انواع گاز

انواع گاز گاز سنتز گازی است بی بو ، بی رنگ و سمی که در حضور هوا و دمای ۵۷۴ درجه سانتیگراد بدون شعله می سوزد. وزن مخصوص گاز سنتز بستگی به میزان درصد هیدروژن و کربن منواکسید دارد از گاز سنتز می توان به عنوان منبع هیدروژن برای تولید آمونیاک ،متانول و هیدروژن دهی در عملیات پالایش و حتی به عنوان سوخت استفاده کرد گاز سنتز از گاز طبیعی ، نفتا، مواد سنگین و زغال سنگ بدست می آید .

● گاز ساختگی (SUBSTITUTE NATURAL) گاز ساختگی را می توان مانند گاز سنتز از گازسازی زغال سنگ و یا گازرسانی مواد نفتی بدست اورد ارزش گرمایی این گاز در مقایسه با گاز سنتز بسیار بالاتر است چون مانند گاز طبیعی بخش عمده آن را گاز متان تشکیل می دهد. گاز ساختگی را می توان با روش لورگی نیز بدست آورد ( همچنین نگاه کنید به لورگی - رهرگس فرایند) . نمودار ساده جریان در گازسازی زغال سنگ برای تولید گاز ساختگی در شکل نشان داده شده است. ● گاز سنتز (SYNTHESIS GAS) گاز سنتز گازی است بی بو ، بی رنگ و سمی که در حضور هوا و دمای ۵۷۴ درجه سانتیگراد بدون شعله می سوزد. وزن مخصوص گاز سنتز بستگی به میزان درصد هیدروژن و کربن منواکسید دارد از گاز سنتز می توان به عنوان منبع هیدروژن برای تولید آمونیاک ،متانول و هیدروژن دهی در عملیات پالایش و حتی به عنوان سوخت استفاده کرد گاز سنتز از گاز طبیعی ، نفتا، مواد سنگین و زغال سنگ بدست می آید . معمولا برای تولید هر یک تن گاز سنتز که در آن نسبت مولی H۲/CO=۱ باشد ، به ۰/۵۵ تن متان نیاز است . در صورتی که این نسبت ۳ باشد ۰/۴۹ تن متان لازم خواهد بود. تهیه گاز سنتز از منابع هیدروکربورها امکان پذیر است که به شرح زیر خلاصه می شود: ۱) تهیه گاز سنتز از زغال سنگ در فرایند تهیه گاز سنتز از زغال سنگ و یا گازی کردن زغال سنگ بخار آب و اکسیژن در دمای ۸۷۰ درجه سانتیگراد و فشار ۲۷ اتمسفر با زغال سنگ ترکیب می شود محصول حاوی ۲۲.۹ درصد هیدروژن ۴۶.۲ درصد کربن منو اکسید ،۷.۸ درصد کربن دی اکسید ، ۲۲.۵ درصد آب و ۰.۶ درصد کربن متان و نیتروژن است پس از جداسازی گاز کربن دی اکید ، محصول برای فروش از طریق خطوط لوله عرضه می شود. در نمودار زیر فرایند تولید گاز سنتز از زغال سنگ نشان داده شده است. ۲) تهیه گاز سنتز از مواد سنگین نفتی مواد سنگین نفتی با اکسیژن ( نه هوا) در دمای ۱۳۷۰ درجه سانتیگراد و فشار ۱۰۲ اتمسفر ترکیب شده و گاز سنتز تولید می کند. ۳) تهیه گاز سنتز از نفتا نفتا با بخار آب در مجاورت کاتالیست نیکل در دمای ۸۸۵ درجه سانتیگراد و فشار ۲۵ اتمسفر ترکیب وگاز سنتز حاصل می شود. ۴) تهیه گاز سنتز از گاز طبیعی این روش که در جهان متداول تر است در در دو مرحله کراکینگ و خالص سازی ، گاز طبیعی به گاز سنتز تبدیل می گردد.در این روش از کبالت ، مولیبدیم و اکسید روی به عنوان کاتالیست استفاده می شود. محصول نهایی حاوی ۸۳.۸ درصد هیدروژن ، ۱۴.۸ درصد کربن منواکسید ۰.