تصفیه آب

عوامل موثر بر کیفیت آب های زیرزمینی:

الف- مواد معدنی محلول که از انحلال بی کربنات ها، سولفات های کلسیم و منیزیم، نیترات ها و کلریدهای سدیم، پتاسیم، کلسیم و منیزیم و به میزان متفاوت در آب ها وجود دارند.

ب- مواد آلی شامل بقایای مواد آلی فساد پذیر و پاک کننده ها.

ج- گازهای شامل اکسیژن، ازت،گازکربنیک، هیدروژن سولفید و دی اکسید گوگرد.

تصفیه آب

عوامل موثر بر کیفیت آب های سطحی:

الف- نزولات جوی:شامل گازهای محلول در هوا،ذرات معلق ناشی از دودکش  کارخانجات، گرد و غبار ذرات رادیواکتیو، بقایای گیاهی و حیوانی، میکروارگانسیم های سطح زمین، رس،گل و لای و سایر ذرات معدنی.

ب-پساب های صنعتی:شامل باقیمانده ی شیمیایی نظیراسیدها، قلیاها و دیگر موادشیمیایی، مواد آلی تجزیه شده بوسیله ی موجودات زنده نظیر کربوهیدرات،چربی ها، پروتئین ها و بالاخره یون های فلزی.

ج- پساب های کشاورزی:شامل باقی مانده ی کودهای شیمیایی، سموم دفع آفات نباتی، علف کش ها و قارچ کش ها.

د- پساب های خانگی: شامل بقایای مواد غذایی نظیر روائد گوشت، رغن، نان، سبزیجات  میوه جات،تکه های کاغذ، پلاستیک، شیشه، فلز و مواد شوینده و پاک کننده.

تصفیه آب

کیفیت آب

آب بعنوان فراوان ترین ماده موجود در طبیعت، با توجه به قدرت حلالیت آن هیچ وقت به صورت خالص در طبیعت یافت نمی شود. زیرا علاوه بر انحلال مواد موجود در بستر خود، شرایط اقلیمی از قبیل نزولات جوی و سیلاب ها و آلودگی هایی که از سوی بشر به طور مستقیم وغیر مستقیم  با افزودن فاضلاب های صنعتی، کشاورزی و ... ایجاد می شود،باید مورد توجه قرار گیرد.

تصفیه آب

- آلودگی آب ها

باران و برف در مجاورت کره زمین با گرد و غبار،اسپری قارچ ها، دودکارخانه ها مخلوط شده و در سطح زمین با گیاهان پوسیده، حیوانات مرده و مواد آلی و معدنی مخلوط  می شود و سپس با جریان های زمینی و زیرزمینی آب را تشکیل میدهد. بطور کلی موادی که در آب های طبیعی یافت میشود را میتوان به دو گروه محلول و نامحلول طبقه بندی کرد:

1- موادنامحلول یا مواد معلق(Suspended solids):در برخی از موارد ممکن است خاک رس، خرده های بسیار ریز شن و مواد غیر محلول معدنی در آب به صورت معلق وجود داشته باشند که در اثر ساکن شدن آب تبدریج ته نشین میگردند. ولی بعضی از آنها به صورت مواد کلوئیدی در آب باقی می مانند که ایجاد کدورت و تیرگی  به طور کلی تغییرات خواص ظاهری(آلودگی فیزیکی)آب میشود. میتوان این مواد را با تصفیه ی فیزیکی از آب جدا کرد.

2- مواد محلول:

الف- مواد جامد محلول در آب های طبیعی(Total Dissolved Solids):

با در نظر گرفتن قدرت حلالیت زیاد آب،نمکهای مختلف غشاء زمین کم و بیش در آب ها دیده می شوند و میزان وجود آن ها بستگی به جریان آب، سطح  و زمان تماس و ترکیب ساختمان منطقه لایه های دارد که آب در آن ها نفوذ کرده و عبور نموده است. این مواد را نمی توان با روش فیزیکی تصفیه از آب جدا کرد.

املاح کلسیم، منیزیم و سدیم تقریباً در تمام آبها به صورت بی کربنات، سولفات، کلرور یا سیلیکات وجود دارد و ممکن است به صورت زیر باشد:

1- کلرور سدیم تقریباً در تمام آب ها وجود دارد.

2- بی کربنات کلسیم)HCo) :Caاین جسم از اثر گاز کربنیک بر کربنات کلسیم بوجود می آید و سبب قلیایی شدن آب میگردد.

3- بی کربنات منیزیم)HCo):Mgاین نمک مانند بی کربنات کلسیم از اثر گاز کربنیک بر کربنات منیزیم حاصل میشود و سبب قلیائی شدن آن می گردد.

4- سولفات کلسیم:در اثر عبور آب از زمین های گچی وارد آب میشود  تا حدود 2گرم در لیتر میتوانند در آب حل شود. باید توجه داشت این نمک بر خلاف اکثر املاح حلالیت آن در آب های سرد بیشتر از آب های گرم میباشد.

5- سولفات منیزیم:همراه سولفات کلسیم در آب ها وجود دارد ولی مقدار آن خیلی کم است. املاح منیزیم در آب ایجاد تلخی می کند. مقدار آن در آب دریاها تا حدود20گرم در لیتر می رسد.املاح دیگری که ممکن است در آب یافت شوند ولی مقدار آنها از ترکیبات ذکر شده کمتر است از این قرار میباشند:

1- نیترات سدیم، کلسیم و منیزیم:وجود نیترات در آب ممکن است از طریق حل شدن این اجسام ضمن عبور آب از قشر زمین های شورشه زار باشد و یا در اثر ایجاد گازهای اکسید ازت و ترکیب آنها با آب و سپس اثر اکسیدهای حاصل برکرنباتهای زمین طبق فرمول های ذیل مصر ،آبهایی که میزان نیترات آنها زیاد باشد. سبب تحریک معده و کلیه می شود.

 

2-کلرور کلسیم

3- سولفات سدیم

4- کربنات سدیم به ندرت در آب های سطحی دیده می شود ولی بعضی از آب های معدنی دارای کربنات سدیم بوده و این آب ها شدیداً قلیایی هستند.

5- املاح آهن و منگتر که به صورت سولفات و بی کربنات در آب وجود دارد.

6- سیلیکات ها، سیلیس به شکل سیلیکات و اسید سیلیسیک در بیشتر آبها وجود دارد . ولی مقدار آن بسیار کم است.

7- فلوئورها: فلوئورها که از حل شدن ترکیبات معدنی فلوئور از قبیل کریولیت به میزان کم در آب های طبیعی وجود دارد.

ب- مواد گازی شکل محلول:

ترکیب گاز با آب بیشتر در هوا انجام می گیرد که مهمترین آنها اکسیژن و گاز کربنیک است.به همین دلیل آب های سطحی دارای اکسیژن زیاد و انیدریک کربنیک کم میباشند. زیرا هوا مقدار بسیار کم ایندریدکربنیک دارد. اکسیژن آبهای زیر زمینی در اثر اکسیداسیون مواد آلی یا واکنشهایی با مواد معدنی کم میشود. بر عکس در نتیجه ی تجزیه ی مواد آلی و انحلال گز کربنیک حاصل، گاز کربنیک این آب ها زیاد می شود. خلاصه اینکه این گاز با جوشاندن آب به آسانی از آن خارج می گردد. لذا گازهای محلول در آب را نباید جزو املاح محلولT.D.Sبشمار آورد.

