ما هي المحاليل القياسية؟
المحاليل القياسيّة هي المحاليل التي يعرف تركيزها بدقة، وإنّ تحضير المحلول القياسي ليس سهلاً مثل إذابة كتلة دقيقة من المذاب في الماء لإعطاء حجم معروف من المحلول؛ وذلك لأنّ العديد من المواد غير نقيّة، فقد يتفاعل البعض من هذه المواد مع الغازات والمياه من الجو أو يتحلل ببساطة مع مرور الوقت.
من الصعب جداً تحضير محلول هيدروكسيد الصوديوم بتركيز معروف بدقة، حيث يمتص هيدروكسيد الصوديوم الماء من الغلاف الجوي ويتفاعل مع ثاني أكسيد الكربون وفقاً للتفاعل التالي:
CO2 (g) + 2 NaOH (aq) → Na2CO3 (aq) + H2O (l)
إذا تُركت حبيبات NaOH خارج الحاوية الخاصة بها، فإنّها تبدأ بسرعة بامتصاص الماء من الغلاف الجوي كما هو موضح في المعادلة، لذلك فإنّ وزن هذه العينة من NaoH لن يعطينا كتلة دقيقة من NaOH، لأنّ بعض الوزن المسجل بواسطة الميزان الإلكتروني يرجع إلى الماء والشوائب الأخرى.
الخصائص التي يجب أن يمتلكها المحاليل الأساسيّة
1) يُمكن الحصول عليها بسهولة في شكل نقي يجب أن تكون 99٪ نقية.
2) يجب أن يكون لها صيغة معروفة.
3) يجب أن تكون مستقرة للغاية أي يمكن تخزينها دون تحلّل أو تفاعل مع غازات الغلاف الجوي.
4) لديها كتلة مولية عاليّة لتقليل الأخطاء في الوزن.
وعند إعداد المحاليل القياسيّة، يتم استخدام معيار أساسي في المحلول مثل الماء المقطر أو المنقى. ويُعرّف المعيار الأساسي بأنّه نوع كاشف له خصائص محددة، ويساعد في التقييّم الدقيق للتراكيز غير المعروفة في المادة.
شروط يجب أن تتحقق في المواد القياسية الأولية
المحاليل القياسية standard solution هي المحاليل التي يحتوي الحجم المعين منها على وزن معلوم من المادة المذابة، وهي محاليل معلومة التركيز، وتحضر هذه المحاليل من مواد قياسية أولية primary standards ومواد قياسية ثانوية secondary standard، ويشترط بالمواد القياسية الأولية تحقيق ما يلي:
- أن يكون تركيز المادة معلوم ويمكن الحصول عليها بدرجة نقاوة عالية (99.9%).
- أن يكون الوزن الجزئي للمادة عالي التركيز نسبياً.
- أن تكون المادة القياسية الأولية مستقرةٌ بشكلٍ دائمٍ عند درجات الحرارة الاعتيادية.
- يجب أن تكون غير مميعة عند تعرضها للهواء الجوي.
- لا يجب أن تتأكسد المادة القياسية الأولية بالهواء ولا يجب أن تتفاعل مع غاز co2.
- يجب ألا تحتوي المادة القياسية الأولية على مجموع شوائب أكثر من 0.01 إلى 0.02.
- يجب ألا تتأثر بالضوء والظروف الجوية.
المحاليل القياسية
أما المادة القياسية الثانوية فهي لاتحتاج إلى الشروط السابقة بل تحتاج محاليلها إلى المعايرة مع مادةٍ ذات تركيزٍ معلومٍ بدقةٍ. ومن أهم المواصفات التي يجب أن تتمتع بها المحاليل القياسية:
- أن يبقى تركيزها ثابتاً لبضعة أشهرٍ.
- يوصف التفاعل بين المادة المراد تقديرها ومادة المحلول القياسي بأنه تفاعلٌ سريعٌ.
- كما يوصف هذا التفاعل بأنه تامٌّ وغير عكسي.
- ويمكن التعبير عن التفاعلات الحاصلة باستخدام المعادلات الكيميائية المتوازنة.