۱ درصد کربن دی اکسید و مقداری متان نیتروژن و بخار آب است. فرایند تهیه گاز سنتز از زغال سنگ در شکل نشان داده شده است. ● گاز شهری (TOWN GAS) اصطلاحا به گازی گفته می شود که از طریق خط لوله از یک مجتمع تولید گاز به مصرف کنندگان تحویل می شود . گاز شهری یا از زغال سنگ و یا از نفتا تولید و در مناطقی مصرف می شود که یا گاز طبیعی در دسترس نباشد و یا زغال سنگ ارزان به وفور یافت شود ترکیب گاز شهری هیدروژن %۵۰، متان%۲۰ تا %۳۰، کربن منواکسید %۷ تا %۱۷، کربن دی اکسید%۳، نیتروژن %۸، هیدروکربورها %۸ علاوه بر این ناخالصی های دیگری مانند بخار آب ، امونیال ، گوگرد، اسید سیانیدریک نیز در گاز شهری وجود دارد. به گاز شهری گاز زغال سنگ و یا گاز سنتز نیز می گویند. در ایران گازی که از طریق خط لوله به مشترکین در شهرها عرضه می گردد گاز طبیعی است و ترکیب آن مشابه گاز شهری نیست. ● گاز شیرین (SWEET GAS) گازشیرین گازی است که هیدروژن سولفید و کربن دی اکسید آن گرفته شده باشد. ● گاز طبیعی (NATURAL GAS) گاز طبیعی عمدتا از هیدروکربوها همراه با گازهایی مانند کربن دی اکسید ، نیتروژن و در بعضی از مواقع هیدروژن سولفید تشکیل شده است بخش عمده هیدروکربورها را گاز متان تشکیل می دهد و هیدروکربورهای دیگر به ترتیب عبارتند از اتان ، پروپان ، بوتان، پنتان و هیدروکربورهای سنگین تر ناخالصی های غیرهیدروکربوری نیز مانند آب ، کربن دی اکسید ، هیدروژن سولفید و نیتروژن در گاز طبیعی وجود دارد. گاز چنانچه در نفت خام حل شده باشد گاز محلول (SOLUTION GAS ) نام دارد و اگر در تماس مستقیم با نفت از گاز اشباع شده باشد گاز همراه (ASSOCIATED GAS) نامیده می شود. گاز غیر همراه ( NON-ASSOCIATED GAS)از ذخایری که فقط قادر به تولید گاز به صورت تجاری باشد استخراج می شود در بعضی موارد گاز غیر همراه حاوی بنزین طبیعی و یا چکیده نفتی ( CONDENSATE) استخراج می شود که حجم قابل توجهی از گاز را از هر بشکه هیدروکربور بسیار سبک آزاد می کند. ● گاز طبیعی فشرده ( COMPRESSED NATURAL GAS) گاز طبیعی عمدتا از متان تشکیل شده است و دراکثر نقاط جهان یافت می شود. (نگاه کنید به گاز طبیعی ) گاز طبیعی را می توان از طریق خط لوله و یا به صورت گاز طبیعی مایع شده (LNG) با نفتکش حمل نمود. از گاز طبیعی فشرده و یا به اختصار سی ان جی می توان در اتومبیل های احتراقی به عنوان سوخت استفاده کرد در حال حاضر حدود یک میلیون وسیله نقلیه در جهان با گاز فشرده حرکت می کنند. در ایتالیا در مقیاس وسیعی از سی ان جی استفاده می شود و در زلاندنو و آمریکای شمالی نیز استفاده از گاز طبیعی فشرده رواج دارد. ترکیبات گاز طبیعی متفاوت است و بستگی به نوع میدان گازی دارد که از ان بدست امده است ناخالصی ها شامل هیدروکربورهای سنگین ، نیتروژن ، دی اکسید، اکسیژن و هیدروژن سولفید می باشد. در اتومبیل گاز طبیعی فشرده باید در مخزن سنگین و بزرگ و در فشاری برابر ۲۲۰ اتمسفر ذخیره گردد. البته از لحاظ میزان ذخیره و ارزش حرارتی سی