تصفیه آب

اهمیت و خواص آب

آب ترکیبی پایدار از یک حجم اکسیژن و دو حجم هیدروژن است و حدود75-70% سطح زمین را به صورت اقیانوس،دریا،دریاچه و رودخانه پوشانیده است. بعلاوه به مقادیر زیاد در زیر زمین یافت می شود.آب مهمترین حلالی است که تاکنون یافت شده است و بسیاری از جامدات،مایعات و گازها را در خود حل می کند آب تنها ترکیبی است که در طبیعت به صورت جامد،مایع و گاز یافت میشود.

به طور کلی70%وزن بدن را آب تشکیل میدهد. در بسیاری از واکنشهای شیمیایی وارد میشود و در صنعت و کشاورزی نقش مهمی بر عهده دارد. مثلاً برای تهیه ی یک تن سیمان سه متر مکعب و برای تهیه ی یک تن کاغذ حدود چهارمترمکعب آب لازم است.

آب مایعی است شفاف، روشن و بیرنگ. نقطه ی انجماد آن(تحت فشار یک اتمسفر)صفر درجه سانتی گراد و نقطه ی جوش آن در همین شرایط صد درجه ی سانتیگراد است.

اکثر اجسام در اثر گرما با زیادشدن حجم و کم شدن دانسیته روبرو می شوند،ولی آب دارای خواص کاملاً غیر معمول در این مورد می باشد و ماکزیمم وزن مخصوص خو را دربدست آورد و پائین تر یا بالاتر از این درجه حرارت،حجم آن کمی اضافه شده وبا کمبود وزن مخصوص روبرو میشود.

آب یکی از عمیق ترین پدیده های آفرینش است. آب از دو عنصری که در دمای معمولی گاز هستند تشکیل یافته است. هیدروژن عنصری است که می سوزد در حالیکه اکسیژن برای سوزاندن لازم است و این در حالی است که برای خاموش کردن آتش در بسیاری از موارد از آب استفاده می شود.

آب گواراترین نوشیدنی است اما آب سنگین()که فقط به جای هیدروژن،دو تریم یعنی ایزوتوپ آن، جایگزین شده است،یک ماده سمی است.

آب یک سرمایه ملی است. تا بیست سال پیش مهمترین سرمایه ی ملی کشورهای، انرژی بود اما در آینده  ای نه چندان دور آب را با نفت معاوضه خواهند کرد. برای آنکه این تصور از آینده، زیاد دور از ذهن نباشد، کافی است که به این نکته توجه کنیم که برای انرژی،بجز نفت،جایگزین های نه چندان ارزان تری دردسترس بشر است جایگزینی برای آب فعلاً وجود ندارد و امروزه تأکید بر صرفه جویی و استفاده ی بهینه از منابع آب است. کمتر کارخانه ای است که با آب سروکار نداشته باشد و در عین حال آب مسأله ساز بسیاری از کارخانه ها است.آب علاوه بر این که مایه حیات انسان، حیوان و نبات است، محیط خوبی برای رشد و نمو میکروب های مفید و مضر و عامل موثری برای انتشار میکروبهااست.

تصفیه آب

تاریخچه و اهمیت آب

آب را از قدیم منشأ و مبدأ همه چیز می دانستند و بعضی ملل قدی مانند ایرانیان باستان آن را مقدس دانسته و بای لطافت و پاکیزگی و بهداشت آب، جلوگیری ازبیماری های ناشی از آلودگی آن دستورها و قوانین خاصی وضع کرده بودند.ایرانیان در قدیم با ایجاد قنوات از آب های زیر زمینی استفاده می کردند و تعداد قنوات در ایران بسیار زیاد بوده ومی گویند در شهرنیشابور قبل از حمله مغول چندین هزار رشته قنات وجود داشته است.

پس از عمومیت یافتن فرضیه های پاستوری دقت دانشمندان اروپایی متوجه میکروب های آب شد و معلوم گردید که آب ممکن است اپیدمی های متعدد بارآورد و از آن روز بهداشت آب بسیار مورد توجه قرار گرفت و اقداماتی جهت تأسیسات لولکشی و تصفیه و تأمین آب آشامیدنی بعمل آمد. به علاوه تصفیه ی آب موضوع تازه ای نبود بلکه بشر از سده های بسیار قدیم به آن آشنایی داشت است؛مثلاً چهار هزار سال قبل چینی ها و مصری ها زاج را در تغارهای آب برای زلال شدن آن می ریخته اند. در ایران از سال 1301اقداماتی برای لوله کشی شهرها شروع شد و امروزه اکثر نقاط ایران دارای آب لوله کشی هستند.

تعیین جرم مولکولی از طریق کاهش نقطه انجماد

v\:* {behavior:url(#default#VML);} o\:* {behavior:url(#default#VML);} w\:* {behavior:url(#default#VML);} .shape {behavior:url(#default#VML);}

Normal 0 false false false EN-US X-NONE FA MicrosoftInternetExplorer4 /* Style Definitions */ table.MsoNormalTable {mso-style-name:"Table Normal"; mso-tstyle-rowband-size:0; mso-tstyle-colband-size:0; mso-style-noshow:yes; mso-style-priority:99; mso-style-qformat:yes; mso-style-parent:""; mso-padding-alt:0cm 5.4pt 0cm 5.4pt; mso-para-margin:0cm; mso-para-margin-bottom:.0001pt; mso-pagination:widow-orphan; font-size:11.0pt; font-family:"Calibri","sans-serif"; mso-ascii-font-family:Calibri; mso-ascii-theme-font:minor-latin; mso-fareast-font-family:"Times New Roman"; mso-fareast-theme-font:minor-fareast; mso-hansi-font-family:Calibri; mso-hansi-theme-font:minor-latin; mso-bidi-font-family:Arial; mso-bidi-theme-font:minor-bidi;}

  موضوع آزمایش:

تعیین جرم مولکولی از طریق کاهش نقطه انجماد

 

 

هدف آزمایش:

آشنایی با نزول نقطه انجماد و چگونگی تأثیر مواد غیرالکترولیت بر آن وتعیین جرم مولکولی اجسام با استفاده از میزان کاهش نقطه انجماد.

هدف آزمایش: آشنایی با نزول نقطه انجماد و چگونگی تأثیر مواد غیرالکترولیت بر آن وتعیین جرم مولکولی اجسام با استفاده از میزان کاهش نقطه انجماد.

تئوری آزمایش:

خواص کولیگاتیو:

برخی از خواص محلولها به جای ماهیت محلول ، به غلظت ذرات ماده حل شده بستگی دارد. این خواص را خواص کولیگاتیو می‌نامند. برای محلولهایی که شامل ماده حل شده غیر فرار هستند، این خواص عبارتند از: کاهش فشار بخار ، نزول نقطه انجماد ، صعود نقطه جوش و فشار اسمزی.

نگاه کلی

همه ما با خواص کولیگاتیو محلولها در زندگی روزمره سرو کار داریم، بدون این که اصطلاح علمی آن را بدانیم و یا علت وقوع چنین پدیده‌‌‌‌‌‌هایی را بتوانیم توضیح دهیم. به‌عنوان مثال ، در تهیه مربا و شربت به صورت علمی تجربه کرده‌ایم که محلول آب و شکر دیرتر از آب خالص می‌جوشد یا محلول آب و نمک و آب و شکر در دماهای پایینتر از دمایی که آب خالص یخ می‌بندد، منجمد می‌شوند. وقتی در رادیاتور ماشین برای جلوگیری از انجماد آب ، ضد یخ اضافه می‌کنیم، از پدیده نزول نقطه انجماد استفاده کرده‌ایم.

