تحليل الاحتراق

يستغرق 5 دقيقة

يعتبر تحليل الاحتراق أحد الإجراءات التحليلية الأكثر شيوعًا لتحديد التركيب العنصري لمركّب هيدروكربوني مجهول. في هذا التحليل، يتم وزن عينة صغيرة من المركب المجهول بعناية، والذي من الممكن أن يحتوي على عناصر مثل: الكربون، الهيدروجين، النيتروجين، و/أو الكبريت، ثم حرق هذه العينة في جوّ من الأكسچين. بعض العناصر الأخرى -كالمعادن على سبيل المثال -يمكن تعيينها بطرق أخرى، ويمكن تحديد كميات الغازات الناتجة من عملية الاحتراق (ثاني أكسيد الكربون CO2، بخار الماء H2O، النيتروچين N2، وثاني أكسيد الكبريت SO2) بطرق مختلفة.
في الشكل التالي نوضح خطوات أحد الطرق الشائعة لتحليل الاحتراق:

تحليل الاحتراق
خطوات تحليل الاحتراق

سنقوم بتطبيق الخطوات السابقة عمليًا من خلال المثال التالي:

النفثالين مركب عضوي يحتوي يتكون من عنصري الكربون والهيدروجين فقط. عند حرق عينة منه تزن 20.1 ملليجرام حرقًا كاملًا، تصبح كتل الغازات الناتجة كالتالي:

كتلة غاز ثاني أكسيد الكربون 69 ملليجرام،
كتلة بخار الماء تساوي 11.3 ملليجرام،

والمطلوب تعيين الصيغة المجملة  Empirical formula للنفثالين. (الصيغة المجملة هي تعبير مُبسّط لعدد كل نوع من الذرات الموجودة في المركب، وهي تختلف عن الصيغة الجزيئية Molecular Formula؛ التي تعطينا العدد الدقيق لذرات كل عنصر في الجزيء. على سبيل المثال: الصيغة المجملة للهكسان هي C3H7، بينما الصيغة الجزيئية له هي C6H14).

لنلقي نظرة على أجزاء السؤال:
المعطيات:
1. كتلة العينة
2. كتل الغازات الناتجة من عملية الاحتراق.

المطلوب:
تعيين الصيغة المجملة للنفثالين.

إستراتيجية الحل:
1. استخدام الكتل والكتل المولارية للغازات الناتجة من الاحتراق (CO2, H2O) من أجل حساب كتلتي الكربون والهيدروجين الموجودين في العينة الأصلية.
2. استخدام هذه الكتل والكتل المولارية لعنصري الكربون والهيدروچين لحساب الصيغة المجملة للنفثالين.

الحل:

1. عند الحرق، يتم إنتاج مول واحد من غاز ثاني أكسيد الكربون لكل مول من ذرات الكربون في العينة الأصلية، ونعرف ذلك لأن عدد ذرات الكربون في صيغة CO2 هو ذرة واحدة. بالمثل، يتم إنتاج مول واحد من بخار الماء لكل مولين من ذرات الهيدروچين في العينة الأصلية.

كتل الكربون والهيدروچين في العينة الأصلية يتم حسابها بواسطة كتل كل من غاز ثاني أكسيد الكربون وبخار الماء، وكتلتيهما المولارية. وبما أن وحدة الكتلة المولارية هي جرام لكل مول؛ فيجب تحويل كل الكتل من ملليجرام إلى جرام.

لحساب كتلة الكربون في العينة؛ تتم أولًا القسمة على 1000 للتحويل إلى جرام، ثم القسمة على الكتلة المولارية لثاني أكسيد الكربون، ثم الضرب في نسبة مولات الكربون إلى ثاني أكسيد الكربون والتي تساوي 1:1 كما قلنا سابقًا، وأخيرًا الضرب في كتلة المول من الكربون.

ثم نتبع نفس الخطوات لحساب كتلة الهيدروچين في العينة، مع مراعاة أن نسبة مولات ذرات الهيدروجين تبلغ ضعف نسبة بخار الماء.

2. للحصول على الأرقام النسبية من الذرات لكلا العنصرين، نحتاج إلى حساب عدد المولات لكل عنصر؛ ثم قسمة عدد المولات لكل عنصر على أصغر عدد مولات موجود.

لحساب عدد مولات الكربون:

لحساب عدد مولات الهيدروچين:

بقسمة عدد المولات لكل عنصر على أصغر عدد من المولات لدينا (وهو عدد مولات الهيدروجين):

مما سبق نستنتج أن نسبة عدد مولات الكربون إلى عدد مولات الهيدروچين في النفثالين هي 1.25:1؛ أي أن الصيغة المجملة للنفثالين هي C1.25H1، ولكن بما أن النسبة بين عدد المولات في الصيغة المجملة يجب التعبير عنها بأرقام صحيحة، نقوم بالضرب في 4 للتخلص من الكسور؛ فتصبح الصيغة المجملة C5H4. وفي الواقع، فإن الصيغة الجزيئية للنفثالين هي C10H8، وهي متماشية مع نتائجنا التي حصلنا عليها.

 


المصدر.

تعليقات الفيسبوك

تعليقات

المساهمون في المقال

كتابة: عبد المحسن محمد

مراجعة: متطوعة

تدقيق: أحمد حبيب

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *