הצגת המקור של הדף "גרווימטריה"

ב[[כימיה אנליטית]], '''גרווימטריה''' היא שיטה לאפיון [[אלקטרוליט|תמיסה יונית]], כלומר מציאת סוגי ה[[יון|יונים]] (חלקיקים בעלי [[מטען חשמלי]], חיובי או שלילי) ב[[תמיסה]] ו[[ריכוז (כימיה)|ריכוזם]]. השיטה מתבססת על העיקרון של יצירת [[מלח (כימיה)|מלחים קשי תמס]] (מחוץ לתמיסה) ו[[שקילה|שקילתם]], כלומר [[קשר כימי|לקשור]] את היונים המומסים למלח שאינו מומס, כך שניתן לשקול אותם.
בגלל המגוון הרחב של מלחים קשיי תמס, והעלות הנמוכה של החומרים והמכשור הנחוצים, כמו גם בגלל הדיוק הרב אליו ניתן להגיע על ידי שקילה, שיטה זו נפוצה במעבדות כימיה אנליטית.

==תיאור השיטה==
גרווימטריה משמשת לאפיון תמיסה יונית, כלומר מציאת סוגי היונים בתמיסה וכמותם. חלק מהיונים בטבע הם חסרי [[צבע]] או [[ריח]], ולא ניתן לזהותם ללא שימוש במכשור מיוחד או בחומרים מיוחדים. ראשית יש לשער איזה סוג יון נמצא בתמיסה, ואז יש למצוא יון ב[[מטען חשמלי|מטען]] נגדי. לא כל יון במטען נגדי מתאים, עליו ליצור מלח קשה תמס עם היון החשוד, וכן להופיע לפחות במלח קל תמס אחד.

בתהליך המדידה, מוסיפים את המלח קל התמס עם היון הנגדי לתמיסה. אם נוצר משקע הרי שנוצר מלח קשה תמס, והיון המשוער כנראה נוכח. אם לא נוצר משקע היון המשוער לא נמצא בתמיסה. למציאת ריכוז היונים בתמיסה, שוקלים את כמות המלח קשה התמס אותו יצרנו. בעזרת הנוסחה של התגובה הכימית ונפח התמיסה ניתן לקבל את ריכוז היונים בתמיסה.

===דוגמה===
נאמר כי [[נהר]] מסוים חשוד בזיהום של יוני [[עופרת]] (דבר הקורה לעיתים באזורים הסמוכים ל[[מפעל]]י [[תעשייה]]) ולא צפויה הימצאותם של יונים אחרים. ראשית על החוקר לדגום נפח של מים מהנהר. צריך לאתר מלח קשה תמס במים של עופרת, בדרך כלל במאגרי נתונים (לדוגמה{{הערה|1=CRC Handbook of Chemistry and Physics}}). אחד המלחים האלו הוא למשל עופרת דו-כלורית (<chem>PbCl2</chem>). היון הנגדי הוא אם כן יון [[כלור]]. כעת על החוקר לאתר מלח של כלור שהוא קל תמס במים, במקרה זה מדובר במקרה הנפוץ של [[מלח בישול]] (<chem>NaCl</chem>), שאותו מוסיף החוקר לדגימת מי הנהר. המלח יומס במים בתגובה הבאה:

<chem>NaCl(s) ->Na+(aq) +Cl- (aq)</chem>
* אם ישנם יוני עופרת בתמיסה תתרחש התגובה הבאה:
<chem>Pb2+(aq) +2Cl- (aq)->PbCl2(s)</chem>
* אם אין יוני עופרת לא תתרחש התגובה.
לכן, אם נוצר משקע בדגימה ישנם יוני עופרת, ואחרת אין כאלו.

====מציאת ריכוז היונים====
נניח כי [[נפח]] הדגימה של מי הנהר הוא 0.01 [[ליטר]].
יש להוסיף לדגימה כמות מספקת של מלח קל תמס כדי לשקע את כל יוני העופרת ולהשאיר עודף מלח נגדי מומס, לכן החוקר מוסיף את המלח קל התמס עד אשר לא נוצר יותר משקע.
לאחר מכן יש לסנן את התמיסה (למשל בעזרת [[נייר סינון]] או [[מסנן זכוכית|סינטרגלאס]]), לייבש את המלח ולשקול את המלח היבש.
הריכוז של יון העופרת בתמיסה נתון על ידי הנוסחה:

<math>c=\frac{\frac{M\xi}{M_w}}{V}</math>

כאשר: <chem>c</chem> - ריכוז היון. <chem>M</chem> - מסת המלח קשה התמס. <chem>Mw</chem> - המסה המולרית של המלח קשה התמס. <math>\xi
</math> - כמות מולי היון המתפרקת ממול אחד של מלח, שהיא גם מקדם היון בנוסחא האמפירית של המלח. <chem>V</chem> - נפח הדגימה.