پدیده اسمز در بسیاری از فرآیندهای زیستی نقش اساسی دارد. مواد غذایی و زائد با عمل اسمز از میان دیواره سلولهای بافتهای حیوانی عبور داده می‌شوند. سلولهای خونی در محلولهای غلیظ ، آب از دست داده‌ ، چروکیده می‌شوند. به همین دلیل ، باید محلولهای غذایی تزریقی به داخل سیاهرگ ، باید دقیقا طوری تنظیم شود که فشار اسمزی خون (در حدود 7.7 اتمسفر) برابر باشد.

دیواره سلولهای گیاهی و جانوری به‌عنوان غشاهای نیمه‌تراوا عمل می‌کنند و در محلولهای قندی و نمکی ، آب از دست داده ، چروکیده می‌شوند. در زیر برخی از خواص کولیگاتیو را بررسی می‌کنیم.

کاهش فشار بخار

فشار بخار تعادل حلال بالای یک محلول کمتر از حلال خالص است. به تجربه دیده شده است که محلولهای آبی غلیظی مانند آب قند ، آهسته‌تر از آب خالص تبخیر می‌شوند و این نشان‌دهنده کاهش فشار بخار آب بر اثر وجود ماده حل شده است. اگر غلظت ماده حل شده به حد کافی زیاد باشد، بخار موجود در اتمسفر ، مایع شده ، بعد از ورود به محلول ، آن را رقیق خواهد کرد. بررسی میزان کاهش فشار بخار نشان می‌دهد که این کاهش ، یک خاصیت کولیگاتیو حقیقی است و مستقیما به غلظت ماده حل شده بستگی دارد و مستقل از ماهیت مولکولهای حل شده است.

رابطه بین فشار بخار حلال و غلظت را می‌توان به این صورت بیان کرد:

P˚1 - P1 = X2 P˚1

کمیت P˚1 - P1 ، اختلاف بین فشار بخار حلال در مایع خالص و در محلول است و همان ، کاهش فشار بخار خواهد بود. بنابراین:

VPL =X˚2P1 ) کاهش فشار بخار(

در این معادلات P1 فشار بخار حلال روی محلول ، X1 کسر مولی حلال در محلول و P˚1 فشار بخار حلال خالص در همان دما ، X2 جزء مولی ماده حل شده.

صعود نقطه جوش

محلولی از ماده حل شده غیر فرار همواره در دمای بالاتر از نقطه جوش حلال می‌جوشد. در محلولهایی که رقیق هستند، صعود نقطه جوش مستقیما به غلظت ماده حل شده بستگی دارد. صعود نقطه جوش محلولهایی را که مواد حل شده آنها غیر فرار هستند، می‌توان بر حسب کاهش فشار بخار توجیه کرد. چون محلول مذبور در هر دمایی فشار بخاری کمتر از فشار بخار حلال خالص دارد، محلول مذبور باید برای جوش آمدن به دمای بالاتری برسد، یعنی رسیدن به این دما قبل از این که فشار بخار محلول برابر با فشار بیرون باشد، صورت گیرد. صعود نقطه جوش در یک محلول را از رابطه زیر بدست می‌آورند:

Tb = Kb X m∆

در این معادله Tb∆ صعود نقطه جوش بر حسب درجه سیلسیوس ، m مولالیته و Kb ثابت مربوط به حلال مورد نظر است. Kb برای آب 0.52 درجه می‌باشد. یعنی نقطه جوش یک مولال آبی ماده حل شده غیر فرار (قند و اوره ...) 0.52 بیشتر از نقطه جوش آب است.

نزول نقطه انجماد

محلولهای شامل مقدار کمی از ماده حل شده در دماهای پایینتر از حلال خالص منجمد یا ذوب می‌شوند. شیمیدانها از این روش برای بررسی خلوص جامداتی که در آزمایشگاه تهیه کرده‌اند، استفاده می‌کنند. با مقایسه نقطه ذوب نمونه تهیه شده با نمونه خالص ، میزان ناخالصی موجود در نمونه را حدس می‌زنند.

نزول نقطه انجماد هم مانند صعود نقطه جوش ، نتیجه مستقیم کاهش فشار بخار حلال بر اثر حضور ماده حل شده است. نقطه انجماد یک محلول دمایی است که در این دما فشار بخار حلال موجود در محلول مانند فشار بخار حلال جامد خالص است. این موضوع نشان می‌دهد که هنگام انجماد محلول ، حلال خالص (مثل یخ) جدا خواهد شد و در عمل هم این اتفاق می‌افتد. نزول نقطه انجماد هم متناسب با غلظت ماده حل شده است و از این رابطه بدست می‌آید:

Tf = Kf X m∆

در این معادله Tf∆ صعود نقطه جوش بر حسب درجه سیلسیوس ، m غلظت مولال و Kf ثابت مربوط به حلال مورد نظر است.

فشار اسمزی

اگر دو ظرف که یکی حاوی آب خالص و دیگری یک محلول آبی قند باشد، در یک محفظه قرار داده شوند، با گذشت زمان ، سطح مایع در بشر شامل محلول بالا می‌رود، در حالیکه سطح آب خالص پایین می‌آید. در نتیجه ، در اثر تبخیر و میعان ، همه آب به محلول منتقل می‌شود. این اثر ناشی از اختلاف فشار بخار آب در دو بشر است که آب خود به خود از ناحیه‌ای که فشار بخارش بالاست، به نقطه‌ای که فشار بخارش پایین است، منتقل می‌شود. هوای داخل محفظه نسبت به مولکولهای آب تراوا می‌باشد.

غشاهایی وجود دارد که نسبت به مولکولهای حلال (مثل آب) تراوا هستند. اما مانع عبور مولکولهای ماده حل شده می‌شوند. فرآیندی را که طی آن ، فقط حلال از غشای تراوا نفوذ می‌کند، اسمز معکوس می‌نامند. با اعمال فشار بر محلول ، می‌توان مانع عبور مولکولهای آب از درون غشا به محلول مزبور شد. مقدار فشار برونی که بتواند مانع عمل اسمزی شود، به نام فشار اسمزی محلول معروف است. فشار اسمزی یک محلول رقیق ، یکی از خواص کولیگاتیو می‌باشد، زیرا با غلظت ماده حل شده نسبت مستقیم دارد و مستقل از ماهیت ماده حل شده است. فشار اسمزی از رابطه زیر حساب می‌شود:

π = MRT

در این معادله ، π فشار اسمزی بر حسب اتمسفر ، M مولاریته ، R ثابت جهانی گازها (0.0821Lit.atm/mol˚K) و T دما بر حسب کلوین می‌باشد. چون M = n/V که در آن n تعداد مولها و V حجم هستند، بنابراین πV = nRT .

فشار بخار:

فشار هر بخار در حالت تعادل با مایع خود در دمای معین را فشار بخار تعادل آن مایع می‌نامیم

حالت تعادل

اگر مایعی در یک ظرف سربسته بخار شود، مولکولهای بخار نمی‌توانند از نزدیکی مایع دور شوند و تعدادی از مولکولهای بخار ضمن حرکت نامنظم خود ، به فاز مایع بر می‌گردند. این فرآیند را برای آب می‌توان با پیکان دوگانه نشان داد:

H2O(l)→H2O(g)

سرعت برگشت مولکولهای بخار به فاز مایع ، به غلظت مولکولها در بخار بستگی دارد. هر چه تعداد مولکولها در حجم معینی از بخار باشد، تعداد مولکولهایی که به سطح مایع برخورد کرده ، مجددا گیر می‌افتند، بیشتر خواهد بود. در آغاز ، چون تعداد کمی مولکول در بخار وجود دارد، سرعت بازگشت مولکولها از بخار به مایع کم است. ولی ادامه تبخیر ، موجب افزایش غلظت مولکولها در بخار می‌شود و در نتیجه ، سرعت تراکم افزایش می‌یابد.
سرانجام ، سیستم به حالتی می‌رسد که در آن حالت ، سرعت تراکم و تبخیر برابر می‌شود. حالتی که در آن ، سرعتهای دو تمایل مخالف ( تبخیر و تراکم ) با هم برابر می‌شوند، حالت تعادل نامیده می‌شود.

