ما هي المعايرة ؟

تأتي كلمة المعايرة " titulus" من الفرنسية بما يعنيه النقش أو العنوان، كلمة " title" بالفرنسية تعني الرتبة.

تتم المعايرة بتحديد تركيز أو رتبة المحلول مقارنة بالرقم الهيدروجيني للماء والذي يساوي 7. يتم إضافة ما يسمى بالمحلول القياسي من وعاء متدرج (كأس أو دورق) عبر إحدى معدات المعايرة منها السحاحة والماصة المدرجة ومستشعرات المعايرة.

والجدير بالذكر أن المعايرة لا تتم على جميع التفاعلات الكيميائية. على التفاعل الكيميائي الذي يخضع للمعايرة أن يستوفي الشروط الآتية:

-يجب أن يكون رد الفعل للتفاعل سريعًا.
-يجب أن يُستكمل التفاعل بطريقة القياس المتكافئ.
-يجب أن يكون التغيير في الطاقة الحرة (ΔG) أثناء التفاعل كبيرًا بما يكفي لحدوثه تلقائيًّا.
-يجب أن تكون هناك طريقة لاكتشاف اكتمال حدوث التفاعل.


نقطة النهاية والنقطة المكافئة:

- حتى يكتمل أي تفاعل كيميائي يجب وصول التفاعل لنقطة النهاية، يتم الكشف عنها بظهور التغير المادي الناتج عن المحلول منفردًا أو بواسطة إضافة كاشف معين يُعرف بالمؤشر.

المؤشر: كاشف كيميائي يستخدم للتعرف على بلوغ نقطة النهاية في المعايرة.

- بعد اكتمال التفاعل بين المادة والحل القياسي، يجب أن يعطي المؤشر تغييرًا واضحًا في اللون من خلال وصول المؤشر لنقطة التكافؤ بحيث تكون كمية المؤشر المضافة تساوي تمامًا وتكافئ كمية المادة المتفاعلة في المحلول المُعاير.

يجب الانتباه لعدم ضرورة تكافؤ نقطتي النهاية والتكافؤ، حيث يمكن الكشف عن نقطة النهاية عند إضافة فائض من المُعاير، وهنا يظهر الخطأ التجريبي.

أنواع المعايرة:

هناك العديد من أنواع المعايرة، وتعتمد على الأهداف والإجراءات. وأكثر أنواع المعايرة التحليلة الكيميائية الكمية شيوعًا هي معايرات القاعدة الحمضية، والأكسدة والاختزال.

يمكن تصنيف المعايرة على النحو الآتي:

1- معايرة القاعدة الحمضية أو حمض القاعدة:

هي طريقة تحليل كمي لتحديد تركيز الحمض أو القواعد عن طريق تحييدها بدقة بمحلول قياسي من حمض أو قاعدة ذات تركيز معروف.

تتم متابعة المحلول بمساعدة مؤشر الأس الهيدروجيني لمعرفة تطور تفاعل الحمض القاعدي. 

يتم تحديد قوة الحمض من خلال استخدام محلول معياري قاعدي، وهو ما يسمى بعملية قياس الحموضة.

يمكن العثور على قوة القاعدة باستخدام محلول معياري حمضي وهو ما يسمى بالقياس القلوي.

تتضمن عمليتي المعايرة السابقتين تفاعل عملية التحييد بالمحلول القياسي الحمضي أو القاعدي بتركيز معروف، كما يتم مراقبة المحلول بمؤشر الأس الهيدروجيني لمعرفة تطور التفاعل.

2- معايرة الأكسدة والاختزال:

تُعرف معايرة الأكسدة والاختزال أيضًا باسم تفاعل الأكسدة والاختزال.

في هذا النوع من المعايرة، يحدث التفاعل الكيميائي بنقل وتحرك الإلكترونات في أيونات تفاعل المحاليل المائية.

 تتم تسمية المعايرة على اسم الكاشف المستخدم كما يلي:

- معايرة البرمنجنات:

في هذه المعايرة يتم استخدام برمنجنات البوتاسيوم كعامل مؤكسد، ويتم الحفاظ عليها باستخدام حمض الكبريتيك المخفف. من خلال المعادلة الآتية:

2KMnO4 + 3H2SO4 → K2SO4 + 2MnSO4 + 3H2 + 5O

أو MnO4– + 8H + 5e → Mn2 + 4H2O

يظل المحلول عديم اللون قبل الوصول لنقطة النهاية.

استخدام برمنجنات البوتاسيوم يكون لتقدير تراكيز أو كميات حمض الأكساليك والأملاح الحديدية وبيروكسيد الهيدروجين والأكسالات وغيرها.

بينما يتم دائمًا معايرة standardized محلول برمنجنات البوتاسيوم قبل استخدامه.

- معايرة ثنائي كرومات:

يستخدم فيها ثنائي كرومات البوتاسيوم كعامل مؤكسد في الوسط الحمضي. يتم الحفاظ على الوسط الحمضي باستخدام حمض الكبريتيك المخفف.

المعادلة المحتملة هي:

K2Cr2O7 + 4H2SO4 → K2Cr2 (SO4) + 4H2O + 3 [O]

أو Cr2O27- + 14H + 6e → 2 Cr3 + + 7H2O

يفضل استخدام محلول ثنائي كرومات البوتاسيوم في المعايرة بصورة مباشرة، كما يستخدم بصورة أساسية لتقدير الأملاح الحديدية واليود.

