Transcript Document
آزمایشگاه شیمی عمومی
(درس آزمایشگاه شيمی عمومی 1 -واحد -رشته مهندس ی
شیمی)
تهیه کننده و مدرس :فرزانه نوری فرد
دانشگاه آزاد رباط کریم
آذر ماه 1391
2
فهرست مطالب
بخش اول :مفاهیم اساس ی و پیش نیاز
مقررات آزمایشگاه
ایمنی در آزمایشگاه و مقابله با حوادث احتمالی
آشنایی با عالم هشدار دهنده در آزمایشگاه
بخش دوم :تجهیزات آزمایشگاهی
آشنایی با وسایل و تجهیزات در آزمایشگاه شیمی
3
بخش سوم :آزمایش ها
آشنایی با مفاهیم غلظت و روش های محلول سازی
آشنایی با روش های تیتراسیون
مفهوم سختی آب و روش تعیین و محاسبه آن
آشنایی با وزن اتمی و روش های اندازه گیری وزن اتمی عناصر
آشنایی با سینتیک شیمیایی و بررس ی اثر عوامل مختلف بر روی آنها
4
بخش اول :
مفاهیم اساس ی و پیش نیاز
مقررات آزمایشگاه
ایمنی در آزمایشگاه و مقابله با حوادث احتمالی
آشنایی با عالم هشدار دهنده در آزمایشگاه
5
مقررات آزمایشگاه
oسرساعت مقرر باید به آزمایشگاه وارد شوید زیرا برای هر جلسه
آزمایش ،وقت الزم در نظر گرفته شده است.
oپوشیدن روپوش سفید و رعایت نکات ایمنی الزامی است.
oدر ابتدای شروع هر آزمایش یک امتحان کتبی از آزمایش های آن
جلسه و تئوری و روش کار به عمل می آید .لذا قبل از ورود به
آزمایشگاه باید روش کار و نکات مهم آزمایش ی که باید انجام شود
مطالعه شود.
6
oرعایت نظافت در آزمایشگاه در حین کار الزامی است و در موقع
ترک آزمایشگاه باید میز خود را کامل تمیز کرده و وسایل و شیشه
های محتوی مواد سرجای خود قرار داده شوند.
oاز مواد شیمیایی به اندازه مورد احتیاج بردارید و هیچگاه
باقیمانده مواد شیمیایی استفاده شده را به ظرف اصلی
بازنگردانید
oدر تمام مدت آزمایش از کشیدن سیگار و حرف زدن با همکاران و
هر نوع شوخی جدا خودداری شود .
7
oگوش دادن به راديو و دستگاه هاي صوتي در محيط آزمايشگاه غیر مجاز است ،زيرا گوش
دادن به آن ها موجب غفلت فرد آزمايش کننده از اطراف خود مي گردد و او را از شنيدن
توضيحات مسؤول آزمايشگاه باز مي دارد.
oدر صورت امکان از به دست کردن ساعت ،جواهرات و انگشتر در محيط آزمايشگاه
خودداري شود ،زيرا ممکن است با جذب بخارات شيميايي ،موجب بروز خارش و التهاب
پوست زير خود گردند.
oنمره آزمایشگاه مجموعه ای با درصدهای مختلف از نمره کتبی هر جلسه ،نمره امتحان
کتبی آخر ترم ،گزارش نتایج نمونه مجهول ،طرز کارکردن ،چگونگی رفتار در آزمایشگاه و
باالخره نظم و رعایت نکات ایمنی است .
8
ایمنی در آزمایشگاه و مقابله با حوادث احتمالی
هر ماده شیمیایی باید سمی تلقی شود ،مگر اینکه کامال معلوم شود که
سمی نیست .
از تماس مستقیم با پوست و از تنفس بخار مواد شیمیایی و چشیدن آنها
خودداری کنید .
آزمایش هایی که تولید مواد و گازهای سمی می کند ،باید در زیر هود انجام
شود .این عمل باعث جلوگیری از پخش گازسمی در آزمایشگاه می شود .
از روشن کردن چراغ بونزن یا الکلی در مجاورت مواد نفتی ،بنزن ،حالل
های آزمایشگاهی و سایر مواد آتشگیر دوری کنید .
9
از آن چه دیگران در اطراف شما انجام می دهند ،با اطالع و هوشیار باشید زیرا
ممکن است موجب صدمه رسیدن به شما گردند.
پس از برداشتن ماده از ظرف مادر ،در ظرف را بالفاصله ببندید.
هرگز برای نگاه کردن به مواد درون ظرفی در باز همانند بشر ،لوله های آزمایش
و ...صورت خود را باالی ظرف نبرید .ممکن است عاملی موجب واکنش مواد
درون ظرف و در نتیجه بیرون پاشیدن مواد شود و آن گاه صورت و چشمان
شما آسیب خواهند دید.
هنگام حرارت دادن لوله ی آزمایش ،سر لوله را به سمت کس ی نگیرید ( تا در
صورت بیرون ریختن مواد به دیگران آسیبی نرسد).
10
در مورد تماس با مواد شیمیایی به سرعت موضع تماس را با آب یا ماده
شستشو دهنده مناسب بشویید.
سوختگی ها را هرگز با آب نشویید .بلکه از پمادهای سوختگی موجود در
جعبه کمک های اولیه استفاده کنید.
در هنگام بروز حوادث ،کامال بر خود مسلط باشید و با کمال خونسردی و
مراقبت در پی رفع حوادث برآیید.
کلیه حوادثی را که اتفاق می افتد ،حتی اگر جزئی هم باشد ،به مسئول
آزمایشگاه گزارش دهید.
11
نکات مهم جهت کار در آزمایشگاه
در صورت ريخته شدن مواد شيميايي خالص به سرعت مسئول آزمايشگاه را با خبر
کنيد .توجه کنيد موادي که با آن ها کار مي کنيد بي خطر نيستند و ممکن است
موجب مسموميت ،سوختگي و يا حتي مرگ شوند.
جيوه ،سرب و برخي عناصر سنگین براي سالمتي خطرهاي جدي ايجاد مي کنند .از
طرفي بدن انسان نمي تواند از عهده ي دفع اين مواد برآيد .تمام فلزهاي سنگيني که
تا به حال به بدن شما راه يافته اند هنوز با شما هستند.
فلزهاي سنگین براي مدتي بسيار طوالني در بدن مي مانند و ممکن است موجب
عوارض ي چون بيماري هاي ذهني ،لرزش اندام و يا حتي مرگ شوند .تنها راه جلوگیري
از اين خطرها آن است که کم ترين رويارويي را با فلزهاي سنگین داشته باشيد .در
ا
صورت ريختن جيوه مثال در اثر شکستن يک دماسنج جيوه اي ،به سرعت مسؤول
آزمايشگاه را خبر کنيد.
12
نکات ایمني ذکر شده همگي براي سالمت شما بوده و امیدواریم براي امنیت خود و دیگران
( نه ترس از مسؤول آزمایشگاه ! ) آن ها را به دقت رعایت کنید.
13
آشنایی با عالئم هشدار
دهنده در آزمایشگاه شیمی
14
15
16
17
18
19
20
21
بخش دوم :
تجهیزات آزمایشگاهی
آشنایی با وسایل و تجهیزات در آزمایشگاه شیمی
22
بشر
بشر ظرفی شیشه ای و استوانه ای به شکل لیوان است که برای حمل و
جابجایی مایعات و گاهی برای حرارت دادن مایعات و محلول ها در آزمایشگاه
شیمی به کار می رود.
روی سطح خارجی بشر ّ
مدرج عالوه بر اندازه گنجایش آن ،درجه بندی هم شده
و می توان با مقدار مایع موجود در بشر را به وسیله این درجه ها تخمین زد.
ا
دقت این درجه بندی به اندازه ای است که حدودا مایع موجود در بشر را می
توان تخمین زد اما برای اندازه گیری دقیق مایعات می باید از وسایل دیگر مثل
استوانه مدرج یا بورت یا پیپت استفاده کرد.
23
A
B
C
.Aبشر شیشه ای با گنجایش 400س ی س ی
.Bبشر استیل – درجه بندی بشرهای فلزی در سطح درونی آنها قرار دارد.
.Cبشر پالستیکی شفاف و مات
موارد استفاده بشر عبارتند از:
کردن مایعات ،حل کردن مواد و تهیه محلول ها ،گرم کردن مواد ،رسوب گیری
برداشتن و جابجا
ِ
و موارد دیگر.
24
ارلن
از پر کاربردترین شیشه االت آزمایشهای شیمیایی است که به شکل
مخروط و با گردنی باریکتر ساخته می شود و به افتخار مخترع آملانی آن
(امیل ارلن مایر) به نام ارلن مشهور شده است.