وضعیت مولکولها در حالت تعادل

در حالت تعادل ، غلظت مولکولها در فاز بخار ثابت است، زیرا مولکولها با همان سرعتی که بر اثر تراکم ( میعان ) از فاز بخار خارج می‌شوند، بر اثر تبخیر در این فاز وارد می‌شوند. به همین منوال ، مقدار مایع نیز در حالت تعادل ثابت است، زیرا مولکولها با همان سرعتی که به مایع برمی‌گردند، بر اثر تبخیر آن را ترک می‌کنند.

باید توجه داشت که حالت تعادل ، دال بر این نیست که هیچ حادثه ای رخ نمی‌دهد؛ در هر سیستمی ، ثابت ماندن تعداد مولکولها در هر یک از دو فاز مایع و بخار نه به‌علت متوقف شدن تبخیر و تراکم ، بلکه به علت برابری این دو تغییر متقابل است.

فشار بخار و حالت تعادل

چون در حالت تعادل ، غلظت مولکولها در فاز بخار ثابت است، فشار بخار نیز ثابت است. فشار هر بخار در حالت تعادل با مایع خود در دمای معین را فشار بخار تعادل آن مایع می‌نامیم. فشار بخار هر مایع ، تابع دماست و با افزایش آن زیاد می‌شود. افزایش دما با افزایش فشار بخار همراه است. فشار بخار در دمای بحرانی است. بالاتر از دمای بحرانی تنها یک فاز می‌تواند وجود داشته باشد، یعنی فازهای گاز و مایع متمایز از یکدیگر نیستند.

فشار بخار و نیروهای جاذبه بین مولکولی

مقدار فشار بخار یک مایع ، معیاری از قدرت نیروهای جاذبه بین مولکولی آن مایع را بدست می‌دهد. مایعاتی که نیروهای جاذبه قوی دارند، فشار بخار آنها کم است. در ˚ 20 سانتی‌گراد ، فشار بخار آب ، اتیل الکل و دی اتیل اتر به ترتیب 0.023 atm 0,058 ، atm و 0.582 atm است. از این رو ، نیروهای جاذبه در آب قویترین و در دی‌اتیل اتر ضعیف‌ترین است.

فشار اسمزی:

برخی از محلولها که دارای مواد حل شده غیرفرار هستند، می‌توانند در عبور از غشایی که نسبت به یکی از مواد تشکیل دهنده محلول تراوا است، تغییر غلظت دهند. این پدیده که تحت خاصیتی به نام فشار اسمزی ایجاد می‌شود، به پدیده اسمز معروف است.

دید کلی

بعضی از خواص محلولها اساسا به غلظت ذرات حل شده ، نه به ماهیت این ذرات ، بستگی دارد. این خواص را خواص غلظتی (Colligative) می‌نامند. یکی از این خواص ، برای محلولهای دارای مواد حل شده غیر فرار ، عبارت از «فشار اسمزی» است. عامل ایجاد فشار اسمزی ، ذرات و حرکات جسم حل شونده است.

ماهیت فشار اسمزی

غشایی مانند سلوفان که برخی از مولکولها ، نه همه آنها ، را از خود عبور می‌دهد، غشای نیمه تراوا نامیده می‌شود. غشایی را در نظر می‌گیریم که بین آب خالص و محلول قند قرار گرفته است. این غشا نسبت به آب ، تراوا است، ولی «ساکارز» (قند نیشکر) را از خود عبور نمی‌دهد. در شروع آزمایش ارتفاع آب در بازوی چپ لوله U شکل برابر با ارتفاع محلول قند در بازوی راست این لوله است. از این غشا ، محلولهای قند نمی‌توانند عبور کنند، ولی مولکولهای آب در هر دو جهت می‌توانند عبور کنند.

در بازوی چپ لوله فوق (بازویی که محتوی آب خالص است)، تعداد مولکولهای آب در واحد حجم بیش از تعداد آنها در بازوی راست است. از اینرو ، سرعت عبور مولکولهای آب از سمت چپ غشا به سمت راست آن بیشتر از سرعت عبور آنها در جهت مخالف است. در نتیجه ، تعداد مولکولهای آب در سمت راست غشا بتدریج زیاد می‌شود و محلول قند رقیق‌تر می‌گردد و ارتفاع محلول در بازوی راست لوله U زیاد می‌شود. این فرایند را اسمز می‌نامند.

اختلاف ارتفاع در سطح مایع در دو بازوی لوله U ، اندازه فشار اسمزی را نشان می‌دهد. بر اثر افزایش فشار هیدروستاتیکی در بازوی راست که از افزایش مقدار محلول در این بازو ناشی می‌شود، مولکولهای آب از سمت راست غشا به سمت جپ آن رانده می‌شوند تا اینکه سرانجام سرعت عبور از سمت راست با سرعت عبور از سمت چپ برابر گردد. بنابراین حالت نهایی یک حالت تعادلی است که در آن ، سرعت عبور مولکولهای آب از غشا در دو جهت برابر است.

اسمز معکوس

اگر بر محلول بازوی سمت راست ، فشاری بیش از فشار تعادلی وارد شود، آب در جهت مخالف معمول رانده می‌شود. این فرایند که «اسمز معکوس» نامیده می‌شود، برای تهیه آب خالص از آب نمک‌دار بکار می‌رود.

تشابه اسمز و نفوذ

بین رفتار مولکولهای آب در فرایند اسمز و رفتار مولکولهای گاز در فرایند نفوذ ، تشابهی وجود دارد. در هر دو فرایند ، مولکولها از ناحیه غلیظ‌تر به ناحیه رقیق‌تر نفوذ می‌کنند.

معادله وانت هوف

یاکوب وانت هوف در سال 1887 رابطه زیر را کشف کرد:

Πv=nRT

که این رابطه برای محلولهای ایده‌آل می‌باشد. در این رابطه ، π فشار اسمزی (برحسب اتمسفر) ، n تعداد مولکولهای ماده حل شده در حجم V (برحسب لیتر) ،T دمای مطلق و R ثابت گازها (0،08206L.atm/K.mol) است. تشابه بین این معادله و معادله حالت یک گاز ایده‌آل ، کاملا مشخص است. این رابطه را می‌توان به صورت زیر نوشت:

Π= MBRT

که در آن M__ مولاریته محلول است. وانت هوف به خاطر این کشف ، جایزه نوبل شیمی سال 1901 را از آن خود کرد.

نقش فرایند اسمز در پدیده‌های طبیعی

اسمز در فرایندهای فیزیولوژیکی گیاهی و حیوانی نقش مهمی دارد. عبور مواد از غشای نیمه تراوای سلول زنده ، کار کلیه‌ها و بالا رفتن شیره گیاهی در درختان ، مهمترین نمونه‌های اسمز است. غشای گلبولهای قرمز از نوع نیمه تراوا است. اگر گلبولهای قرمز در آب خالص قرار گیرند، آب به درون آن نفوذ کرده و مایعات آن را رقیق می‌کند.