אם נשקלו 0.2781 גרם, יש אלפית [[מול]] של המלח, ולכן אלפית מול של יוני עופרת. בהכפלה בנפח הדגימה, מדובר בעשירית [[ריכוז מולרי|מולר]] ריכוז יוני עופרת במי הנהר.

==מנגנון תרמודינמי==
יצירת גבישים גדולים, מבחינת [[מסה]] ו[[נפח]], חשובה, הן כדי להקל על הסינון, והן כדי לאפשר שימוש במלח. כדי ליצור גבישים גדולים יש לנתח את שלבי יצירת הגביש. כבכל תגובת [[גביש|גיבוש]] גם כאן ישנם שלשה שלבים עיקריים:
*'''שלב האינדוקציה''' הוא הזמן העובר עד יצירת גרעיני גיבוש.
*'''שלב הנוקלאציה''' הוא השלב בו נוצרים גרעיני הגיבוש.
*'''שלב גידול הגבישים''' הוא השלב בו גרעיני הגיבוש הקיימים גדלים.

===שלב האינדוקציה===
הגורמים הממשטרים את הגיבוש הם העדיפות [[אנתלפיה|האנתלפית]] של יצירת גבישים, (שכן יצירת קשרי כימיים כרוכה בשחרור אנרגיה), ו[[אנרגיית שפעול|מחסום האנרגיה]] של הגדלת הגביש כנגד [[אנרגיית פני שטח|אנרגיית פני השטח]] של הגביש. התוצאה היא [[הסתברות]] גבוהה ליצירת הרבה גבישים קטנים.

המעבר לשלב הנוקלאציה מתרחש כאשר גביש מסוים, למרות ההסתברות הנמוכה, גדל מעל [[רדיוס קריטי|הרדיוס הקריטי]], שהוא הרדיוס ממנו והלאה גידול הגביש הופך [[אקסותרמי]].

===שלב הנוקלאציה===
הוא השלב בו הגבישים גדלים לכדי הרדיוס הקריטי. דבר זה יכול לקרות הסתברותית, או על ידי נוכחות של זיהום, שסביבו קל יותר לגביש להתגבש. כדי לעודד נוקליאציה מערבבים את התמיסה, ובכך להגדיל את מספר ה[[קינטיקה כימית|התנגשויות הפוריות]].

===שלב גידול הגבישים===
כדי לעודד את גידול הגבישים מניחים אותם בתמיסה חמה למשך זמן רב (מספר שעות), וזאת משום שאטומים ניתקים ומתחברים מהגבישים כל העת, וישנה הסתברות גבוהה יותר להתנגשות עם גביש גדול.

===שיטות להעצמת גודל הגבישים===
====ערבוב התמיסה====
בערבוב התמיסה מושגות כמה מטרות, ראשית, הדרך שעוברת טיפת מלח קל תמס ארוכה יותר, ולכן מתנגשת ביותר יונים, ולכן משקעת יותר מלח קשה תמס. שנית, נוצרות יותר התנגשויות ולכן הגבישים גדלים, והסיכוי ליצירת גרעיני גיבוש גדל.

====טפטוף איטי של מלח קל התמס====
בהאטת הטפטוף של מלח קל התמס, גדל זמן המגע בין המלחי קלי לקשי התמס, וגדלה ההסתברות ליצירת גרעיני גיבוש.

====הבשלת המשקע====
בתהליך זה משאירים את התמיסה מחוממת למשך זמן רב (מספר שעות). בתהליך יונים יוצאים ונכנסים לגביש, וישנה הסתברות גבוהה יותר לקבלת יון בגביש גדול מאשר בגביש קטן: משום ששטחו רב יותר, ההתנגשות בו מסתברת יותר. כך יון שיוצא מגביש קטן סביר יותר שיחזור לגביש גדול.