ارلن برای نگهداری ،مخلوط کردن محلول ها اندازه گیری مایعات و
حرارت دادن مواد به کار می رود .باریک بودن دهانه ارلن مانع تبخیر زیاد
محلول خواهد بود.
اگر چه ارلن از انواع شیشه های مقاوم به حرارت ساخته می شوند اما
این به این معنا نیست که این شیشه ها را می توان در معرض شعله
مستقیم قرار داد.
25
ارلن شیشه ای در اندازه های مختلف
ارلن پالستیکی در اندازه های مختلف
26
لوله آزمایش و لوازم جانبی آن
لوله آزمایش برای نگهداری ،جابجا کردن ،مخلوط کردن و حرارت دادن مقادیر اندک
مواد شیمیایی جامد و مایع مورد استفاده قرار می گیرد.
برای نگه داری از لوله آزمایش باید از جا لوله ای استفاده کرد که برای همین کار
ساخته شده است.
27
شیشه شور برس ی استوانه ای شکل است که به یک میله متصل شده است .برای شستشو
لوله های آزمایش آستفاده می شود.
گیره لوله آزمایش برای حرارت دادن لوله آزمایش بر روی شعله بکار می رود.
28
لوله تیل ()Thiele tube
یکی از ابزار آزمایشگاهی شیشه ای است که معموال برای تعیین نقطه ذوب و جوش مواد
مورد استفاده قرار می گیرد.این ابزار آزمایشگاهی به افتخار شیمیدان آملانی یوهانس تیل
نامگذاری شده است.
ویژگی مهم این ابزار ایجاد یک حمام روغن یا آب با دمای
تقریبا ثابت است به این ترتیب که با حرارت دادن مالیم به
دسته لوله یک جریان همرفت ایجاد می شود که باعث ثابت
ماندن دما در کل مایع می شود.
در تصویر جریان همرفت ایجاد شده با فلش های قرمز نشان داده
شده است.
29
آبفشان (پیست)
آبفشان یک بطری پلستیکی مجهز به یک لوله است که به وسیله آن لوله می توان
ا
محتوای بطری را به نقطه مشخص ی پاشید .معموال آبفشان را با آب مقطر پر می کنند و
از آن برای شستشوی لوله آزمایش و پیپت و دیگر وسایل آزمایشگاهی استفاده می شود .از
آبفشان می توان برای انتقال مایعات به ظروف نیز استفاده کرد.
30
استوانه مدرج
استوانه مدرج که گاهی به آن "مزور" گفته می شود عبارت است از یک لوله شیشه ای یا
پلستیکی که لبه آن دارای یک برآمدگی به سمت خارج است که موجب می شود ریختن مایع
از آن به ظرف دیگر به آسانی انجام شود.
استوانه ّ
مدرج در واقع به منظور اندازه گیری دقیق حجم مایعات به کار می رود
اما دقت اندازه گیری حجم مایعات به وسیله استوانه ّ
مدرج به "پیپت" و
"بورت" نمی رسد.
31
پیپت
از پیپت ها برای برداشتن حجم معینی از محلول با دقت بسیار باال استفاده می شود و
بر دو نوع هستند.
-1پیپت معمولی یا ساده (مدرج)
-2پیپت ژوژه (حباب دار)
32
پی پت معمولی یا ساده :
لوله باریک و مدرجی است برای اندازه گیری مقادیر مختلف از مایع و برای برداشتن
حجم های معینی از یک محلول بکار می رود .از این پیپت ها برای کارهای دقیق
استفاده نمی شود.
پی پت حبابدار یا ژوژه :
استوانه ای است که دو انتهای آن به شکل دو لوله باریک کشیده شده است و در
قسمت وسط آن یک حباب دارد .در قسمت باالی پیپت خطی بصورت حلقه حک
شده برای برداشتن حجم مشخص ،پیپت تا این عالمت از محلول پر می شود .برای
انتقال حجم دقیق و معینی از یک محلول از ظرفی به ظرف دیگر استفاده می شود.
دقت آن بسیار باالست و در کارهای دقیق از آن استفاده می شود.
پووار
از پووار براي مكش استفاده مي شود
طرز استفاده:
دكمه Aبراي خالي كردن هواي داخل
پووار است.
دكمه Bبراي مكش مواد سمي است.
دكمه Eبراي خالي كردن مواد مكش
شده است.
34
بورت
بورت یک استوانه درجه بندی شده دراز و باریک است
که در پایین به یک شیر منتهی می شود که محل خارج
شدن مایع از بورت است و به وسیله این شیر مقدار
مایع خروجی تنظیم می شود .بورت برای انتقال مقادیر
مشخص و دقیق مایعات طراحی شده است .بورت
برای برداشتن حجم های دقیق ولی متغیر از یک محلول
٬به ویژه در سنجش های حجم سنجی ٬استفاده می
شود.
35
هنگام خواندن درجه بورت باید دقت زیادی به عمل آید .محلول های آبی و
آنهایی که رنگ شفاف دارند ٬با سطح مقعر و هللی شکل درون بورت یا هر
لوله دیگر قرار می گیرند .برای قرائت سطح این محلول ها باید یک ورق
کاغذ ٬پشت بورت قرارگرفته و سطح محلول قرائت شود.
برای مایعات خیلی رنگی مانند محلول پرمنگنات پتاسیم ٬سطح باالیی
محلول خوانده می شود.
روش خواندن بورت در سنجش های حجم سنجی
بالن شیشه ای
بالن شیشه ای ظرفی است کروی شکل که در باال به یک گردن باریک تر استوانه
ای منتهی می شود.
بالن هایی که بیشتر در آزمایشهای شیمیایی مورد استفاده قرار می گیرند سه نوع
هستند:
(1بالن ته گرد
(2بالن ته صاف
(3بالن حجمی
37
ا
بالن ته گرد :همانطور که از اسم آن پیداست کامل کروی است و نمی توان آن را روی میز قرار
ا
ا
و
داد و حتما برای استفاده از آن باید از گیره و پایه استفاده کرد .شکل کامل کر ی این نوع بالن
ا
موجب می شود که محلول درون آن به طور کامل یکنواخت حرارت ببیند و هنگام جوشاندن
مایعات درون آن همه مایع یا هم به نقطه جوش برسد .از همین جا می توانید حدس بزنید که
کاربرد اصلی این نوع بالن حرارت دادن و جوشاندن مایعات است.
38
بالن ته صاف :
ا
بالن ته صاف را می توان مسبقیما روی سطح صاف تکیه داد اما
ا
معموال مقاومت آن در مقابل حرارت به اندازه بالن ته گرد نیست.
39
بالن حجمی :
این بالن نیز شبیه بالن ته صاف است با این تفاوت که گردنی درازتر دارد و
همچنین روی آن علمتی وجود دارد که نشان دهنده گنجایش آن است.
بالن حجمی برای ساختن محلولهایی با حجم معلوم به کار می رود.
40
مبرد یا کندانسور
ّ
مبرد یا کندانسور عبارت است از دو لوله شیشه ای به هم چسبیده به طوری
ا
که یکی از لوله ها لوله دیگر را احاطه کرده است .معموال لوله داخلی به صورتی
پیچیده و فنر مانند ساخته می شود و محل عبور بخاری مایعی است که می
خواهیم آن را سرد کرده و تقطیر کنیم .لوله خارجی محل عبور آب سرد است.
این لوله خارجی به صورت مخزن آب سرد عمل می کند که لوله داحلی را در
خود احاطه کرده است .این مخزن دارای یک لوله ورودی و یک لوله خروجی
است .آب سرد به طور مداوم از لوله ورودی داخل می شود و پس از عبور از
فضای داخل لوله خارجی از لوله خروجی بیرون می رود .این جریان آب سرد
باعث می شود که بخار درون لوله داخلی همواره با آب سرد احاطه شده باشد
و به وسیله این سرما به مایع تبدیل شود.
41
برای استفاده از مبرد همیشه الزم است آن را روی پایه با گیره های مناسب نصب کرد.
انواع مختلفی از مبردهای شیشه ای وجود دارد که هر یک به منظور خاص ی مورد استفاده
قرار می گیرد .در زیر چند نوع مبرد شیشه ای را می توانید ببینید.
42
قیف
قیف ها به طور خاص برای صاف کردن مایعات از مواد جامدی که در آن
مخلوط شده ساخته شده اند و به آنها قیف صافی هم می گویند.