- يجب أن تمتلك المحاليل صيغةً معروفةً.
- كما يجب أن تملك كتلةً موليةً عاليةً.
ويتم استخدام معيارٍ أساسيٍّ عند إعداد المحاليل القياسية، مثل الماء المقطر، ويعرّف المعيار الأساسي على أنه نوع كاشف يمتلك خصائص محددة، ويساعد في تقييم التراكيز غير المعروفة للمادة بدقةٍ عاليةٍ.
طرق تحضير المحاليل القياسية
يوجد طريقتان لتحضير المحاليل القياسية:
- الطريقة المباشرة (طريقة الوزن): حيث يتم في هذه الطريقة تجفيف المادة الثابتة للتخلص من الرطوبة فيها، أو يتم أخذ الرطوبة بعين الاعتبار أثناء حساب وزن الكمية، وتتم عملية الوزن عن طريق ميزانٍ حساسٍ، لأنها عملية تتطلب دقةً عاليةً، ثم يتم حل الحجم المطلوب من المادة المذابة في دورقٍ معياريٍّ، ومن الأمثلة على المواد التي تحضر بهذا الطريقة: حمض الأكساليك، وكربونات الصوديوم أو البوتاسيوم، ونترات الفضة، وكلوريد الصوديوم أو البوتاسيوم، وغيرها.
- الطريقة غير المباشرة (طريقة التخفيف): ويتم استخدام هذه الطريقة في حال كانت المحاليل القياسية لا تتوفر فيها أحد الشروط السابقة الذكر، ولتحضير المحاليل بهذه الطريقة قم بما يلي:
حضر محلولاً ذو تركيزٍ أعلى من التركيز المطلوب بـ10-20% وذلك باستخدام الطريقة المباشرة.
عاير المحلول الذي حضرته باستخدام محلولٍ قياسيٍّ.
احسب تركيز المحلول الناتج ثم خففه إلى التركيز المطلوب باستخدام مذيبٍ مناسبٍ.
ثم تحقق من التركيز الناتج عن التخفيف.
ولا بد من الإشارة إلى ضرورة الانتباه إلى عدم إضافة الماء إلى الحمض في حال كان المحلول المراد تخفيفه يحتوي على حمضٍ مركزٍ، وذلك لتفادي تطاير الحمض خارج الوعاء، مما يسبب أضراراً كبيرةً، والصحيح هو أن تضيف الحمض إلى الماء.
ومن الأفضل إعداد كل محلول عن طريق نقل كتلة أو حجم معروف من المعيار النقي إلى دورق حجمي وتخفيفه إلى الحجم.
وعند العمل مع نطاقات تركيز أكبر، خاصة تلك التي تمتد لأكثر من ثلاث مرات من حيث الحجم، يتم إعداد المعايير بشكل أفضل عن طريق التخفيف المتسلسل من محلول مخزون واحد؛ في التخفيف المتسلسل يتم إعداد المعيار الأكثر تركيزاً ثم يتم تخفيف جزء منه لإعداد المعيار التالي الأكثر تركيزاً؛ وبعد ذلك يُخفف جزء من المعيار الثاني لإعداد معيار ثالث، وتتم مواصلة هذه العملية حتى نقوم بإعداد جميع المعايير، ويجب تحضير التخفيفات التسلسليّة بحذر إضافي لأنّ تمرير خطأ في إعداد معيار واحد سيؤدي إلى خطأ في جميع المعايير اللاحقة.
عند معايرة الحمض، يكون المعيار الأساسي المناسب هو كربونات الصوديوم اللامائية Na2CO3 (105.99 غ / مول)
ويُستخدم لمعايرة القواعد الأولية الأساسية المناسبة فثالات (phthalate) هيدروجين البوتاسيوم(KHP) KHC8H4O4 (204.23 غ / مول) ، ويويدات هيدروجين البوتاسيوم: KH (IO3) 2 ، (389.92 غ / مول).
بالنسبة لمعايرة الأكسدة ، يستخدم ثنائي كرومات البوتاسيوم: K2Cr2O7 (294.19 غ / مول).