أحدث الموضوعات

نظريات عمل الأدلة المستخدمة فى تفاعلات معايرات التعادل Theories of Indicator Behaviour

.


      
       وضعت ثلاث نظريات لتفسير عمل الأدلة المستخدمة فى تفاعلات معايرات التعادل وهي : 

     1-   النظرية الأيونية Ionic Theory

** بدأت أول محاولات لتفسير عمل الدليل من قبل العالم أوستوالد Ostwald في عام 1819م الذي عرف الدليل بأنه عبارة عن حمض أو قاعدة عضوية ضعيفة يكون لونها في حالتها المتأينة مختلفاً عن لونها فى حالتها غير المتأينة. وقد رمز إلى الدليل الحامضي غير المتأين بالرمز (HIn) والدليل القاعدي غير المتأين بالرمز (InOH) ، ويكون الاتزان الأيوني الممكن حدوثه فى المحاليل المائية لهذه الأدلة كالتالي :

                      
فمثلاً يتأين دليل الفينول فثالين الذي يعتبر حمض عضوي ضعيف على الصورة التالية:


فلو أضيف إلى محلوله حمض فإن التفاعل يسير إلى اليسار نتيجة لزيادة تركيز أيون الهيدروجين أي أن الدليل سيكون في شكله الجزيئي عديم اللون في الوسط الحامضي. أما إذا أضيفت إليه قاعدة فإن التفاعل يسير نحو اليمين وبذلك يكون الدليل في شكله القاعدي المتأين الأحمر اللون.

** وكمثال آخر يعتبر دليل عباد الشمس Litmus حمض عضوي ضعيف ويكون لون صورته الحامضية أحمراً ولون صورته القاعدية أزرقاً ويتأين كالتالي:


ويكون لون محلول الدليل في الماء وسطاً بين اللونين أي بنفسجياً وعند إضافة حمض إلية ينزاح الاتزان إلى اليمين ويظهر الدليل بلونه الحمر ، أما عند إضافة قاعدة إلى محلوله فإن الاتزان ينزاح إلى اليمين ويظهر الدليل بلونه الأزرق.

** ويعتبر عباد الشمس من الأدلة ذات اللون الواحد لأن صورتيه ملونتان أما دليل الفينول فثالين فهو من الأدلة ذات اللونين لأن صورته القاعدية فقط هي الملونة.

** طبقاً للنظرية الأيونية فإن الأدلة القاعدية مثل الميثيل البرتقالي تتأين حسب المعادلة :


وبإضافة حمض إلى المحلول فإن التفاعل يسير نحو اليمين ، ويكون لون الدليل أحمراً فى الوسط الحامضي وأصفراً في الوسط القاعدي.

** ويتضح مما سبق أن النظرية الأيونية للأدلة قد تمكنت من تقديم تفسير لتغير لون الدليل عند إضافة ايون الهيدروجين أو أيون الهيدروكسيل على محلول الدليل.


     2-   النظرية الكروموفورية The Chromophoric Theory

** لا تستطيع النظرية الأيونية أ تفسر سلوك كل الأدلة، فقد وجد أن لون الأدلة يعتمد على تركيب جزيئاتها وأن التغير في لون الدليل يكون نتيجة لتغير في تركيب جزيئاته وإعادة ترتيب الروابط بين الذرات في جزئ الدليل، وطبقاً لهذه النظرية فلابد من وجود مجموعات كروموفورية Chromophoric groups يعزي لها لون الدليل نتيجة إعادة الترتيب في تركيب جزيئاتها، 

** ومن أمثلة المجموعات الكروموفورية مايلي :
* مجموعة النيترو التى يمكن تحويلها تحت ظروف معينة إلى الصورة الآتية :
* مجموعة الأزو ( -N = N- )  التى يمكن تحويلها إلى ( =N – NH- ).
* مجموعة الكوينويد وهي من أهم المجموعات الكروموفورية والتي تنتج من تحول مجموعة بنزينويد كما هو موضح فيما يلي :


* مجموعة الكربونيل ( >C=O ) والتى تتحول تحت ظروف معينة إلى مجموعة أينول enol كما هو موضح :


** وقد تكون المجموعة الكروموفورية عبارة عن عدد من الروابط المضاعفة double bonds  المتناوبة.
ويتأثر لون المركب العضوي الذي يحتوي على المجموعة الكروموفورية بوجود مجموعات أخري تسمى بالمجموعات المزودة للون (auxochromes)  لأن وجودها يزيد من شدة اللون الناتج من المجموعات الكروموفورية ومن الأمثلة عليها مجموعات الهيدروكسيل والأمين والميثوكسي (-OCH3) وثاني ميثيل الأمين.