قیف ساده پالستیکی (قیف صافی)
43
قیف ساده شیشه ای
قیف جداکننده (دکانتور)
قیفی است شبیه به گلبی که دارای یک مخزن
مخروطی یا استوانه ای در باال و یک لوله باریک در
پایین است .همچنین این قیف در باال دارای درپوش و
در انتهای پایینی دارای شیری است که خروج مایع از
ا
آن راکنترل می کند .برای استفاده از این قیف حتما
باید از پایه و گیره برای نگهداری آن استفاده کرد .از
این قیف برای جدا کردن دو مایع که در هم محلول
نیستند ،و جرم حجمی متفاوتی دارند استفاده می
شود.
44
قیف بوخنر
ا
معموال از سرامیک و چینی ساخته می شود اما انواع پلستیکی و شیشه ای آن هم
موجود است .شکل قیف بوخنر با قیف معمولی این تفاوت را دارد که مخزن بالیی ان
به جای مخروط به شکل یم استوانه با دیواره های عمودی است .کف این مخزن نیز
یک صفحه افقی مسطح سوراخ دار است .برای صاف کردن مایعات ،در کف قیف
یک کاغذ صافی قرار میدهند سپس آن را به دهانه یک ارلن که مجهز به لوله جانبی
است محکم می کنند در حالی که لوله جانبی ارلن با یک شیلنگ الستیکی به پمپ
خلء وصل شده است .پس از آن که مایع مورد نظر را به داخل مخزن قیف ریختند،
پمپ خالء را روشن می کنند .نیروی مکش ی که از طرف پمپ به ارلن و از آن طریق به
قیف وارد می شود ،موجب می شود که عمل صاف کردن مایع چندین برابر زودتر از
حالت معمولی انجام شود.
45
46
کاغذ صافی
کاغذ صافی در ابعاد مختلف و بیشتر به شکل دایره و مربع شکل ساخته می شود و مورد
اصلی استفاده از آن جدا کردن رسوبات و صاف کردن محلول هاست.
"صاف کردن" یا فیلتراسیون یکی از اصلی ترین تکنیک های شیمی کاربردی است و در بیشتر
فعالیت های عملی شیمیایی با این تکنیک سر و کار خواهید داشت.
1
47
2
3
دسیکاتور
یکی از ابزارهای آزمایشگاهی میباشد که برای خشک کردن مواد جامد به خصوص رسوبات
از آن استفاده می شود.
48
بوته چینی
ا
بوته چینی ظرفی شبیه به کاسه است که معموال از جنس چینی است و لبه ها و سطوح
ا
ی
داخلی و خارجی آن کامل صاف و صیقلی است .بوته ها ی فلز و گرافیتی یا سفالی نیز در
آزمایشگاه ها مورد استفاده قرار می گیرند.
بوته چینی بهترین وسیله برای استفاده در آزمایش هایی است که در آن از حرارت باال
استفاده می شود .این بوته ها دمای تا حدود 1200درجه سانتیگراد را تحمل می کنند و
می توان با شعله مستقیم یا به وسیله کوره های الکتریکی آنها را گرم کرد.
49
هاون چینی
• هاون چینی شبیه کپسول چینی و بوته چینی است .بدنه هاون چینی ضخیم است و
می توان با کمک دسته هاون که آن هم از جنس چینی است در آن جامدات و مواد
بسیار سخت را خورد و کرد و به صورت پودر در آورد.
50
کپسول چینی یا ظرف تبخیر
این وسیله سرامیکی ،شبیه کاسه ساخته می شود و در لبه آن نیز یک برآمدگی،
مانند برآمدگی لبه بشر ساخته شده که به آسان ریختن مایعات از آن کمک می
کند.
تبخیر سریع محلولها و ذوب کردن برخی مواد ،از موارد استفاده این ظرف است.
51
کاردک – اسپاتول
مواد شیمیایی را نباید با دست برداشت .برای برداشتن مواد شیمیایی ابزاری مانند:
اسپاتول ،انواع قاشق های چینی و پلستیکی و یا فلزی به کار می رود .اسپاتول یا
قاشقک دارای یک دسته است و انتهای دیگر آن پهن تر است .گاهی از اسپاتول برای نرم
کردن مواد جامد هم استفاده می شود.
ا
این وسیله به فارس ی به نام های مختلفی مشهور است ،مثل؛ کاردک و کفگیرک.
پزشکان و داروسازان قدیمی ایرانی به چنین وسیله ای "مرهم کش" می گقتند.
52
شیشه ساعت
از شیشه ساعت در موارد خاص ی برای توزین مواد استفاده می شود .همچنین هنگامی که
بخواهیم مقدار اندکی مایع را به سرعت در معرض هوا قرار داه و تبخیر کنیم نیز از این
وسیله استفاده می شود.گاهی برای سریعتر شدن عمل تبخیر می توان آن را در معرض
حرارت غیر مستقیم قرار داد.
از شیشه ساعت گاهی برای پوشاندن دهانه ظروف بزرگ شیشه ای نیز استفاده می شود.
53
دماسنج
دماسنج وسیله ای است که دمای محیط اطراف خود را اندازه گیری می نماید.
دماسنج ها انواع مختلفی دارند مانند دماسنج جیوه ای ،دماسنج الکلی ،دماسنج
گازی ،ترمو کوپل و...
رایج ترین نوع دماسنج ها ،دما سنج های جیوه ای و الکلی می باشند که کاربرد
فراوانی دارند
54
قطره چکان
قطره چکانها شامل يک لوله شيشه اي با نوک باريک و يک حباب پلستيکي ارتجاعي
است .قطره چکان را در اندازه-هاي مختلف مي سازند.
مورد استفاده اصلي قطره چکان براي انتقال مايعات در اندازهاي بسيار کم است.
ا
معموال معرفهاي شيميايي (مثل فنل فتالئین و تورنسل ) را با قطره چکان به مايع
مورد نطر مي ريزند .گاهي نیز براي حمل و انتقال مايعات بسيار خطرناک مثل
اسيدهاي قوي از قطره چکان استفاده مي شود.
55
همزن شیشه ای (آژیتاتور)
میله شیشه ای توپر كه برای مخلوط كردن محلولها ویكنواخت كردن گرمای
یك محلول و ریختن مخلوط روی كاغذ صافی به كار می رود.
56
همزن مغناطیس ی
در این نوع همزن میله کوچکی به نام ( )stir barدر داخل ظرف
مایع (مثل ارلن) قرار میگیرد.سپس ظرف مایع بر روی صفحهای قرار
داده میشود که زیر آن محوری با خاصیت مغناصیس ی در حال
چرخش است ،این محورمیله داخل ظرف را بدون تماس فیزیکی و به
وسیله نیروی مغناطیس ی به گردش در میآورد .در برخی از انواع همزن
مغناطیس ی عمل گرم کردن و همزدن مایع بصورت همزمان انجام
میشود ،به این ترتیب که صفحهای که ظرف مایع بر روی آن قرار
دارد گرم شده و مایع در حال چرخش را گرم میکند.
57
نمونهای از یک همزن مغناطیس ی
که در حال گرم کردن و هم زدن
مایع است پیچ تنظیم سمت چپ
برای کنترل سرعت چرخش میله و
پیچ تنظیم سمت راست برای
تنظیم درجه حرارت استفاده
می شود.
58
چراغ بونزن
چراغ بونزن وسیله ای است که برای گرم کردن ،سوزاندن و دیگر فعالیت های
آزمایش ی که در آن نیاز به شعله یا حرارت وجود دارد مورد استفاده قرار می گیرد
و با گاز (متان ،بوتان یا دیگر گازهای طبیعی) کار می کند.
این وسیله را به افتخار "روبرت فن بونزن" ،شیمیدان آملانی که به همراه همکار
خود این دستگاه را ابداع کرد به این نام می خوانند.
59
اجزاء چراغ بونزن عبارتند از:
.1ورودی گاز یک لوله دندانه دار است که به داخل
شیلنگ گاز فرو می رود و طوری ساخته شده که
شیلنگ در آن محکم شود .هنگام نصب شیلنگ
باید از این که گاز از آن نشت نمی کند مطمئن
شد .
.2لوله منتقل کننده گاز لوله ای عمودی است که
ا
معموال در پایین آن ،دریچه تنظیم گاز قرار دارد که
به وسیله آن می توان مقدار گازی وارد چراغ می
شود را تنظیم کرد .
.3دریچه ورودی هوا در پایین لوله یا در باالی آن قرار
دارد و با گرداندن آن می توان مقدار هوایی که وارد
لوله می شود را تنظیم کرد .
60
شکل :چراغ بونزن و اجزاء اصلی آن
شعله آبی نشان دهنده آن است که اشتعال کامل اتفاق افتاده و رنگ قرمز شعله و نیز دود
کردن شعله نشان دهنده اشتعال ناقص است .در ساخت چراغ بونزن نیز از همین اصل
استفاده شده است.
