليل الأيونات.

2- التحليل الطيفي: يستخدم لتحديد التراكيز من خلال قياس الامتصاص الضوئي للعينات عن طريق الأشعة الفوق بنفسجية والمرئية والتحليل الجزيئي.

3- التحليل الكروماتوغرافي: يتم استخدامه لتحديد التراكيز من خلال فصل المركبات في مختلف الطبقات بناءً على الخواص الفيزيائية والكيميائية للمركبات.

4- التحليل النووي: يتم استخدامه لتحديد التراكيز عن طريق تحليل الإشعاعات النووية التي تنبعث من المواد الإشعاعية المتفاعلة.

5- التحليل الحراري: يتم استخدامه لتحديد التراكيز عن طريق قياس الحرارة الناتجة عن تفاعلات التحليل، ومن ثم تحديد التراكيز من خلال قياس الحرارة المنبعثة.

التحليل الدقيق (Quantitative Analysis) هو عملية قياس الكمية المحددة من المادة الموجودة في عينة. ويتم ذلك باستخدام تقنيات وآلات قياس مختلفة، مثل الطيفية والكهربائية والجرمية والميكانيكية والحرارية، وغيرها. ويهدف التحليل الدقيق إلى الكشف عن المركبات والعناصر المختلفة في العينة، وتحديد كمياتها بدقة عالية.

يمكن استخدام التحليل الدقيق في الكيمياء التحليلية في العديد من الإجراءات والتطبيقات، بما في ذلك:

– تحليل المركبات الكيميائية في العينات، مثل المواد الصناعية والملوثات البيئية والأغذية.
– تحديد التراكيز الدقيقة للعناصر الكيميائية في العينات، مثل القياسات الجرمية والكهربائية والطيفية.
– قياس خواص العينات الفيزيائية، مثل الكثافة واللزوجة والانحلالية.
– تحليل العينات البيولوجية، مثل الدم والبول والأنسجة، لتشخيص الأمراض وتحديد العلاج اللازم.

ويتضمن التحليل الدقيق العديد من الخطوات، بما في ذلك إعداد العينة، واستخلاص المركبات الهامة، وتحديد الكميات باستخدام أساليب وأدوات التحليل المناسبة. وتتطلب هذه الخطوات معرفة متقدمة في الكيمياء التحليلية والكيمياء الأحيائية والفيزياء والمعالجة الإحصائية للبيانات، ويتم الحصول عليها من خلال التعليم والتدريب المتخصص.

تتضمن أنواع التحليل الوظيفي في الكيمياء التحليلية ما يلي:

1- التحليل الكمي: وهو يقيس كمية المركب الموجود في عينة معينة.

2- التحليل النوعي: وهو يحدد نوع المركب الموجود في عينة معينة.

3- التحليل النفسي: وهو يستخدم لتحديد التركيب الذري والجزيئي للمركب.

4- التحليل الطيفي: وهو يشمل تحليل الموجات فوق الصوتية والضوئية والإلكترونية للكشف عن خصائص المركبات.

5- التحليل الكروماطوغرافي: وهو يستخدم لفصل المركبات المختلفة في عينة معينة وتحديد التراكيز.

6- التحليل الإختزالي والأكسدة: وهو يستخدم لتحديد القيم الإختزالية والأكسدية للمركبات.