در نتیجه گلبول متراکم شده و جدار آن پاره می‌شود و اگر گلبول قرمز در محلول غلیظ قند قرار گیرند، آب درون گلبولها از غشای آنها عبور کرده و محلول اطراف آن را رقیق می‌کند. در نتیجه ، گلبولها چروکیده می‌شوند. به منظور ممانعت از وقوع هر یک از این حوادث در تزریقات وریدی ، محلولهای مورد استفاده باید ایزوتونیک با خون باشد، یعنی فشار اسمزی این محلولها باید برابر با فشار اسمزی خون باشد.

شرح آزمایش:

 لوله آزمایشی را برداشته و آن را با آب مقطر شست وشو می دهیم . سپس در آن چند سی سی استون می ریزیم و لوله آزمایش را به صورت وارونه در جا لوله ای می گذاریم تا آب مقطر درون لوله  آزمایش بخار گردد .پس از بخار شدن آب درون لوله آزمایش gr5 نفتالین را در لوله آزمایش ریخته و لوله آزمایش را به پایه متصل می کنیم سپس بشری را برداشته آن را بر روی سه پایه و توری نسوز گذاشته ، لوله آزمایش را که به توری متصل است طوری در آن قرار می دهیم که ته لوله آزمایش به کف بشر نچسبد . سپس آن قدر آب درون بشر می ریزیم که سطح آب درون بشر از سطح نفتالین درون لوله آزمایش بالاتر بیاید .

چراغ بنزن را روشن کرده ، آن را زیر سه پایه می گذاریم تا آب شروع به گرم شدن کند . دماسنجی را نیز درون لوله آزمایش گذاشته تا دما را به ما نشان دهد . آن قدر آب را حرارت می دهیم تا نفتالین درون لوله آزمایش ذوب گردد .

مشاهده کردیم که در دمای 85 درجه سانتی گراد نفتالین شروع به ذوب شدن کرد. بنابراین نقطه ذوب نفتالین 85 درجه سانتی گراد می باشد. حال لوله آزمایش را از بشر خارج کرده ، صبر می کنیم که نفتالین شروع به انجماد کند. درضمن در حین سرد کردن، نفتالین ذوب شده را به وسیله دماسنجی که در لوله آزمایش قرار داشت ، به هم می زنیم تا نفتالین زود تر سرد شود و همچنین  دما سنج در نفتالین گیر نکند.

مشاهده کردیم که در دمای 75 درجه سانتی گراد تشکیل بلور شروع شد.بنابراین دمای انجماد نفتالین خالص 75 درجه سانتی گراد می باشد.

پس از یادداشت کردن دمای انجماد،gr5 پودر گوگرد را درون لوله آزمایش می ریزیم و لوله آزمایش را درون بشر می گذاریم و بشر را دوباره حرارت می دهیم تا نفتالین مخلوط با گوگرد ذوب شود دما سنج را در لوله آزمایش تکان می دهیم پس ازذوب شدن دمای ذوب را یاداشت می کنیم که این دما 83 درجه سانتیگراد می باشد . سپس لوله آزمایش را از درون بشر بیرون می آوریم و ضمن تکان دادن دماسنج صبر می کنیم تا نفتالین مخلوط با گوگرد خنک شود و تشکیل بلور بدهد . پس از خنک شدن وتشکیل بلور شروع می شود در این زمان دما برابر بود با 73 درجه سانتیگراد . بنا براین دمای محلول گوگرد با نفتالین برابر است با 73 درجه سانتیگراد . لوله آزمایش را که دیگر بدردمان نمی خورد درون سطل آشغال می اندازیم . و پس از پایان آزمایش مخلوط گوگرد ونفتالین را به هیچ وجه درون سینک نمی ریزیم چون این مخلوط به سرعت جامد می شود و راه سینک را می گیرد . بنابراین آن را درون ظرف مخصوص مواد ذائد خالی می کنیم.

حال می توانیم جرم مولکولی گوگرد را  محاسبه کنیم :

نتیجه :  بنابراین می توانیم جرم مولکولی را با استفاده از کاهش نقطه انجماد محاسبه کنیم.5gجرم حلال يعني نفتالين/.5gجرم گوگرد/.001 هم همان 1000 در فورمول مولاليته است كه به مخرج برده شده است وبه شكل .001 درامده است

 

انجماد

v\:* {behavior:url(#default#VML);} o\:* {behavior:url(#default#VML);} w\:* {behavior:url(#default#VML);} .shape {behavior:url(#default#VML);}

Normal 0 false false false EN-US X-NONE FA MicrosoftInternetExplorer4 /* Style Definitions */ table.MsoNormalTable {mso-style-name:"Table Normal"; mso-tstyle-rowband-size:0; mso-tstyle-colband-size:0; mso-style-noshow:yes; mso-style-priority:99; mso-style-qformat:yes; mso-style-parent:""; mso-padding-alt:0cm 5.4pt 0cm 5.4pt; mso-para-margin:0cm; mso-para-margin-bottom:.0001pt; mso-pagination:widow-orphan; font-size:10.0pt; font-family:"Times New Roman","serif";}

انجماد

ديد کلي

ماده از سه حالت جامد ، مايع ، گاز تشکيل شده است که اين سه حالت ، تحت شرايط خاصي قابل تبديل به يکديگر هستند. آب به‌عنوان يک مايع در صورت حرارت دادن تا بالاتر از نقطه جوش تبخير شده ، به حالت گاز در مي‌آيد و اگر آن را تا زير صفر سرد کنيم، منجمد شده ، يخ تشکيل مي‌دهد. هر مايعي نقطه انجماد مخصوص خود را دارد آب در صفر درجه شروع به انجماد مي‌کند.

برخي از مواد در دماهای پايين تر و برخي ديگر در دماهاي بالاتر منجمد مي‌شوند. يخ بستن آب ، شناخته شده ترين فرايند انجماد است که همه ما با آن آشنا هستيم. اما در اين بحث سعي مي‌شود با روش علمي آنچه را که هنگام انجماد يک مايع رخ مي‌دهد، توضيح دهيم.

تئوري انجماد

خواص حالت مايع حد واسط بين بي‌نظمي کامل مولکولي در حالت گاز و آرايش منظم مولکولي در حالت جامد است. در مايعات ، مولکولها به قدري آهسته حرکت مي‌کنند که نيروهاي جاذبه بين مولکولي مي توانند آنها را در حجم معيني نگه دارند. با اين حال ، جنبش مولکول ها هنوز آنقدر سريع است که نيروهاي جاذبه بين مولکولي بتوانند آنها را در مواضع مشخصي از شبکه بلوري ثابت نگه دارند.

با سرد شدن مايع ، حرکت مولکول هاي آن بيش از پيش کند مي‌شود و سرانجام در دماي معيني انرژي جنبشي تعدادي از مولکول ها به قدري کم مي‌شوند که نيروهاي بين مولکولي مي‌توانند آنها را در يک شبکه بلوري نگه دارند. در اين حال انجماد آغاز مي‌شود و مولکول هاي کم‌انرژي به‌تدريج در نقاطي از شبکه بلوري قرار مي‌گيرند.

نقطه انجماد نرمال

نقطه انجماد نرمال يک مايع ، دمايي است که در آن ، مايع و جامد تحت فشار کل 1atm در حال تعادل هستند. در نقطه انجماد ، دماي سيستم مايع - جامد ثابت مي‌ماند تا تمام مايع منجمد شود. مقدار گرمايي که بايستي از مواد در نقطه انجماد گرفته شود تا يک مول آن منجمد گردد، گرماي مولي تبلور ناميده مي‌شود. اين مقدار برابر با تفاوت محتواي گرمايي مايع و جامد است.