سؤال:
در شکل زیر چهار شعله از چهار چراغ بونزن مشاهده می کنید .شیر تنظیم هوا در این چهار
چراغ به یک اندازه تنظیم نشده است .در کدامیک از این چهار چراغ شیر هوا کمتر باز
شده؟ (در کدامیک هوای کمتری وارد لوله می شود؟)
61
سه پایه
ا
ر
سه پایه تقریبا همیشه در هنگام گرم کردن مواد مو د استفاده قرار می گیرد .هنگام گرم
کردن مواد ،چراغ الکلی یا چراغ بونزن در زیر و آنچه می خواهیم گرم کنیم را روی سه پایه
ا
قرار می دهیم .برای استفاده از سه پایه معموال باید سطح باالیی آن را با "توری فلزی"
ا
پوشاند و ظرف حاوی ماده مورد نظر را روی آن قرار داد تا شعله مستقیما با آن تماس
نداشته باشد.
62
بخش سوم :آزمایش ها
63
آشنایی با مفاهیم غلظت و روش های محلول سازی
oتئوری :آشنایی با مفاهیم غلظت
oآزمايش : 1تهيه محلول با غلظت های موالر و نرمال از مواد جامد و مایع
oآزمایش : 2تهيه محلول هاي رقيق از محلول هاي غليظ
64
تئوری :آشنایی با مفاهیم غلظت
براى غلظت محلول ها مى توان واحد هاى مختلفى را نظیر درصد
وزنى ،غلظت معمولى ،غلظت موالريته ،غلظت موالليته ،غلظت
نرماليته و ...در نظر گرفت و چون مقادير آنها تعريف شده است
پس مى توان با استفاده از روابط ميان واحد هاى غلظت ،واحد
هاى ديگر آن را هم بدست آورد.
65
-1درصد وزنی :مقدار جزء وزنی از ماده حل شونده ای که در
100جزء وزنی از محلول وجود دارد.
-2غلظت معمولی ) : (Cمقدار گرم وزن ماده حل شده ای که در
یک لیتر از محلول وجود دارد.
مثال :در محلول 40 gr/Litهیدروکسید سدیم به میزان 40 gr
هیدروکسید سدیم در یک لیتر از محلول وجود دارد.
66
-3موالریته ) : (Mتعداد مول های ماده حل شده که در یک لیتر از محلول
وجود دارد و به صورت موالر بیان می کنند.
مثال : 1طرز تهیه 250س ی س ی محلول 0/1موالر NaOH
جواب :یک مول هیدروکسید سدیم ( 40 ٬ )NaOHگرم وزن دارد ٬لذا 0/1مول آن 4
گرم است .برای تهیه 250mlمقدار 1گرم هیدروکسید سدیم را با ترازوی تجزیه ای
توزین و در یک بالن حجم سنجی 250میلی لیتری حل و تا خط نشانه به حجم رسانده
می شود.
67
مثال : 2طرز تهیه 100میلی لیتر محلول 2موالر اسیدسولفوریک.
جواب :؟
68
-4مواللیته ) : (mتعداد مول های ماده حل شده که در 1000گرم از یک
حالل وجود دارد و به صورت موالل بیان می شود.
مثال :مواللیته محلولی را که از حل کردن 1گرم اوره در 48گرم آب مقطر به وجود می
آید ٬محاسبه کنید.
جواب :چون جرم مولکولی اوره 60/06گرم است ٬در یک گرم آن 0/0167مول اوره
وجود دارد .این تعداد مول در 48گرم حلل است ٬لذا در 1000گرم حلل برابر 0/347
خواهد شد .یعنی محلول 0/347موالل است.
69
-5نرماليته ( :)Nاين نوع واحد عبارت است از تعداد اكیواالنهاى ماده حل
شده اى كه در يک ليتر از محلول وجود دارد.
براى تعيین واحد اكى واالن گرم يک ماده مى توان ازرابطه E=M/nاستفاده كرد
كه درآن ( )Mجرم مولكولى ماده مورد نظر برحسب گرم بوده ولى مقدار ()n
بستگى به نوع واكنش و نوع تركيب دارد كه با توجه به يكى از دو مورد ذکر شده
تعيین مى شود:
70
(الف) -در واكنش هاى خنثی شدن اسيدها و بازها مقدار ( )nبرابر تعداد مول
هاى ( )+Hاسيد و يا تعداد مول هاى ( )-OHباز است كه در ازاى يک مول از
اسيد و يا باز در واكنش شركت مى كنند .به عنوان مثال درواكنش
H3PO4 + 2NaOH → Na2HPO4 + 2H2O
چون دو هيدروژن ( )+Hاسيد فسفريک ( )4PO3Hدر واكنش شركت مى كند
بنابراين مقدار ( )nبراى اسيد فسفريک در اين واكنش برابر 2مى باشد پس در
نتيجه واحد اكى واالن به صورت يک دوم مول يا 39گرم ( 98تقسیم بر )2مى
باشد.
71
(ب) -در مورد نمکها ،مقدار ( )nبرابر حاصل ضرب ظرفيت فلز در
تعداد اتم هاى فلز در فرمول تجربى نمک است.
به عنوان مثال واحد اكى واالن براى ( )FeSO4با توجه به اين كه در آن مقدار n
مساوی (1تعداد فلز )Feضرب در (2ظرفیت فلز) است ( )Fe2+برابر 76گرم (152
تقسیم بر )2
واحد اكى واالن براى ( )Fe2 )4SO(3با توجه به اين كه مقدار nمساوی 2ضرب در
3است ( )2Fe+3برابر 152تقسیم بر 6گرم مى باشد.
72
نمونه سواالت غلظت
.1در رابطه E=M/nمقدار nچگونه محاسبه می شود؟
.2طرز تهیه 250میلی لیتر از 6 ٬ NH3موالر را از محلول غلیظ آن شرح دهید.
برچسب روی بطری آمونیاک تجارتی مشخص می کند که وزن مخصوص آن
0/9و درصد وزنی آن %27است.
- .3روش تهیه محلول های زیر را شرح دهید.
2 لیتر محلول 0/15موالر Na+از نمک جامد Na2SO4
250 میلی لیتر محلول 0/01موالر K+از نمک خالص .K2SO4
73
آزمايش : 1تهيه محلول با غلظت های موالر و نرمال از مواد جامد و مایع
هدف آزمایش :آشنایی با روش های محلول سازی و تهیه محلول های مورد
نیاز
وسایل مورد نیاز :بالن ژوژه 250و 100میلی لیتری ،ترازو ،شیشه ساعت،
اسپاتول ،قیف شیشه ای ،ظرف نگهداری محلول
مواد مورد نیاز :هیدروکسید سدیم ) ، (NaOHاسید استیک ،آب مقطر
74
شرح آزمایش :از روی برچسب ظرف نگهداری سود مشخصات آن را یادداشت کنید و طبق
نکات گفته شده در بخش قبل ،مقدار گرم سود مورد نیاز برای تهیه محلول 0/1موالر در
250س ی س ی را محاسبه کنید .مقدار محاسبه شده را با یک شیشه ساعت با استفاده از
ترازو ،بطور دقیق وزن کرده با قیف شیشه ای در بالن بریزید .شیشه ساعت و قیف
شیشه ای را کامال با آب مقطر شستشو دهید به نحوی که آب حاصل از آن داخل بالن
ریخته شود .قیف را برداشته و بالن را تکان دهید تا جامد کامال حل شود.
بعد از حل شدن سود با آب مقطر بالن را تا خط نشان پر کنید و محلول را چند بار تکان
داده و داخل ظرف نگهداری ریخته بر روی آن برچسب شامل غلطت محلول بر حسب موالر
و نام ماده را بچسبانید و در آزمایشگاه قرار دهید تا برای آزمایش تیتراسیون اسید و باز از
ان استفاده نمایید.