- معايرة اليود وقياس اليود:

يحدث اختزال اليود الحر إلى أيونات اليوديد وأكسدة أيونات اليوديد لتحريرها في هذه المعايرة:

l2 + 2e → 2l– …. (تخفيض)

2l– + 2e → 2e …. (أكسدة)

يستخدم محلول اليود كمؤشر.

أما اليود الحرف يستخدم في معايرة اليود، بينما في معايرة اليود، يتم استخدامه كعامل أكسدة للتفاعل لتحرير اليود الحر.

- معايرة هطول الأمطار:

تعتمد المعايرة على تكوين راسب غير القابل للذوبان عند ملامسة المادتين المتفاعلتين.

مثلا، عند استخدام محلول نترات الفضة في محلول ثيوسيانات الأمونيوم أو كلوريد الصوديوم، فإنه يتفاعل ويشكل راسبًا أبيض من ثيوسيانات الفضة أو كلوريد الفضة.

AgNO3 + NaCl → AgCl + NaNO3

AgNO3 + NH4CNS → AgCNS + NH4NO3

- معايرة المقاييس المعقدة:

المعايرة بالقياس المعقد هي المكان الذي يتشكل فيه معقد غير مرتبط عند نقطة التكافؤ. إنه أكبر من معايرات الهواطل، بحيث لا يحدث خطأ بسبب الترسيب المشترك.

مثال:

Hg2 + 2SCN– → Hg (SCN) 2

Ag + + 2CN– → [Ag (CN) 2]

حمض إيثيلين أمينيتترا أسيتيك أو الـ (EDTA) هو كاشف مهم يشكل معقدات مع المعادن المختلفة.

- التحليل الحجمي:

يتضمن تقدير مادة في المحلول عن طريق المعادلة أو الترسيب أو الأكسدة أو الاختزال بواسطة محلول آخر ذي قوة معروفة بدقة. يُعرف هذا الحل بالحل القياسي.

يعتمد التحليل الحجمي على قياسات أحجام محاليل المواد المتفاعلة.

يُسمح بالحجم المقاس لمحلول المادة (A) بالتفاعل تمامًا مع محلول القوة المحددة لمادة أخرى (B، ويلاحظ حجم B. وهكذا نعرف حجم المحللين A و B المستخدمَين في التفاعل وقوة المحلول B؛ لذلك يتم الحصول على قوة الحل الآخر A.

شروط التحليل الحجمي:

أ) يجب التعبير عن التفاعل بين المعاير والمعايرة.
ب) يجب أن يكون التفاعل فوريًا بطريقة عملية.
ج) يجب أن يكون هناك تغيير ملحوظ في بعض الخصائص الفيزيائية أو الكيميائية للمحلول عند نقطة النهاية.
د) يجب أن يتوفر مؤشر يجب أن يحدد بدقة نقطة النهاية.

المعايرة الحجمية ليست طريقة مطلقة لأن النتيجة تتأثر بمعدات المعايرة ودرجة الحرارة وظروف المختبر الأخرى. يوصى بتحديد عيار الحلول الحجمية للحصول على نتائج موثوقة وشفافة.

تؤثر النقاط التالية على نتائج المعايرة بالتحليل الحجمي:

- مقياس الجهد:

أداة تقيس جهد القطب الكهربائي للمحلول. تستخدم هذه للمعايرة على أساس تفاعل الأكسدة والاختزال؛ ستتغير إمكانات القطب العامل فجأة عند الوصول إلى نقطة النهاية.

- مقياس الأس الهيدروجيني:

مقياس جهد يستخدم قطبًا كهربائيًا تعتمد إمكاناته على كمية H + أيون الموجودة في المحلول. (إنه مثال على قطب كهربائي انتقائي للأيونات)

وهذا يسمح بقياس الأس الهيدروجيني للمحلول خلال المعايرة بالتحليل الحجمي.

عند نقطة النهاية، سيكون هناك تغيير مفاجئ في درجة الحموضة المقاسة. هذه الطريقة أكثر دقة من طريقة المؤشر وتتميز بسهولة التشغيل الآلي.

- موصلية المحلول:

تعتمد الموصلية على الأيونات الموجودة فيه، والتي تتغير بشكل كبير خلال المعايرة.

فأثناء معايرة القاعدة الحمضية كمثال، تتفاعل أيونات H + و OH لتشكيل H2O محايد، وهذا يغير موصلية المحلول.

يعتمد التوصيل الكلي للمحلول أيضًا على الأيونات الأخرى الموجودة في المحلول، مثل الأيونات المضادة.

يعتمد هذا أيضًا على حركة كل أيون وعلى التركيز الكلي للأيونات الذي يمثل القوة الأيونية.

- تغيير اللون:

في بعض التفاعلات يتغير لون المحلول بدون أي مؤشر مضاف. غالبًا ما يظهر تغير اللون في معايرات الأكسدة والاختزال.

مثلا، عندما تنتج الألوان المختلفة من حالات الأكسدة المختلفة للمنتج والمتفاعل.

- تساقط أو ترسيب:

في هذا النوع من المعايرة بالتحليل الحجمي، يتم تحديد قوة المحلول من خلال ترسيبه الكامل بمحلول قياسي لمادة أخرى. 

هي عملية تستخدم في الكيمياء التحليلية وخاصة التحليل الكمي الذي يستخدم في تحديد او تقدير  نسبة كل مكون من مكونات المادة حيث بالمعايرة تتعين تركيز حمض (أو قاعدة) بمعلومية الحجم اللازم منه للتعادل مع قاعدة (أو حمض) ملوم الحجم والتركيز وذلك عن طريق التحليل الكمي الحجمي.