مايع زير انجماد

گاهي مولکول هاي يک مايع به هنگام سرد شدن به دمايي پايين تر از نقطه انجماد مي‌رسند، ولي حرکات نامنظمي را که مخصوص حالت مايع است، از دست مي‌دهند در اين حال گفته مي‌شود که مايع زير انجماد مي‌باشد در اين حالت اگر يک ميله همزن را از درون به ديواره ظرف محتوي مايع بکشيم يا يک دانه کوچک بلور جامد در درون محلول بيندازيم ، تبلور در اطراف آن صورت گرفته و دماي محلول به نقطه انجماد باز مي‌گردد و تعادل پايدار مايع - جامد برقرار مي‌باشد. اين فرآيند تبلور ، گرما توليد مي‌کند تا دما به نقطه انجماد باز گردد.

جامدات شيشه‌اي

برخي از مايعات مي‌توانند حالت زير انجماد خود را به مدت طولاني حفظ کنند. مولکول هاي اين مايعات به هنگام سرد شدن به جاي اينکه شکل هندسي منظم بلوري به خود بگيرند، با آرايش نامنظمي که خاص حالت مايع است، جامد مي‌شوند. اين گونه مواد ويسکوزيته نسبتاً زيادي دارند و معمولا شکل مولکولي آنها پيچيده است، به همين علت به‌سختي متبلور مي‌شوند. اين مواد را معمولا جامدات بي‌شکل يا شيشه ‌مانند مي‌نامند.

شيشه ، قير و برخي پلاستيک ها از اين نوع هستند. برخي از اين مواد را مي‌توان با سرد کردن تدريجي رقيق و با تغييرات بسيار کند در حالت زير انجماد متبلور کرد.

نزول نقطه انجماد

وقتي يک حل شونده غير فرار در يک حلال حل مي‌شود، نقطه انجماد آن کاهش مي‌يابد. بنابراين دماي انجماد محلول هاي آبي هميشه کمتر از دماي انجماد آب خالص است. استفاده از اين خاصيت در رادياتور اتومبيل مي‌باشد که براي جلوگيري از يخ زدن آب رادياتور اتومبيل در زمستان است ، به این صورت که به آن مقداري مايع به نام ضد يخ مي‌افزايند. همچنين با اضافه کردن نمک ( مانند کلريد سديم ) همراه با شن ريز روي آسفالت  خيابان هاي شهر ، هيدراته شدن يون هاي نمک ها مستلزم مصرف مقداري آب است که از ذوب شدن برف فراهم مي گردد. بنابراين آب نمک غليظي فراهم مي‌شود که حتي در 20 درجه زير صفر منجمد نمي‌شود . محلول هاي شامل مقدار کمي از ماده حل شده ، در دماهاي پايين تر از حلال خالص منجمد يا ذوب مي‌شوند.  شيميدان ها از اين روش براي بررسي خلوص جامداتي که در آزمايشگاه تهيه کرده‌اند، استفاده مي‌کنند. با مقايسه نقطه ذوب نمونه تهيه شده با نمونه خالص ، ميزان ناخالصي موجود در نمونه را حدس مي‌زنند.

نزول نقطه انجماد هم مانند صعود نقطه جوش ، نتيجه مستقيم کاهش فشار بخار حلال بر اثر حضور ماده حل شده است. نقطه انجماد يک محلول دمايي است که در اين دما فشار بخار حلال موجود در محلول مانند فشار بخار حلال جامد خالص است. اين موضوع نشان مي‌دهد که هنگام انجماد محلول ، حلال خالص ( مثل يخ ) جدا خواهد شد و در عمل هم اين اتفاق مي‌افتد. نزول نقطه انجماد هم متناسب با غلظت ماده حل شده است و از رابطه زیر بدست مي‌آيد :

در اين معادله  T_f صعود نقطه جوش بر حسب درجه سيلسيوس ، m غلظت مولال و K_f ثابت مربوط به حلال مورد نظر است .

تعیین جرم مولکولی از طریق کاهش نقطه انجماد

براي تعيين جرم مولکولي از نزول نقطه ي انجماد استفاده مي شود زيرا نزول نقطه ي انجماد يکي از خواص کوليگاتيو است.

خواص كوليگاتيو خواصي از محلول هستند كه به غلظت ذرات حل شده بستگي داشته و مستقل از ماهيت آن‌هاست. اين خواص عبارتند از :

1-    كاهش نقطه انجماد

2-     صعود نقطه جوش

3-    كاهش فشار بخار

4-    فشار اسمزي

بر طبق يكي از قوانين شيمي، خواص كوليگاتيو با افزايش ناخالصي افزايش مي يابد و براي يك حلال خالص كمترين مقدار خود را دارند. بر اين اساس آب خالص در صفر درجه سانتيگراد (در فشار 1 اتمسفر) منجمد مي شود. حال چنانچه به اين آب مقداري ناخالصي (مانند نمك) اضافه گردد، ديگر اين آب در صفر درجه منجمد نمي شود، بلكه نقطه انجماد آن نزول پيدا كرده و بر فرض ممکن است اين محلول در 5- درجه سانتيگراد منجمد شود. همچنين آب خالص در 100 درجه سانتيگراد به جوش مي آيد اما با افزايش كمي نمك يا شكر به آب ديگر آب در 100 درجه نمي جوشد بلكه مثلاً در 103 درجه مي جوشد و هر چه ميزان ناخالصي افزايش يابد، اين افزايش درجه نيز بيشتر مي شود. به همين دليل براي آب شدن يخ به آن نمك مي افزايند تا ديگر در آن نقطه دمايي منجمد نباشد و براي منجمد باقي ماندن بايد دما را مثلا 5 يا 6 درجه (بسته به ميزان نمك افزودني) كاهش داد. در حالي كه هدف ذوب كردن يخ است ، هر چه ميزان نمك را افزايش دهيم ، ذوب شدن يخ سريعتر اتفاق مي افتد.

بنابراين خواص كوليگاتيو به ميزان ناخالصي بستگي دارد ، هر چه ميزان نمك بيشتر باشد ، نقطه جوش بيشتر افزايش مي يابد. در اين مورد بايد اضافه كنیم كه اين خواص به تعداد ذرات بستگي دارد. به عنوان مثال يك مول نمك سديم كلريد به دو مول يون هاي سديم و كلريد تبديل مي شود ، اما يك مول شكر تفكيك نمي شود و يك مول شكر، همان يك مول ذره را دارد. بنابراين در افزايش نقطه جوش يا كاهش نقطه ذوب ، افزايش يك مول نمك سديم كلريد ، معادل افزايش دو مول شكر عمل خواهد كرد.

بنابراين خواص كوليگاتيو به شدت تحت تاثير تعداد ذرات حل شونده در محلول قرار مي گيرند . هر چه تعداد ذرات بيشتر باشد ، اين خواص با شدت بيشتري تحت تاثير قرار مي گيرند.

در اين بين جسم حل شوند ه ي غير فرار يا جسمي كه با مولكول هاي آب پيوند برقرار مي كند ، در بعضي از خواص با شدت افزايش بيشتري همراه است.

همانطور كه بيان شد ، كاهش نقطه ي انجماد يكي ديگر از خواص كوليگاتيو است . به كمك روابط ترموديناميكي كه در شيمي فيزيك آمده است ، مي توان ميزان كاهش نقطه ي انجماد يك محلول را به كمك ميزان غلظت ماده ي حل شونده ، نقطه ي انجماد در حالت بدون افزايش حل شونده ، آنتاپي ذوب و مقدار R را بدست آورد :

كه در اين معادله  تغيير و ميزان كاهش نقطه ي انجماد ،  نقطه ي انجماد اوليه و xB جزء مولي ماده ي حل شونده است .