75
مشخصات اسید استیک را که شامل جرم مولکولی ،درصد خلوص و چگالی می
باشد را از روی ظرف محتوی آن یادداشت کرده و محاسبات مربوط به تهیه 100
میلی لیتر محلول 0/18نرمال اسید استیک را انجام داده و حجم محاسبه شده را
با پیپت از ظرف اسید برداشته داخل بالن ریخته و با آب مقطر تا خط نشان به
حجم برسانید
این محلول را برچسب زده و برای آزمایش تیتراسیون در آزمایشگاه قرار دهید
76
آزمایش : 2تهيه محلول هاي رقيق از محلول هاي غليظ
وسایل مورد نیاز :بالن ژوژه 100س ی س ی ،پیپت
مواد مورد نیاز :محلول اسید سولفوریک 2/5نرمال ،آب مقطر
شرح آزمایش :برای تهیه محلول 0/08نرمال اسید استیک در حجم 100س ی س ی از
محلول 2/5نرمال ابتدا باید محاسبات مربوط را به طریق زیر انجام داد
با استفاده از رابطه N1V1=N2V2
0/08 = N1نرمال
100 = V1س ی س ی
2/5 = N2نرمال
= V2؟
حجم V2بدست آمده از رابطه را از طریق پیپت از محلول اسید سولفوریک 2/5نرمال
برداشته داخل بالن ریخته و با آب مقطر به حجم برسانید تا یک محلول 0/08نرمال
حاصل شود.
77
سواالت آزمایش
.1دو موردی که حتما باید بر روی بر چسب ظروف نگه داری محلول ها
یادداشت نمود را نام ببرید؟
.2برای نگه داری طوالنی مدت محلول های اسید و باز در آزمایشگاه از چه جنس
ظروفی بهتر است استفاده شود؟ برای جواب خود دلیل ذکر کنید.
.3اگر در مراحل محلول سازی ،نمونه جامد به راحتی در حالل حل نشد چه
روش ی را برای حل شدن آن پیش نهاد می کنید.
78
آشنایی با روش های تیتراسیون
مفهوم تیتراسیون
آشنایی با روش های تیتراسیون اسید وباز
آشنایی با روش های تیتراسیون اکسایش و کاهش
آزمایش : 1تیتراسیون مستقیم اسید و باز و تعین غلظت سود مجهول
آزمایش : 2تیتراسیون اکسایش و کاهش با پرمنگنات پتاسیم
79
مفهوم تیتراسیون
تیتراسیون عبارت است از برابر کردن یک محلول با محلول دیگر از نظر شیمیایی.
در تیتراسیون معموال مقدار معینی از یک محلول را در یک بشر یا ارلن مایر ریخته و
محلول دیگر را به آرامی روی آن می افزایند تا از نظر شیمیایی محلول ها یکی
شوند،یعنی نقطه تعادل فرا رسد .برای تعیین نقطه تعادل از اندیکاتور (شناساگر)
استفاده می شود.
اندیکاتور یک جسم پیچیده آلی است که به مقدار کم ( 2الی 3قطره) مورد
استفاده قرار می گیرد .نسبت به غلظت پروتون محیط حساس است و در محیط
های اسیدی -خنثی -بازی به رنگ های مختلف در می آید.
80
تيتر کردن از روشهاي تجزيه حجمي است .در تجزيه حجمي ابتدا جسم را حل کرده
و حجم معيني از محلول آن را با محلول ديگري که غلظت آن مشخص است که
همان محلول استاندارد ناميده ميشود ،ميسنجند .در تيتراسيون محلول
استاندارد بهطور آهسته از يک بورت به محلول حاوي حجم مشخص يا وزن
مشخص از ماده حل شده اضافه ميشود .افزايش محلول استاندارد ،آنقدر ادامه
مييابد تا مقدار آن از نظر اکيواالن برابر مقدار جسم حل شده شود .نقطه
اکيواالن نقطه اي است که در آن ،مقدار محلول استاندارد افزوده شده از نظر
شيميايي برابر با مقدار حجم مورد نظر در محلول مجهول است .اين نقطه را نقطه
پايان عمل از نظر تئوري يا نقطه هم ارزي نیز مي گويند.
81
آشنایی با روش های تیتراسیون اسید وباز
تیتراسیون اسید-باز به معنی تعیین میزان غلظت یک اسید یا باز از راه خنثی سازی آن با کمک یک باز
یا اسید دیگر با غلظت معلوم است .این روش به بررس ی ّ
کم ی غلظت یک محلول اسید یا باز ناشناخته
کمک می کند.
بر اساس تعریف اسید وباز لوری -برونشتد ،اسید ماده ای است که پروتون می دهد و باز ماده ای
است که پروتون می گیرد ،پس تیتراسیون اسید وباز یک روندی است که در آن غلظت یون هیدروژن
تغییر می کند .عاملی که در تیتراسیون اسید و باز به کار می رود ،یون هیدروکسید است که با پروتون
،برابر معادله زیر واکنش می دهد:
H3O+ + OH- >>> 2H2O
82
هنگامیکه یک محلول اسیدی یک محلول بازی را کامال خنثی کرد .تعداد اکی واالن
هر دو یکی است از این بیان می توان معادله زیر را نتیجه گرفت :
N 1V 1 = N 2 V 2
تشخيص نقطه اکي واالن :نقطه اکيواالن در عمل بوسيله تغيیر فیزيکي ( مثال تغيیر
رنگ ) شناخته ميشود .نقطه اي که اين تغيیر رنگ در آن روي ميدهد ،نقطه پايان
تيتر کردن است .در تيتراسيون اسيد و باز شناساگرها براي تعيین زمان حصول
نقطه اکيواالن بکار مي روند .تغيیر رنگ معرف ،نشانگر نقطه پاياني تيتراسيون
مي باشد.
83
شناساگرها :شناساگرها اسيدها و بازهاي ضعيفي هستند که در مقابل تغيیر PH
تغيیر رنگ مي دهند .به عبارتي ديگر ،شناساگرها ماده اي رنگي هستند که رنگ آنها در
محيط اسيدي و قليايي با هم تفاوت دارد.
شناساگرها ماده اي رنگي است که معموال از مواد گياهي اخذ ميشوند و ميتوانند به
شکل اسيدي يا بازي موجوديت يابند.
شناساگرهاي زيادي وجود دارد که معروفترين آنها ليتموس (تورنسل) است که در
محيط اسيدي ،قرمز ،در محيط بازي ،آبي و در حدود خنثي بنفش رنگ است.فنل
فتالئین ،معرف ديگري است که بيشتر براي بازها قابل استفاده است .اين محلول در
محيط اسيدي بیرنگ و در محيط قليايي رقيق ارغواني است.
84
آشنایی با روش های تیتراسیون اکسایش و کاهش
واکنش ی را که در آن ،تبادل الکترون صورت میگیرد ،واکنش اکسیداسیون -احیا
Oxidation – reductionنامیده میشود.
فرآیند اکسیداسیون (اکسایش)
فرآیندی است که در آن یک جسم (اکسید کننده) الکترون میگیرد و عدد اکسایش
یک اتم افزایش می یابد.
فرآیند احیا (کاهش)
فرایندی است که در آن یک جسم (احیا کننده) الکترون از دست میدهد و عدد
اکسایش یک اتم کاهش می یابد.
85
واکنش هایی که طی آنها الکترون ها از یک ماده به یک ماده دیگر انتقال می یابد را
می توان در تجزیه حجم سنجی بکار برد.
در نقطه پایانی تیتراسیون عده اکی واالن های کاهش یافته باید با عده اکی واالن
های اکسید شده برابر باشد .به عبارت دیگر :
اکی واالن گرم ماده بکار رفته در فرایندهای اکسایش-کاهش برابر مقدار ماده ای
است که به ازای 1مول انتقال الکترون در واکنش شرکت کرده است و می توان
آنرا از طریق تقسیم جرم مولکولی بر الکترون انتقال یافته هر مول بدست آورد.
86
در اینجا عامل اکسنده پرمنگنات پتاسیم در محلول اسیدی است.
این واکنش 5الکترون به ازای هر مول از پرمنگنات انتقال می دهد.
پرمنگنات پتاسیم رنگ بنفش پررنگی داشته و می تواند به عنوان شناساگر در
هنگام واکنش با سایر مواد بی رنگ بکار رود.
87
مثالی از واکنشهای اکسایش و کاهش :
بر این اساس ،واکنش زیر یک واکنش اکسایش و کاهش میباشد .چون عدد اکسایش اتم Sاز صفر به 4+افزایش
پیدا میکند و میگوییم گوگرد اکسید شده است و عدد اکسایش اتم Oاز صفر به 2-کاهش پیدا کرده است و
میگوییم اکسیژن کاهیده شده است:
S + O2 → SO2
که در آن ،در طرف اول عدد اکسیداسیون هر دو ماده صفر و در طرف دوم ،عدد اکسیداسیون
گوگرد در ترکیب 4+و اکسیژن 2- ،است.اما در واکنش زیر اکسایش -کاهش انجام نمیشود ،زیرا
تغییری در عدد اکسایش هیچ یک از اتمها به وجود نیامده است:
SO2 + H2O → H2SO4
که در ،SO2عدد اکسیداسیون Sو Oبترتیب 4+ ،و 2-و در آب ،عدد اکسیداسیون Hو Oبترتیب 1+و 2-
و در اسید در طرف دوم ،عدد اکسیداسیون Hو Sو Oبترتیب 4+ ، 1+ ،و 2-است.
