الهدف
بنهاية هذا الدرس، سيكون الطالب قادراً على كتابة اختبارات الكشف المميزة عن أنيونات الكربونات والكبريتات والكلوريد والنيترات، مع معادلاتها.
شرح الدرس
الكشف عن أيون الكربونات CO₃²⁻: يُضاف حمض مخفف؛ يحدث فوران (تصاعد غاز)، والغاز الناتج (CO₂) يُعكّر ماء الجير الرائق: CaCO₃ + 2HCl → CaCl₂ + H₂O + CO₂، ثم CO₂ + Ca(OH)₂ → CaCO₃ + H₂O (التعكّر).
الكشف عن أيون الكبريتات SO₄²⁻: يُضاف محلول كلوريد الباريوم (بعد التحميض بحمض HCl مخفف)؛ يتكوّن راسب أبيض من كبريتات الباريوم، غير ذائب في الحمض: SO₄²⁻ + BaCl₂ → BaSO₄↓ + 2Cl⁻.
الكشف عن أيون الكلوريد Cl⁻: يُضاف محلول نترات الفضة (بعد التحميض بحمض HNO₃ مخفف)؛ يتكوّن راسب أبيض من كلوريد الفضة، يذوب في محلول الأمونيا المخفف: Cl⁻ + AgNO₃ → AgCl↓ + NO₃⁻.
الكشف عن أيون النيترات NO₃⁻: اختبار الحلقة البنية – يُضاف محلول كبريتات الحديدوز، ثم يُسكب حمض الكبريتيك المركز بحذر شديد أسفل أنبوب الاختبار؛ تظهر حلقة بنية عند السطح البيني بين السائلين.
أسئلة تدريبية
1. عيّنة مجهولة أُضيف إليها حمض هيدروكلوريك مخفف، فلوحظ فوران شديد، والغاز الناتج عكّر ماء الجير الرائق. ما الأيون الأكثر ترجيحاً في هذه العيّنة؟
عرض الإجابة
أيون الكربونات CO₃²⁻؛ لأن هذا هو الاختبار المميز له (فوران مع الحمض، والغاز الناتج CO₂ يُعكّر ماء الجير).
2. اكتب معادلة تفاعل كربونات الكالسيوم مع حمض الهيدروكلوريك المخفف.
عرض الإجابة
CaCO₃ + 2HCl → CaCl₂ + H₂O + CO₂
3. عيّنة أُضيف إليها محلول كلوريد الباريوم (بعد تحميضها)، فتكوّن راسب أبيض لم يذب عند إضافة المزيد من الحمض. ما الأيون الأكثر ترجيحاً؟
عرض الإجابة
أيون الكبريتات SO₄²⁻؛ لأن راسب كبريتات الباريوم الأبيض غير الذائب في الحمض هو الاختبار المميز لهذا الأيون.
4. لماذا يُشترط تحميض العيّنة بحمض HCl مخفف قبل إضافة محلول كلوريد الباريوم في اختبار الكشف عن الكبريتات؟
عرض الإجابة
لمنع تداخل أيونات أخرى قد تكوّن رواسب بيضاء مع الباريوم في وسط قاعدي أو متعادل (كالكربونات مثلاً)، والتي قد تُخطئ تفسير النتيجة؛ فالتحميض يزيل هذا التداخل المحتمل، بينما راسب كبريتات الباريوم يبقى غير ذائب حتى في الوسط الحمضي، مما يجعله اختباراً موثوقاً.
5. عيّنة أُضيف إليها محلول نترات الفضة (بعد تحميضها بحمض النيتريك)، فتكوّن راسب أبيض ذاب بالكامل عند إضافة محلول الأمونيا المخفف. ما الأيون الأكثر ترجيحاً؟
عرض الإجابة
أيون الكلوريد Cl⁻؛ لأن راسب كلوريد الفضة الأبيض الذائب في الأمونيا هو الاختبار المميز لهذا الأيون.