====התאמת ריכוז המגיבים====
נמצא שהגודל הסופי של הגבישים פרופורציונלי הפוך לרמת הסופרסטורציה היחסית של התמיסה:
:<math>\frac{Q-S}{S}</math>
כאשר <math>\ Q</math>הוא ריכוז המגיבים ברגע הערבוב (הריכוז אילו לא היה נוצר משקע) ו-<math>\ S</math>ריכוז שיווי המשקל. בלשון פשוטה יותר, הוספת יתר של המלח קל התמס תגרור יצירת מרכזי גיבוש חדשים, במקום גידול הגבישים הקיימים.

====בחירת המלחים והטמפרטורה====
ככל שקבוע המסיסות של המלח קטן יותר, הגיבוש קל יותר. ככל שהטמפרטורה גבוהה יותר, פחות גיבוש מתרחש.

==מידת הניקיון של הגבישים==
יצירת גבישים נקיים (כלומר ללא [[אטום|אטומים]] שאינם היון המנוטר או היון הנגדי) חשובה הן לדיוק המדידה, והן לשימוש במלח אחר-כך. ישנם שני סוגים של תהליכים המזהמים את הגביש:
*תהליכים היוצרים תערובת - [[ספיחה]], ספיגה, כליאה, תהליכים בהם אטום לא ילידי מוקף בגביש מסביבו.
*תהליכים היוצרים [[תרכובת]] - תהליכים בהם אטום לא ילידי יוצר קשר כימי עם אחד היונים בגביש.

===שיטות להפחתת אי הניקיונות===
====שטיפה====
התזת [[נוזל]] על המלח לפי ייבושו. תפקיד השטיפה הוא לנקות את הגבישים מזיהומים שנספחו על פניהם, וממלחים נוספים העשויים להמצא בתמיסה. עם זאת, שטיפה עלולה לגרום לשני גבישים הקשורים בצורה חלשה זה לזה להתפרק.

==== הבשלת המשקע====
בתהליך זה משאירים את התמיסה מחוממת למשך זמן רב (מספר שעות). במהלך הזמן יונים יוצאים ונכנסים לגביש, וישנה הסתברות גבוהה יותר לקבלת יון אנאליט או יון נגדי, מאשר לקליטה של יון מזהם.

== יתרונות וחסרנות השיטה==
ניתן למנות כמה יתרונות לשיטה זו:
ראשית היא בת יישום למגוון רחב של יונים כמוסבר למעלה. שנית, יחסית לשיטות ניטור וכימות אחרות, ([[בליעה אטומית]] למשל), המכשור בו השיטה משתמשת הוא זול ופשוט. שלישית, מסה (בניגוד למשל לנפח) היא גודל קל לכימות בדרגת דיוק גבוהה בעלויות נמוכות, ומכאן דיוק רב שהשיטה עשויה להציע. רביעית, בגלל פשטותה היא לא דורשת הכשרה מוקדמת, או מיומנות מיוחדת (בניגוד למשל לשיטת אלקטרוכימיות הדורשות ידע מוקדם בנושא).

עם זאת לשיטה ישנם גם כמה חסרונות: סף הדקטציה של השיטה תלוי במאזניים. לשון אחרת, דרוש לפחות 1 מ"ג במאזניים מתקדמים, או 10 מ"ג במאזניים אופייניים, של מלח קשה תמס כדי לאתר את היונים בתמיסה ולכמת אותם. לשיטה גם מגבלות טכניות, שכן, על פי טיב המסנן נבררים גודלי הגבישים שהשיטה מסננת. כלומר ישנם גבישים בגודל מסוים שלא יסתננו, ובכך ייפגע דיוק הניסוי.

תופעה נוספת הקשורה לעניין זה היא סתימת מסננים, מכיוון שנכון להיום לא ידועה דרך לשליטה בגודל של כל גביש וגביש אלא רק הכוונת התפלגותם, בהכרח נוצרים גם גבישים קטנים מגודל החורים במסנן, אלו נתקעים בחורים וסותמים אותו. בכפוף לאופן ביצוע הניסוי, בחלק מהמקרים לא ניתן להשתמש בתמיסה המסוננת, למשל במקרה של שימוש ב[[מסנן זכוכית]] ("סינטרגלאס").

==ראו גם==
* [[מסנן זכוכית]]
* [[אנליזה תרמוגרווימטרית]]

==קישורים חיצוניים==
* {{בריטניקה}}

==הערות שוליים==
{{הערות שוליים|יישור=שמאל}}

{{בקרת זהויות}}

[[קטגוריה:כימיה אנליטית]]