88
عامل اکسنده و عامل کاهنده
با توجه به چگونگی نسبت دادن اعداد اکسایش ،واضح است که نه عمل اکسایش و
نه عمل کاهش به تنهایی انجام پذیر نیستند .چون یک ماده نمیتواند کاهیده شود مگر
آن که همزمان ماده ای دیگر ،اکسید گردد ،ماده کاهیده شده ،سبب اکسایش است و
لذا عامل اکسنده نامیده میشود و مادهای که خود اکسید میشود ،عامل کاهنده
مینامیم .بعالوه در هر واکنش ،مجموع افزایش اعداد اکسایش برخی عناصر ،باید برابر
مجموع کاهش عدد اکسایش عناصر دیگر باشد .مثال در واکنش گوگرد و اکسیژن ،
افزایش عدد اکسایش گوگرد 4 ،است .تقلیل عدد اکسایش 2 ،است ،چون دو اتم در
معادله شرکت دارد ،کاهش کل 4 ،است.
89
آزمایش : 1تیتراسیون مستقیم اسید و باز و تعین غلظت سود مجهول
مواد مورد نیاز:
کلریدریک اسید 0،1نرمال ،محلول سود مجهول ،شناساگر فنل فتالئین
وسایل مورد نیاز:
بورت ،بالون ژوژه 100میلی لیتری ،ارلن مایر 250میلی لیتری
شرح آزمایش :
نمونه مجهول سود ( )NaOHدر بالون ژوژه 100میلی لیتری را با آب مقطر به حجم رسانده
،هم میزنیم .پس بورت را ابتدا با آب مقطر سپس با محلول کلریدریک اسید 0،1نرمال تهیه
شده شستشو میدهیم .داخل بورت ،محلول کلریدریک اسید 0،1نرمال ریخته و محلول را
در صفر تنظیم میکنیم.
90
حال 20میلی لیتر محلول سود مجهول را با پیپت داخل ارلن مایر می ریزیم .سپس 2
قطره فنل فتالئین اضافه میکنیم .ارلن را زیر بورت قرار داده ،با دست چپ بشر
بورت را باز می کنیم تا قطره قطره محلول اسید به محلول باز اضافه شود و با دست
راست ،ارلن را بهآهستگی حرکت دورانی میدهیم .طی این عمل ،محلول داخل ارلن
،از رنگ ارغوانی (صورتی رنگ) به بی رنگ تبدیل میشود و این نشانگر اسیدی شدن
محلول داخل ارلن است .افزایش اسید را متوقف کرده و حجم اسید مصرفی را از روی
بورت می خوانیم.
از فرمول زیر نرمالیته سود مجهول به راحتی محاسبه میشود:
Nاسید × Vاسید = Nسود ×Vسود
Vسود N ( /اسید × Vاسید) = Nسود
91
آزمایش : 2تیتراسیون اکسایش و کاهش با پرمنگنات پتاسیم
روش دیگری که می توان با آن تیتراسیون انجام داد اکسیداسیون – احیا است که
در آن ماده ای الکترون از دست می دهد (پر منگنات) و ماده ای احیا می شود و
الکترون بدست می آورد (اگزالیک اسید)در این آزمایش به دلیل داشتن شناساگر
عمومی پر منگنات احتیاج به شناساگر نداریم .
92
مواد مورد نیاز:
اسید اگزالیک 1/0نرمال ،اسید سولفوریک 6نرمال ،پر منگنات پتاسیم مجهول
وسایل مورد نیاز:
بورت ،ارلن،بشر ،پیپت ،گیره و پایه ،قیف ،بالن حجم سنجی ml100دو عدد،
شیشه ساعت ،میله همزن،هیتر
شرح آزمایش :
ابتدا بورت را با محلول مجهول پتاسیم پر منگنات KMnO4پر میکنیم .سپس
حدود 0/15گرم اگزاالت سديم را با ترازو اندازه گیری کرده و در ارلنی می ریزیم 200 .
میلی لیتر آب را درون ارلن حاوی اگزاالت می ریزیم و همچنین حدود 2میلی لیتر
H2SO4را به آن اضافه می کنیم .
حال ارلن را زیر بورتی که به پایه وصل است قرار داده و شیر بورت را باز می کنیم تا
قطره قطره پتاسیم پرمنگنات که رنگ ارغوانی پر رنگی را دارد درون ارلن بریزد
93
مشاهده کردیم که پس چند میلی لیتر مصرف پتاسیم پرمنگنات رنگ صورتی در مایع
بوجود آمد بنابراین هر از چند میلی لیتر ارلن را حرارت می دهیم تا رنگ مایع درون
ارلن از صورتی کم رنگ ،شفاف شود و دوباره آن را در زیر بورت قرار داده همان کار را
تکرار می کنیم .دقت شود که هنگامی که ارلن را می خواهیم زیر بورت قرار دهیم
نباید زیاد گرم باشد .این کار را ادامه دهید تا رنگ صورتی پایداری در محلول بوجود
آید که دیگر شفاف نمی شد .آزمایش را با مقدار 0/2گرم اگزاالت سديم تکرار کنید.
به سواالت زیر پاسخ دهید
.1غلظت پرمنگنات پتاسیم را مشخص کنید.
.2چه ترکیباتی اکسنده و چه ترکیباتی کاهنده هستند؟
.3واکنش اکسایش-کاهش پرمنگنات پتاسیم با اگزاالت سدیم را بنویسید و آن را
موازنه کنید.
94
مفهوم سختی آب و روش تعیین و محاسبه آن
مفهوم سختی آب
آزمایش : 1تعیین سختی موقت ،دائمی و کل آب آزمایشگاه
95
مفهوم سختی آب
آب سخت آبی است که حاوی نمکهای معدنی از قبیل ترکیبات کربناتهای
هیدروژنی ،کلسیم ،منیزیم و غیرهاست.
سختی بطور عمده بر اساس دو فلز کلسیم و منیزیم سنجیده میشود .بطور کلی
عوامل سختی کاتیونها میباشند مانند آلومینیوم ،آهن ،منگنز و روی در سختی آب
شرکت می کنند ولی کلسیم و منیزیم به مقدار زیاد وجود دارد و کاتیونهای دیگر یا
وجود ندارند یا به مقدار خیلی کم هستند.
96
تغییرات سختی آب
میزان شدت سختی آب ،به بستر جریان آب در سطح و زیر زمین بستگی دارد.
آبهای نواحی آهکی سختی زیادتری تا آبهای نواحی گرانیتی و یا شنی دارند .سختی
ا
آب در طول زمان نیز تغییر پذیر است .معموال سختی آبها در فصل باران کم و در
فصل خشکی زیاد میشود .و بعض ی مواقع هم در فصول پر باران و مرطوب مثل
غارها ایجاد شود.
97
انواع سختی آب :
سختی موقت ) (Temporary Hardnerرا سختی کربناتی ( Carbonate
)Hardnerنیز مینامند .این سختی ،مولود بیکربنات کلسیم و منیزیم است که
عمدتا به کمک حرارت و یا ازدیاد PHکاهش مییابد .سختي موقت به خاطر وجود
كربناتهاي كلسيم و منیزيم و آهن مي باشد .براي از ميان بردن اين سختي آب را مي
جوشانند تا به صورت كربنات رسوب كند به اين علت به آن سختي موقت گويند.
CaCo3 + Co2 + H2O
Ca(HCO3)2
MgCo3 + Mg(OH)2 + 3 Co2 + H2o
98
2Mg(HCO3)2
سختی دائم را سختی غیرکربناتی ) (Noncarbonate Hardnerنیز
مینامند .این سختی ،با حرارت دادن قابل حذف نیست .سختي دائم مربوط
به ديگر امالح كلسيم و منیزيم مثل نمكهاي سولفات ها ،كلريد يا نيترات
آنهاست .اين نمكها در لوله هاي ديگهاي بخار ايجاد خوردگي مي كند .براي
حذف اين گونه ها از روشهاي شيميايي استفاده مي شود.برای از بین بردن
سختی دایم آب کافی است یون های عامل سختی را به گونه ای ته نشین کرد.
99
مثال از کربنات سدیم برای رسوب دادن یون کلسیم و منیزیم که سختی دائمی آب را
تشکیل می دهند ،استفاده می شود و سختی دائمی آب را از بین می برند.
سختی کل مجموع سختی های موقت و دائم است.