ان جی که حدود ۸/۸ هزار ژول /لیتر است ( در مقایسه بنزین حدود ۳۲ هزار ژول می باشد مسافتی که اتومبیل می پیماید محدود خواهد بود. علاوه بر این به علت محدودیت تعداد ایستگاه ای سوخت گیری اتومبیل باید به نحوی طراحی شود که علاوه بر سی ان جی بتواند از بنزین هم استفاده نماید. مزایای سی ان جی به شرح زیر است: ۱) موتور در هوای سرد به راحتی روشن می شود. ۲) سی ان جی اکتان بسیار بالایی دارد. ۳) تمیز می سوزد و ته نشین کمتری در موتور ایجاد می کند. ۴) هزینه تعمیراتی موتور کمتر است. ۵) مواد آلاینده ناچیزی از اگزوز خارج می گردد. معایت سی ان جی به شرح زیر است: ۱) چون به صورت گاز وارد موتور می شود هوای بیشتری در مقایسه با بنزین جایگزین می کند و در نتیجه کارایی حجمی پایین تری دارد. ۲) مسافت کوتاه تری در مقایسه با اتومبیل های بنزین طی می کند مگر انکه موتور بتواند علاوه بر گاز از بنزین هم استفاده نماید. ۳) قدرت موتور اتومبیل های گاز سوز رویهمرفته ۱۵ درصد کمتر از اتومبیل های بنزین سوز است. ۴) ساییدگی نشیمنگاه شیر که بستگی به میزان رانندگی دارد بیشتر است. ۵) خطر بیشتر آتش سوزی در هنگام تصادف در مقایسه با اتومبیل های بنزینی ( البته تاکنون در سوابق ایمنی خطر بیشتر ثابت نشده است) در ایران طرح گاز سوز کردن خودروها یا استفاده از گاز طبیعی فشرده یکی از برنامه های اساسی شرکت ملی گاز ایران است در شهرهای شیراز ، مشهد و تهران چندین جایگاه تحویل سوخت با تاسیسات و دستگاه های جانبی و کارگاه تبدیل سیستم خودروها از بنزین سوز به گاز سوز احداث شده و مورد بهرهه برداری قرار گرفته است و عملیات اجرایی برای ساخت تعداد دیگری ایستگاه در دست اجرا قرار دارد. ● مایعات گاز طبیعی (NATURAL GAS LIQUIDS) مایعات گاز طبیعی معمولا همراه با تولید گاز طبیعی حاصل می شود. مایعات گازی (Gas liquids) نیز مترادف مایعات گاز طبیعی می باشد. مایعات گاز طبیعی را نباید با گاز طبیعی مایع و یا ال ان جی اشتباه کرد مواد متشکله در مایعات گاز طبیعی عبارت است از اتان ، گاز مایع ( پروپان و بوتان ) و بنزین طبیعی (natural gasoline) و یا کاندنسیت ( condensate) که درصد هر کدام بستگی به نوع گاز طبیعی و امکانات بهره برداری دارد. در سال ۱۹۹۶ کل تولید مایعات گاز طبیعی در جهان بالغ بر روزانه ۵.۷ میلیون بشکه بوده که از این مقدار تولید اوپک در حدود ۲.۶ میلیون بشکه در روز گزارش شده است. ● گاز طبیعی مایع ( Liquefied natural gas LNG) گاز طبیعی عمدتا از متان تشکیل شده است و چنانچه تا منهای ۱۶۱ درجه سانتیگراد در فشار اتمسفر سرد شود به مایع تبدیل می شود و حجم ان به یک ششصدم حجم گاز اولیه کاهش می یابد در نتیجه حمل آن در کشتی های ویژه به مراکز مصرف امکان پذیر می شود برای مایع کردن گاز متان می توان آن را تا ۲/۵ درجه سانتیگراد زیر صفر خنک نمود و تحت زیر صفر خنک نمود و تحت فشار ۴۵ اتمسفر به مایع تبدیل کرد این روش از لحاظ اقتصادی مقرون به صرفه است