** وتبعاً للنظرية الكروموفورية فإن التغير في لون الدليل يعزي إلى التغير في الصور الإيزوميرية لجزئ الدليل. أي بتغير ترتيب الروابط وبالتالي المجموعات في جزئ الدليل. فمثلاً يمكن تمثيل التغير الذي يحدث في تركيب جزئ دليل البارانيتروفينول بالكيفية التالية:


ويعزي ظهور اللون الأصفر إلى تغير المجموعة البنزينية عديمة اللون إلى مجموعة الكوينويد ذات اللون الأصفر.


3- النظرية الأيونية الكروموفورية Ionic – Chromophoric Theory

** لقد لوحظ أن تغير لون الدليل يرتبط بتغير تركيب جزيئاته، وان تركيب جزئيات الدليل يتغير بإضافة حمض أو قاعدة إلى محلول الدليل. وقد يبدو لأول وهلة أن النظرية الأيونية والنظرية الكروموفورية تعطي كل منهما تفسيراً مختلفاً لعمل الأدلة ولكنهما فى الحقيقة مكملتان لبعضهما البعض. وبدمج النظرية الأيونية مع النظرية الكروموفورية يمكن تقديم شرح واف لعمل الأدلة.

** وطبقاً لذلك فإنه يوجد اتزان بين جزئيات الدليل المتعادلة وجزئياته بشكلها الحمضي كما يوجد اتزان بين جزئيات الدليل بشكلها الحمضي وأيوناته بشكلها القاعدي كما هو موضح بالنسبة لدليل البارانيتروفينول.


وعند إضافة قاعدة إلى محلول هذا الدليل ينزاح الاتزان إلى اليمين ويظهر الدليل بشكله القاعدي المتأين الأصفر اللون،أما عند إضافة حمض فينزاح الاتزان باتجاه اليسار ويظهر الدليل بشكله الحامضي العديم اللون.
وكمثال آخر يعتبر دليل الفينول فثالين من الأحماض العضوية الضعيفة ويتأين على النحو التالي:


ويظهر من الاتزان السابق أن نواة بنزين واحدة فقط قد تحولت إلى مجموعة كوينويد في جزئ الفينول فثالين . وعند إضافة قاعدة فإن الأتزان ينزاح إلى اليمين ويظهر الدليل باللون الأحمر أما عند إضافة حمض فإن الأتزان ينزاح إلى اليسار ويظهر الدليل عديم اللون.

** أما دليل الميثيل البرتقالي الذي يعتبر قاعدة ضعيفة، فهو جزئ متردد (Amphoteric) لأنه يحتوي على مجموعة السلفونيك ( -SO3H) الحمضية ومجموعة ثنائي الأمين (–N(CH3)2) القاعدية ويتأين جزئ الميثيل البرتقالي مكوناً أيونات مترددة تحمل شحنة موجبة وشحنة سالبة تبعاً لحموضة الوسط. فهو في الوسط القاعدي ذو لون أصفر، وفي الوسط الحامضي ذو لون أحمر، ويتأين هذا الدليل على النحو التالي :


وعند إضافة حمض إلى محلول الدليل ينزاح الأتزان إلى اليمين ويظهر الدليل باللون الأحمر أما عند إضافة قاعدة فينزاح الاتزان إلى اليسار ويظهر الدليل باللون الأصفر.


المراجع : نظريات عمل الأدلة  Theories of Indicator Behaviour- الفصل الثاني (أسس التحليل بالمعايرة) من كتاب التحليل الكيميائي الكمي التقليدي لطلاب الكليات والجامعات من تأليف : أ.د/محمد أحمد آشي ، أ.د/ عبد الغني حمزة ، د/ توفيق عميرة ، د/ عبد العزيز السباعي ، د/ أحمد عشي .

.

ليست هناك تعليقات