حال مي توان معاده ي بالا را به جاي اينكه بر حسب جزء مولي نوشت ، بر حسب مولاليته جسم حل شونده نوشت:

كه m مولاليته است و با داشتن آن مي توان جرم مولکولي را به دست آورد و  ثابتي موسوم به ثابت نزول نقطه ي انجماد است و فقط تابع خواص حلال مي باشد.

نکته :                                          

M : جرم مولکولی ماده              W : مقدار گرم ماده                G : وزن حلال به گرم

اندازه‌گيري نزول نقطه انجماد يک حلال

جرم مولكولي جسم حل شده در يك حلال را مي توان با استفاده از بالا رفتن دماي جوش يا پايين آمدن دماي انجماد، تعيين كرد ، یعنی با اندازه‌گيري نزول نقطه انجماد يک حلال که به مقدار مشخصي از ماده مورد آزمايش اضافه شده باشد. اين روش به نام روش انجماد سنجي خوانده مي‌شود.

براي اين كار جرم معيني از جسم حل شده را به جرم معيني از حلال اضافه مي كنند. مي دانيد هنگامي كه مقداري ناخالصي به حلال افزوده مي شود، دماي جوش محلول نسبت به دماي جوش حلال خالص افزايش و دماي انجماد محلول نسبت به دماي انجماد حلال خالص ، كاهش مي يابد.

حال پس از افزايش جرم معيني از جسم حل شده به جرم معيني از حلال، تغيير دماي جوش يا انجماد را اندازه مي گيرند. از اين تغيير مي توان براي محاسبه ي تعداد مول هاي جسم حل شده اي كه جرم كل آن در ابتدا مشخص بود، استفاده كرد. تعداد مول ها را اندازه مي گيرند و سپس جرم كل را به تعداد مول ها تقسيم مي كنند، جرم مولكولي ماده به دست مي آيد.

مثال: اگر 99 گرم از جسم حل شده ي يونش ناپذير را در 669 گرم آب حل كنيم و دماي انجماد محلول به دست آمده 960/0- درجه سانتيگراد باشد، جرم مولكولي جسم حل شده چقدر است؟

الف) مولاليته محلول را تعيين مي كنيم :

مولاليته برابر است با ميزان كاهش دماي انجماد تقسيم بر 853/1 .

(مي دانيد يك مول از ذرات جسم حل شونده ، دماي انجماد 1 كيلوگرم آب را 853/1 درجه سانتيگراد پايين مي آورد )

بنابراين مولاليته برابر است با 960/0 تقسيم بر 853/1 كه برابر است با 518/0 مول بر كيلوگرم.

ب) جرم مولكولي را حساب مي كنيم كه برابر است با 286 گرم بر مول

 

 

 

 

 

منابع

1- سایت فرهنگی و اطلاع رسانی تبیان                                                     http://www.tebyan.net

2- سایت آموزشی آکادمیست     http://www.academist.ir/forum/showthread.php?tid=716

3- سایت علمی و آموزشی رشد    http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php

تهیه کمپلکس فلزی

v\:* {behavior:url(#default#VML);} o\:* {behavior:url(#default#VML);} w\:* {behavior:url(#default#VML);} .shape {behavior:url(#default#VML);}  

عنوان آزمایش:

تهیه کمپلکس فلزی

 

هدف آزمایش:

   سنتز تترا آمین کبالت (lll) نیترات

 

 

تئوری علمی آزمایش:

 

    عدد کوئوردیناسیون 6 متداولترین و پایدارترین عدد کوئوردیناسیون در ترکیبات فلزات واسطه و حتی متداولتر از عدد کوئوردیناسیون 4 است. کمپلکس های شش کوئوردینانسی به صورتهای هشت وجهی منتظم  Oh و منشور مثلثی D3h  مشاهده شده اند.

ساختار هشت وجهی متداولتر از ساختار منشور مثلثی است چون انرژی پایداری هشت وجهی همواره بیشتر از منشور مثلثی است. در موردهایی ساختار هشت وجهی به علت نامتقارن قرار گرفتن الکترونها در اوربیتالهای هم تراز  نامنظم شده و دست خوش انحاف از حالت ایده آل (واپیچش) میشود و تقارن کمپلکس به D4h  D3h و ... کاهش میابد.

در صورتیکه اتم مرکزی دارای آرایش الکترونی متقارن d , d , d پراسپین  d  کم اسپین d , d باشد  ساختار کمپلکس هشت وجهی منتظم است. اکثر کمپلکس های Co(lll) و Cr(lll) هشت وجهی اند.

میتوان گفت تمامی کمپلکس های کبالت (lll) هشت وجهی اند و همگی بجز  [CoF6]  با هیبریداسیون sp3d2 ، دیا مغناطیس با هیبرید d2sp3 هستند.

در سایر آرایش های الکترونی اتم مرکزی ساختار کمپلکس دستخوش واپیچش یا انحراف از حالت منظم میشود یعنی ساختار هشت وجهی از حالت ایده آل منظم خارج میشود. دو نوع انحراف متداول نسبت به تقارن مکعبی عبارتند از انحراف یا واپیچش چهارگوشه ای (تترا گونال) و واپیچش سه گوشه ای (تری گونال) در مباحث ساختار هشت وجهی بهترین سیستم هایی که مورد مطالعه قرار گرفته اند سیستم هایی هستند که متضمن Co(lll) میباشند و این سبب پایداری این کمپلکسها و فراهم بودن آنهاست.

بعضی از سیستمها شبیه به کبالت (lll) عمل میکنند و گاهی نه. به عنوان مثال همان گونه که در اکثر کمپلکسهای هشت وجهی معمول است کمپلکسهای کبالت3 اثر ترانس از خود نشان نمیدهند.

Co(lll) < Cr(lll) < Mn(lll) < Fe(lll) < Ti(lll) < . . .

ظاهرا این امر بدین علت است که واکنشها ی  استخلافی روی هر مرکز کبالت3 هشت وجهی یا از طریق بک مکانیسم تفکیکی انجام میگیرند:

.

.

کبالت در طبیعت همیشه همراه نیکل و نیز گاهی ارسنیک یافت میشود. مهم ترین کانی های کبالت  اسمالتیت و کبالتیت هستند. ولی منابع صنعتی مهم کبالت باقی مانده هایی است که هنگام ذوب کانی های ارسنیکی نیکل  مس و سرب بدست می آید که جدا کردن فلز خالص کمی پیچیده است.

کبالت فلزی است سخت به رنگ آبی سفید که در 1493 درجه سلسیوس ذوب ودر 3100 می جوشد.

کبالت فرو مگنتیک است و دمای کوری آن 1121 درجه سلسیوس است. به آرامی در اسیدهای معدنی رقیق حل میشود.

فلز کبالت در گرما با کربن فسفر و گوگرد ترکیب میشود. کبالت در درجات حرارت بالا با اکسیژن هوا و بخار آب ترکیب می شود و CoO می دهد.

نکته: واکنش پذیری کند کمپلکس های کبالت 3 زمینه را برای تحقیقات گسترده آن ممکن ساخته است. ساختمانهای کمپلکس های 8 وجهی کبالت 3 که در این آزمایش خواهیم ساخت چنین می باشد :

 

مواد و وسایل مورد نیاز:

   بشر- پیپت- شعله- گیره پایه- آب مقطر- آب اکسیژنه- نیترات کبالت 6 آبه- کربنات آمونیوم- ذآمونیاک غلیظ- همزن شیشه ای- شیشه ساعت- قیف .