ولی از طرف دیگر حمل ان تحت فشار زیاد احتیاج به مخازن بسیار سنگین با جدار ضخیم دارد که امکان پذیر نیست و از نظر ایمنی توصیه نمی شود در نتیجه در فرایند تولید گاز طبیعی مایع ، فشار آن رابه اندکی بیش از یک اتمسفر کاهش می دهند تا حمل آن آسان باشد. اولین محموله گاز طبیعی مایع یا به اختصار ال ان جی به صورت تجاری در سال ۱۹۶۴ از الجزایر به بریتانیا حمل شد و از ان هنگام تجارت گاکردن امکانات بندری و ذخیره سازی در بنادر بارگیری و تخلیه و همچنین ساخت کشتی های ویژه حمل ال ان جی احتیاج به سرمایه گذاری هنگفتی دارد در حالی که قیمت فروش گاز طبیعی مایع در حال حاضر در سطح نازلی است لذا فروشنده و خریدار باید قبلاً نسبت به انعقاد یک قرارداد طولانی ۱۵ الی ۲۰ ساله نحوه قیمت گذاری و سایر شرایط توافق لازم را به عمل آورند. در تولید گاز مایع چهار مرحله عمده وجود دارد: ۱) جداسازی ناخالصی ها که عمدتا از کربن دی اکسید و در برخی از موارد ترکیبات گوگردی تشکیل شده است. ۲) جداسازی آب که اگر در سیستم وجود داشته باشد به کریستالهای یخ تبدیل شده و موجب انسداد لوله ها می گردد. ۳) تمام هیدروکربورهای سنگین جدا شده و تنها متان و اتان باقی می ماند. ۴) گاز باقی مانده تا ۱۶۰ درجه سانتگراد سرد شده و به حالت مابع در فشار اتمسفر تبدیل می شود. گاز طبیعی مایع در مخازن ویژه عایق کاری شده نگهداری و سپس برای حمل به کشور مقصد تحویل کشتی های ویژه سرمازا( CRYOGENIC TANKERS) می گردد. در حین حمل معمولا بخشی از گاز تبخیر شده به مصرف سوخت موتور کشتی می رسد. در بندر مقصد گاز طبیعی مایع تخلیه می گردد تا هنگام نیاز به مصرف برسد قبل از مصرف گاز طبیعی مایع مجدداً به گاز تبدیل می شود. در فرایند تبدیل مجدد به گاز سرمای زیادی آزاد می شود که می توان از این سرما مثلا برای انجماد موادغذایی و یا مصارف دیگر تجاری استفاده کرد . ● گاز غیر همراه (NON-ASSOCIATED GAS) گاز غیر همراه از میادینی که تنها تولید گاز از انها به صورت اقتصادی امکان دارد استخراج می شود به گاز استخراج شده از میادین نفت میعانی که درصد گاز حاصله از هر بشکه هیدروکربورهای مایع سبکه خیلی زیاد است نیز گاز غیر همراه می گویند. ● کلاهک (CAG CAP) حجمی از لایه مخزن در اعماق زمین را کلاهک گاز و یا گنبد گاز (GAS DOME) نامیده اند که در آن گاز در بالای نفت جمع شود. معمولا مرتفع ترین ، یا یکی از مرتفع ترین مناطق لایه مخزن محسوب می گردد. ● گاز کلاهک گاز (GAS CAP GAS) گاز کلاهک به گازی گفته می شود که در کلاهک گاز محبوس شده باشد. ● گاز مایع (LPG) مایع و یا به اختصار ال پی جی از پروپان و بوتان تشکیل شده است گازی که در سیلندر نگهداری می شود و در منازل مورد استفاده قرار می گیرد همان گاز مایع و یا مخلوط پروپان و بوتان است. گاز مایع را می توان از سه منبع بدست آورد: ۱) گاز طبیعی غیر همراه گاز ترو ترش از میدان گاز طبیعی را پس از خشک کردن و گوگردزدایی می توان تفکیک کرد و پروپان