6. اكتب معادلة تفاعل أيون الكلوريد مع محلول نترات الفضة، مبيناً الراسب الناتج.
عرض الإجابة
Cl⁻ + AgNO₃ → AgCl↓ + NO₃⁻ (راسب أبيض من كلوريد الفضة AgCl).
7. اكتب معادلة تفاعل أيون الكبريتات مع محلول كلوريد الباريوم، مبيناً الراسب الناتج.
عرض الإجابة
SO₄²⁻ + BaCl₂ → BaSO₄↓ + 2Cl⁻ (راسب أبيض من كبريتات الباريوم BaSO₄).
8. صف بإيجاز خطوات اختبار الحلقة البنية للكشف عن أيون النيترات NO₃⁻.
عرض الإجابة
يُضاف محلول كبريتات الحديدوز إلى العيّنة، ثم يُسكب حمض الكبريتيك المركز بحذر شديد أسفل أنبوب الاختبار (بحيث ينساب لأسفل دون اختلاط مباشر)؛ يظهر تكوّن حلقة بنية عند السطح البيني بين طبقتي السائلين إذا كان أيون النيترات موجوداً.
9. عيّنتان مختلفتان أُضيف إلى كل منهما حمض مخفف. الأولى أظهرت فوراناً واضحاً، والثانية لم تُظهر أي تغيير ملحوظ. أي الأيونات (من بين الأنيونات المدروسة) يُتوقع وجودها في العيّنة الأولى تحديداً، بناءً على هذا الاختبار وحده؟
عرض الإجابة
أيون الكربونات CO₃²⁻؛ فهو الأنيون الوحيد من بين الأربعة المدروسة الذي يُعطي فوراناً مباشراً (تصاعد غاز CO₂) عند إضافة حمض مخفف مباشرة.
10. لماذا لا يمكن استخدام اختبار الفوران مع الحمض المخفف وحده للتمييز القاطع بين وجود أيون الكربونات ووجود أنيونات أخرى قد تتفاعل بطريقة مشابهة نسبياً؟
عرض الإجابة
لأن الاعتماد على ملاحظة الفوران وحدها قد لا يكون كافياً للتأكد القاطع، خاصة إذا كانت هناك أنيونات أخرى نادرة قد تُنتج غازات أيضاً في ظروف معينة؛ لذا يُستكمل الاختبار دائماً بالتأكد من أن الغاز الناتج تحديداً يُعكّر ماء الجير الرائق (وهو اختبار نوعي مميز فعلياً لغاز CO₂ تحديداً)، لا مجرد ملاحظة الفوران وحده.
11. عيّنة أُجري عليها اختباران: الأول (مع كلوريد الباريوم بعد التحميض) لم يُعط أي راسب، والثاني (مع نترات الفضة بعد التحميض) أعطى راسباً أبيض ذاب في الأمونيا. ما الاستنتاج المنطقي حول محتوى العيّنة من الأنيونات المدروسة؟
عرض الإجابة
العيّنة على الأرجح لا تحتوي على أيون الكبريتات (لعدم تكوّن راسب مع كلوريد الباريوم)، لكنها تحتوي على أيون الكلوريد (لتكوّن راسب أبيض ذاب في الأمونيا مع نترات الفضة، وهو الاختبار المميز لأيون الكلوريد).
12. لماذا يُعد اختبار الحلقة البنية للكشف عن النيترات أكثر تعقيداً إجرائياً (يتطلب حذراً في سكب الحمض المركز) مقارنة باختبارات الأنيونات الأخرى الأبسط؟
عرض الإجابة
لأن هذا الاختبار يعتمد على تكوّن طبقتين منفصلتين غير ممتزجتين (بسبب فرق الكثافة بين حمض الكبريتيك المركز والمحلول المائي)، وظهور الحلقة البنية المميزة تحديداً عند السطح البيني الدقيق الفاصل بينهما؛ فالخلط العنيف أو السكب غير الحذر قد يُفسد هذا التمايز الطبقي الدقيق اللازم لظهور النتيجة بوضوح.