100
سختی آب با اندازهگیریهای صنعتی و آزمایشگاهی تعیین میشود .سختی آب ،که هر
دو یونهای Ca2+و Mg 2+را شامل میشود ،بر حسب میلیگرم بر لیتر mg/Lیا
در یک میلیون ppmبیان میشود.
طبقه بندی آب از نطر سختی به ترتیب زیر است :
نوع آب
نرم
سختی کم
متوسط
خیلی سخت
101
سختی ( میلی گرم در لیتر کربنات کلسیم )
55-5
100-56
200-101
500-201
فواید آب سخت
ا
معموال شکستگی استخوانهای آنهایی که آب سخت میآشامند زودتر
بهبود می یابد.
102
مضرات آب سخت
.1نوشیدن بیش از حد آب سخت موجب رسوب در افراد سنگ ساز می شود و
همچنین موجب بیماری های گوارش ی بالخصوص سنگ کلیه است.
.2آب سخت موجب از دست دادن طعم و مزه نوشیدنیها میشود.
.3دیر پخته شدن و سفتی حبوبات با آب سخت از دیگر عوارض آن است.
.4آب سخت به جداره دیگهای بخار آسیب زده باعث خوردگی و ایجاد قشر آهکی بر
روی جداره دیگها و تأسیسات مرتبط میشود.
.5خوب کف نکردن صابون
103
آزمایش : 1تعیین سختی موقت ،دائمی و کل آب آزمایشگاه
قسمت اول :تعیین سختی دائم
موادموردنیاز -1 :کربنات سدیم 0/1نرمال - 2آب 0/2 N ،HCl -3
اورنج
وسایل موردنیاز -1 :شعله -2کاغذصافی -3ارلن -4بورت
شرح آزمایش cc 100 :آب شهر را برداشته و 20ccکربنات سدیم 0.1نرمال به آن
اضافه می کنیم .اجازه می دهیم که تمام آب بخارشده و فقط رسوب باقی
بماندپس ازآن که تمام آب بخارشد 20ccآب مقطر اضافه می کنیم وخوب هم می
زنیم وسپس محلول را صاف می کنیم .وقتی که محلول راصاف کردیم به محلول زیر
صافی 3تا 4قطره متیل اورنج اضافه کرده و سپس آن را با استفاده از HCl 0/2 N
تیترمی کنیم تا شناساگر تغیر رنگ از زرد به صورتی بدهد .حجم مصرفی اسیددراین
مرحله ) (V1است .
-4متیل
104
قسمت دوم :تعیین سختی دائم
موادموردنیاز -1 :کربنات سدیم 0/1نرمال -3 0/2 N ،HCl 2متیل اورنج
وسایل موردنیاز -1 :ارلن -2بورت
شرح آزمایش 20 cc :کربنات سدیم 0/1نرمال رابرداشته به کمک 0/2 ، HClنرمال
آن راتیترمی کنیم ( .البته قبل ازآن چندقطره متیل اورانژ به آن اضافه می کنیم ) .
حجم مصرفی اسید در این مرحله ) (V2است .
105
قسمت سوم :تعیین سختی موقت
موادموردنیاز -1 :آب -3 0/2 N ،HCl -2متیل اورنج
وسایل موردنیاز -1 :ارلن -2بورت
شرح آزمایش 100 cc :آب شهر بر می داریم و 3تا 4قطره متیل اورانژ ( معرف )
به آن اضافه می کنیم وسپس به کمک 0/2 ، HClنرمال آن راتیترمی کنیم .وقتی
که رنگ زرد به صورتی تبدیل شد به پایان تیترمی رسیم وحجم مصرفی اسید را
) (Vمی نویسیم .
106
محاسبه سختی دائم ،موقت و کل
سختی دائم :
سختی موقت :
107
آشنایی با وزن اتمی و روش های اندازه گیری وزن اتمی عناصر
آشنایی با مفاهیم وزن اتمی و جرم اتمی
روش های اندازه گیری وزن اتمی عناصر
آزمایش : 1اندازه گیری وزن اتمی منیزیم
108
آشنایی با مفاهیم وزن اتمی و جرم اتمی
اتم ها ذرات بسیار کوچکی هستند که توزین یکایک آنها غیر ممکن است.
دالتون برای این اندازه گیری مبنای سیستم خود را بر اتم هیدروژن گذاشت و جرم
سایر اتم ها را با آن مقایسه کرد و این مقادیر را اوزان اتمی نام گذاری کرد .بعدها
اکسیژن به عنوان عنصر استاندارد انتخاب شد و وزن اتمی آنرا 16در نظر گرفتند.
استاندارد امروزی اتم کربن
𝟐𝟏
𝑪𝟔
اتم کربن 𝑪𝟔𝟐𝟏 تعریف می شود.
109
است .واحد جرم اتمی یک دوازدهم
𝟏
( )
𝟐𝟏
جرم
جرم یک اتم در مقیاس مبتنی بر جرم اتم
𝟐𝟏
𝑪𝟔
که دقیقا 12uدر
نظر گرفته شده است بیان می شود.
وزن اتمی یک عنصر شامل جرم تمام ایزوتوپ های آن عنصر با
توجه به فراوانی طبیعی آنهاست.
وزن اتمی یا جرم اتمی برابر
amuیا uنشان می دهند
110
𝟏
( )
𝟐𝟏
جرم اتم کربن
𝟐𝟏
𝑪𝟔
است که با
روش های اندازه گیری وزن اتمی عناصر
-1روش های دستگاهی :با استفاده از دستگاه های تجزیه ای مثل MS
اسپکتروسکوپی به راحتی و بطور دقیق جرم اتمی بدست می آید.
-2استفاده از گرمای ویژه :مقادیر بدست آمده برای گرمایی ویژه بعض ی از فلزات
بر حسب نوع فلز ،تغییرات قابل مالحظه ای دارد .بعد از اندازه گیری تعداد زیادی
از عناصر این نتیجه مطرح شد که حاصلضرب جرم اتمی یک عنصر در گرمای
ویژه آن در حالت جامد مقدار ثابتی است.
این قانون ماهیت تقریبی دارد .
)𝟔 ثابت عدد تقریبا( ثابت مقدار ≅ اتمی جرم × ویژه گرمای
111
روش های آزمایشگاهی دیگر:
-1روش مستقیم :ترکیب مقدار مشخص عنصر ( مثال )Mgبا HClواکنش داده و
حجم دقیق گاز هیدروژن آزاد شده در شرایط متعارفی اندازه گیری می شود.
𝟐𝒍𝑪𝒈𝑴𝑴𝒈 + 𝟐 𝑯𝑪𝒍 → 𝑯𝟐 ↑ +
-2روش غیر مستقیم :عنصر با وزن اتمی نامشخص را با یک عنصر دیگر که وزن
اتمی آن مشخص است (مثال اکسیژن) ترکیب می کنند سپس با دانستن اتمهای دو
عنصر در ترکیب و افزایش وزن در اثر ترکیب می توان وزن اتمی عنصر اولیه را
مشخص کرد.
112
آزمایش : 1اندازه گیری وزن اتمی منیزیم
وسایل مورد نیاز :بوته چینی – چراغ گاز – ترازوی دقیق
مواد شیمیایی الزم :فلز منیزیم – اسید نیتریک غلیظ
شرح آزمایش :یک بوته چینی را 10دقیقه به آرامی حرارت داده و در دسیکاتور قرار
دهید تا سرد شود .بوته سرد شده را به دقت وزن کنید .مقدار دقیق 0/5گرم از فلز
منیزیم را وزن کرده در بوته بریزید .وزن دقیق بوته و منیزیم را یادداشت کنید .در زیر
هود مقدار 2/5س ی س ی اسیدنیتریک غلیظ به آن اضافه کرده و روی شعله قرار دهید
تا آب آن خشک شود .پس از آن درب بوته را گذاشته و شعله را زیاد کرده و بگذارید
کامال بسوزد .بعد از 25دقیقه بوته را داخل دسیکاتور قرار ذاذه تا خنک شود و در
نهایت آنرا وزن کنید .
113
به سواالت زیر پاسخ دهید
.1جدول را کامل کنید ( .محاسبات مربوط به تعیین وزن اتمی منیزیم را بنویسید.
.2فرمول تاثیر اسید نیتریک بر منیزیم را بنویسید.