 

شرح انجام آزمایش:

   این آزمایش در چند مرحله  انجام می شود. ابتدا یک بشر برداشته و 7 گرم نیترات کبالت 6 آبه در آن ریختیم و سپس به آن 15 میلی لیتر آب مقطر اضافه کردیم و آن را حل کردیم.درمرحله دوم آزمایش یک بشر دیگر برداشته و در آن 5 گرم کربنات آمونیوم گذاشتیم و به آن 15 میلی لیتر آب مقطر اضافه کردیم و 15 میلی لیتر آمونیاک غلیظ به آن افزوده و خوب حل کردیم.

نکته : به علت وجود آمونیاک غلیظ این مرحله را زیر هود انجام دادیم.

در مرحله بعد بشر اولی را به آرامی به بشر دوم اضافه و همزمان به هم زدیم (زیر هود ).

در مرحله بعدی آزمایش; 18 میلی لیتر آب اکسیژنه به محلول بدست آمده اضافه کردیم (زیر هود ).

در مرحله بعدی یک حمام آب گرم آماده کردیم و محلول بدست آمده را به مدت45 دقیقه در درون حمام قرار دادیم تا حجم آن به نصف کاهش یابد.

در حین تبخیر 25/1 گرم کربنات آمونیوم را هر 5 دقیقه یک بار در طول این 45 دقیقه کم کم  اضافه میکردیم.     (توضیح: ممکن است در حین آزمایش مقداری از آن تبخیر شده باشد).

بعد از 45 دقیقه بشر را از درون حمام آب گرم برداشته و کمی صبر کردیم تا سرد شود.آن را صاف کردیم و راندمان آن را محاسبه کردیم.رسوب حاصل را برای آزمایش بعدی نگه داشتیم.

 

  راندمان:

 

 

 

 

 

 

 

 

نتیجه گیری:

                                                      

[Co(OH2)6] ²⁺ + 4[NH3] + [CO3] ²  -------> Co[(NH3)4]CO3+6H2O

 

کبالت در واکنش فوق در درجه ی اکسایش دو قرار دارد ،NH3  که لیگاندی قوی تر از H2O است طی واکنش فوق جایگزین آب می شود . طی واکنش به آن H2O2 هم می افزاییم بنابراین کمپلکس کبالت  دو     می تواند با انتقال یک الکترون به H2O2 برای ایجاد کبالت سه بصورت کمپلکس  [Co(NH3)4CO3]⁺ غیر فعال اکسیده شود .
همچنین قابل ذکر است که کبالت دو در میدانهای ضعیفتر پایدار تر است و کبالت سه در میدان های قوی تر .

 

 

 

 

  Normal 0 false false false false EN-US X-NONE FA MicrosoftInternetExplorer4 /* Style Definitions */ table.MsoNormalTable {mso-style-name:"Table Normal"; mso-tstyle-rowband-size:0; mso-tstyle-colband-size:0; mso-style-noshow:yes; mso-style-priority:99; mso-style-qformat:yes; mso-style-parent:""; mso-padding-alt:0cm 5.4pt 0cm 5.4pt; mso-para-margin:0cm; mso-para-margin-bottom:.0001pt; mso-pagination:widow-orphan; font-size:11.0pt; font-family:"Calibri","sans-serif"; mso-ascii-font-family:Calibri; mso-ascii-theme-font:minor-latin; mso-fareast-font-family:"Times New Roman"; mso-fareast-theme-font:minor-fareast; mso-hansi-font-family:Calibri; mso-hansi-theme-font:minor-latin; mso-bidi-font-family:Arial; mso-bidi-theme-font:minor-bidi;}

تهیه کربناتو تترا آمین کبالت3 نیترات

v\:* {behavior:url(#default#VML);} o\:* {behavior:url(#default#VML);} w\:* {behavior:url(#default#VML);} .shape {behavior:url(#default#VML);}

 تهیه کربناتو تترا آمین کبالت3 نیترات

1.

2Co(NO₃)₂+6NH_3(aq)+2(NH₄)₂CO₃+H₂O₂ → 2[Co(NH₃)₄CO₃]NO₃+2NH₄NO₃+2H₂O

محاسبه تئوری و راندمان واکنش مشابه آزمایش شماره 1

2.در غیاب آب اکسیژنه کمپلکس [Co(NH₃)₄CO₃] تشکیل می­گردد که در آن حالت اکسایش کبالت2 است.

3.همان محصول کبالت2 است که در سوال2 توضیح داده شده است.البته در غیاب کاتالیزور مناسب کمپلکسهای دو هسته­ای پراکسی نیز تشکیل میشود که قابل مشاهده و جداسازی هستند.

4.نمک آمونیم کربنات از آنیون کربنات تشکیل شده­ است که در کمپلکس مورد نظر ما به عنوان لیگاند به آن

نیاز است و کاتیون آمونیم نیز مشابه آزمایش شماره 1 است یعنی مانع هیدرولیز آمونیاک می­گردد که نتیجه آن هدر نرفتن آمونیاک به عنوان لیگاند و در نتیجه افزایش راندمان است.نمک پتاسیم کربنات را نمیتوان استفاده کرد زیرا کاتیون K⁺ نمیتواند مانع هیدرولیز آمونیاک شود.

5.در کمپلکس یک حلقه چهار ضلعی وجود دارد.این حلقه چهار ضلعی همانطور که می­دانید تحت فشار زاویه­ای است.بنابراین در اثر حرارت طولانی مدت احتمال شکستن آن می­رود.بنابراین از مقدار محصول کاسته می­شود. برای جبران این هدر رفتگی و در نتیجه کم نشدن راندمان محصول در طول زمان تبخیر و تغلیظ از نمک آمونیم کربنات به ظرف محتوی محصول به تدریج اضافه می­گردد.

6.در یکی از این دو کمپلکس آنیون کربنات به عنوان لیگاند دو دندانه و در دیگری به عنوان لیگاند یک دندانه عمل میکند.

 

 

 

7.

Co(H₂O)₆²⁺                       [Co(H₂O)₆]³⁺ + e                  E⁰=- 1.84 V

منفی بودن پتانسیل احیای استاندارد نیمه واکنش دلالت بر این دارد که Co²⁺ تمایلی به اکسید شدن به Co³⁺ ندارد.در حالیکه در محلولهای مائی که عامل کمپلکس دهنده وجود نداشته باشد Co³⁺ یک اکسید کننده قوی بوده و آب را در دمای معمولی اکسید کرده و خودش به Co²⁺ احیا می­شود.به همین دلیل ترکیبات غیر کمپلکس Co³⁺ در محیط آبی ناپایدار بوده و نمک­های ساده و ترکیبات دوتایی آن کم هستند.در حالیکه Co²⁺ تعداد زیادی نمک­های ساده و هیدراته تشکیل می­دهد.

 

Normal 0 false false false EN-US X-NONE FA /* Style Definitions */ table.MsoNormalTable {mso-style-name:"Table Normal"; mso-tstyle-rowband-size:0; mso-tstyle-colband-size:0; mso-style-noshow:yes; mso-style-priority:99; mso-style-qformat:yes; mso-style-parent:""; mso-padding-alt:0cm 5.4pt 0cm 5.4pt; mso-para-margin-top:0cm; mso-para-margin-right:0cm; mso-para-margin-bottom:10.0pt; mso-para-margin-left:0cm; line-height:115%; mso-pagination:widow-orphan; font-size:11.0pt; font-family:"Calibri","sans-serif"; mso-ascii-font-family:Calibri; mso-ascii-theme-font:minor-latin; mso-fareast-font-family:"Times New Roman"; mso-fareast-theme-font:minor-fareast; mso-hansi-font-family:Calibri; mso-hansi-theme-font:minor-latin;}