اطالعات
مقادیر و
محاسب
ات
114
وزن بوته وزن بوته و وزن بوته
و اکسید
منیزیم
وزن
اکسید
وزن منیزیم در
اکسید
وزن اکسیژن
در اکسید
وزن اتمی
منیزیم
مقایسه با وزن
واقعی منیزیم
آشنایی با سینتیک شیمیایی
و بررس ی اثر عوامل مختلف بر روی آن
115
مفاهیم تئوری سرعت واکنش و بررس ی عوامل مختلف بر روی آن
آزمایش : 1بررس ی تاثیر غلظت بر سرعت واکنش های شیمیایی
آزمایش : 2بررس ی تاثیر دما بر سرعت واکنش های شیمیایی
آزمایش : 3بررس ی اثر ماهیت مواد بر سرعت واکنش های شیمیایی
مفاهیم تئوری سرعت واکنش و بررس ی عوامل مختلف بر روی آن
منظور از سرعت واکنش شیمیایی ،روند تبدیل واکنشدهندهها به فرآوردهها ،در
یک بازهی زمانی است .یکی از اهداف شیمیدانها افزایش سرعت واکنشهای
مطلوب ،و کاهش سرعت واکنشهای نامطلوب است.
برای آنکه یک واکنش شیمیایی انجام شود باید ذرات واکنش دهنده به هم برخورد
کنند .این برخورد باید دارای «انرژی» و «جهت» مناسبی باشد ،تا منجر به شکسته
شدن پیوندهای شیمیایی بین ذرات واکنشدهندهها گردد.
116
سرعت واکنش ،عبارت از تغییر غلظت هر یک از مواد اولیه یا مواد
حاصل نسبت به زمان انجام واکنش است.
117
سرعت یک واکنش شیمیایی به 5عامل مهم بستگی دارد
)1نوع مواد شرکت کننده در واکنش
)2غلظت مواد شرکت کننده در واکنش
)3دمای واکنش
)4کاتالیزگر
)5سطح تماس
118
آزمایش : 1بررس ی تاثیر غلظت بر سرعت واکنش های شیمیایی
در این ازمایش اثر غلظت مواد اولیه بر سرعت واکنش بررس ی می شود .از واکش ی
بین پتاسیم یدات و سدیم سولفیت در محیط اسیدی استفاده می کنیم.
IO3+ 5 SO3 + 2H ---> 5 SO4 + H2O +I2
در این واکنش اگر غلظت یون یدات در محلول کافی باشد تمام یونهای سولفیت
موجود در محلول اکسید و به یون سولفات تبدیل می شود و در نتیجه ید ازاد می
شود.چون محلول ید حتی در غلظت های کم در مجاورت نشاسته به رنگ ابی در می
اید می توان از روی شدت و زمان تغییر رنگ محلول به سرعت واکنش پی برد.
119
روش کار:
-1در داخل ارلن مایر توسط پیپت ml 10از محلول پتاسم یدات 0.2موالر می
ریزیم و با استوانه مدرج cc 80اب مقطر به ان اضافه می کنیم .کرنومتر را بر
داشته و با فشار دکمه مخصوص عقربه ان را روی صفر ثابت می کنیم.سپس با
پیپت ml 10محلول سولفیت نشاسته تهیه شده را بر داشته و طوری ان را به
محلول داخل ارلن اضافه می کنیم که به محض خالی شدن پیپت دکمه کرنومتر را
فشار داده و ان را به کار می اندازیم.به محض این که رنگ ابی ظاهر شد کرنومتر را
متوقف و زمان خوانده شده را یادداشت می کنیم.
-2ازمایش باال را بامقادیر داده شده در جدول انجام می دهیم.
120
به سواالت زیر پاسخ دهید
.1نتایج حاصل را بر روی نمودار غلظت – زمان رسم کنید و به همراه پاسخ
سواالت مطرح شده در گزارش کار خود بیاورید.
.2علت آبی شدن رنگ محلول را بنویسید.
.3دالیل اثر غلظت بر سرعت واکنش شیمیایی را بیان کنید.
121
آزمایش : 2بررس ی تاثیر دما بر سرعت واکنش های شیمیایی
در این ازمایش غلظت محلول را ثابت نگه می داریم و فقط دما را تغییر می
دهیم و تاثیر ان را در سرعت واکنش مورد مطالعه قرار می دهیم.برای این
منظور از واکنش اسید سولفوریک با سدیم تیوسولفات استفاده می
کنیم.معادله واکنش به صورت زیر است:
NA2S2O3 + H2SO4 -----> NA2SO4 + SO2 + S + H2O
بر اثر انجام این ازمایش گوگرد شیری رنگ ازاد می شود و محلول را کدر می
کند.
122
روش کار:
-1ابتدا 10از محلول تیوسولفات 0/5موالر را با پیپت برداشته و درون یک لوله
ازمایش می ریزیم .لوله ازمایش را در داخل بشر قرار داده و در داخل بشر انقدر اب
می ریزیم تا سطح اب از سطح محلول داخل لوله ازمایش باالتر باشد پس از ان
ترمومتر را داخل لوله ازمایش قرار می دهیم و منتظر می شویم تا دمای ترمومتر
ثابت شود در این موقع دقیقا 1س ی س ی محلول اسید سولفوریک 3موالر توسط
پیپت برداشته و داخل لوله می ریزیم و هم زمان با ان کرنومتر را به کار می اندازیم و
به محض ظاهر شدن گوگرد و کدر شدن رنگ محلول کرنومتر را متوقف می کنیم و
زمان طی شده را یادداشت می کنیم.
123
-2لوله ازمایش را خالی کرده و تمیز می کنیم و ترمومتر را هم می شوییم و سپس
دوباره 10س ی س ی از محلول تیوسولفات 0/5در ان ریخته و مثل دفعه قبل لوله
ازمایش را همراه با ترمومتر داخل بشر پر از اب قرار می دهیم و ان را حرارت می
دهیم با ترمومتر محلول داخل لوله ازمایش را به هم می زنیم .هنگامی که دمای
داخل ان در 35درجه ثابت شد حرارت را قطع می کنیم و محلول را هم می زنیم تا
دمای ان در 35درجه ثابت بماند و دقیقا 1س ی س ی از محلول اسید سولفوریک
3موالر به ان اضافه می کنیم و با کرنومتر مثل دفعه قبل زمان پدیدار شدن رنگ
شیری گوگرد را یادداشت می کنیم.
-3این ازمایش را با دماهای 55 ، 45و 65درجه سانتی گراد تکرار کنید.
124
به سواالت زیر پاسخ دهید
.1نتایج حاصل را بر روی نمودار دما – زمان رسم کنید و به همراه پاسخ
سواالت مطرح شده در گزارش کار خود بیاورید.
.2علت کدر شدن رنگ محلول را بنویسید.
.3واکنش میان تیوسولفات و اسید سولفوریک را بنویسید.
.4دالیل اثر دما بر سرعت واکنش شیمیایی را بیان کنید.
125
آزمایش : 3
بررس ی اثر ماهیت مواد بر سرعت واکنش های شیمیایی
ماهیت و ساختار مولکولی مواد واکنشگر و محصوالت تولیدی می تواند به دو دلیل بر
سرعت واکنش های شیمیایی اثر بگذارد :
-1هر چه مقاومت پیوندهای اولیه که باید شکسته شوند کمتر و نیز مقاومت پیوندهای
جدیدی که تشکیل می شوند بیشتر باشد سرعت واکنش شیمیایی افزایش خواهد یافت
-2شکل و اندازه مولکول های واکنشگر و محصوالت تولیدی در تعیین سرعت اثر دارند
به طوری که هرچه مولکول ها کوچکتر و ساده تر باشند به دلیل اینکه احتمال برخورد
های مؤثر بین مولکولی بیشتر می شود ،سرعت واکنش های شیمیایی هم افزایش می یابد.
126
وسایل مورد نیاز :بشر – استوانه مدرج – کرنومتر
مواد مورد نیاز :اسید سولفوریک 0/5موالر – تیوسولفات سدیم 0/5موالر –
نیترات نقره 0/5موالر – کلرید سدیم 0/5موالر
شرح آزمایش :
5 -1س ی س ی اسید سولفوریک 0/5موالر را داخل استوانه مدرج ریخته و 5س ی س ی
محلول تیوسولفات سدیم 0/5موالر به آن اضافه کنید و زمان را از لحظه اضافه
کردن آن تا هنگام کدر شدن رنگ محلول اندازه گیری کنید(T1) .
127
5 -2س ی س ی محلول نیترات نقره 0/5موالر را داخل استوانه مدرج ریخته و 5س ی
س ی محلول کلرید سدیم 0/5موالر به آن اضافه کنید و زمان را از لحظه اضافه
کردن آن تا هنگام کدر شدن رنگ محلول اندازه گیری کنید(T2) .
به سواالت زیر پاسخ دهید
-1علت کدر شدن رنگ محلول در هر دو مرحله آزمایش را بنویسید.
-2دالیل اثر ماهیت مواد بر سرعت واکنش های شیمیایی را بنویسید.
128