و بوتان را بدست آورد. ۲) گاز طبیعی همراه پس از تفکیک و پالایش گاز طبیعی همراه با نفت خام نیز می توان پروپان و بوتان آن را جدا نمود. ۳) نفت خام بخشی از پروپان و بوتان در نفت خام باقی می ماند که می توان آن را با پالایش نفت خام بدست آورد همچنین در فرایند شکستن ملکولی و یا فرایند افزایش اکتان بنزین نیز ، پروپان و بوتان به صورت محصول جانبی حاصل می شود. در آمیزه گاز مایع درصد پروپان و بوتان بسیار مهم است در تابستانها که هوا گرم است درصد بوتان را اضافه می کنند ولی در زمستان با افزایش میزان پروپان در حقیقت به تبخیر بهتر آن کمک می نمایند معمولا درصد پروپان در گاز مایع بین ۱۰ الی ۵۰ درصد متغیر است . در جهان روزانه بیش از ۵ میلیون بشکه گاز مایع مصرف می شود مصارف گاز مایع در کشورهای مختلف متفاوت است متوسط درصد مصرف آن طی دهه ۱۹۹۰ در جهان در بخش های مختلف به شرح زیر است: تجاری و خانگی %۶۰، صنایع شیمیایی %۱۵، صنعتی %۱۵، خدماتی %۵، تولید بنزین%۵ هر تن متر یک پروپان معادل ۱۲.۸ بشکه و بوتان برابر ۱۱.۱ بشکه است. گاز مایع را با کامیون های مخصوص خط لوله و یا کشتی های ویژه ای که برای همین منظور ساخته شده است حمل می نمایند. ● گاز مشعل (FLARE GAS) هیدروکربورهای سبک ممکن است به صورت گاز از شیرهای ایمنی در دستگاه های بهره برداری ، پالایشگاه ها و یا مجتمع های پتروشیمی ، گذشته و از طریق مشعل سوزانده شود چنانچه یکی از واحدهای پالایشگاه به علت بروز اشکالاتی در سیستم برق یا آب سرد کننده از کار بیفتد لازم است که مقادیر خوراک مجتمع و یا محصولات پالایشگاه از طریق دودکش به مشعل هدایت و سوزانده شود تا از خطرات احتمالی جلوگیری شود. در مجتمع های بزرگتر و مجهزتر معمولا دستگاه های بازیاب نصب شده که می توان در مواقع اضطراری بخشی از مایعات و یا گازها را به انجا هدایت کرد و از وسوختن آنها جلوگیری نمود. ● گاز همراه (ASSOCIATED GAS) گاز همراه یا به صورت محلول در نفت خام است که در مراحل بهره برداری از نفت خام جدا می شود و یا به صورت جداگانه از نفت خام اشباع شده حاصل می شود

گوگرد

گوگرد یا سولفور با نماد شیمیایی S نام یک عنصر شیمیایی است که در گروه ششم (VIA) و دورهٔ سوم از جدول تناوبی عنصرها جای گرفته‌است. این عنصر در خانوادهٔ اکسیژن^[۲] قرار دارد، پیش از آن فسفر، پس از آن کلر، در بالای آن اکسیژن و پایین آن سلنیوم جای گرفته‌است.^[۳][۴] نماد شیمیایی آن S و عدد اتمی آن ۱۶ است.^[۵] اکتشاف این عنصر به پیش از تاریخ بازمی‌گردد.^[۶][۷]

گوگرد یک نافلز بی‌بو، بی‌مزه^[۸] و چند ظرفیتی است که بیشتر به شکل بلورهای زرد رنگ موجود در کانی‌های سولفید و سولفات شناخته شده‌است. گوگرد عنصری مهم برای همهٔ موجودات زنده‌است برای نمونه می‌توان به حضور گوگرد در ساختار اسید آمینوها و پروتئین‌ها اشاره کرد. این عنصر به صورت اولیه در کودها استفاده می‌شود؛ ولی به صورت گسترده‌تر در باروت، ملیّن‌ها، کبریت‌ها و حشره‌کش‌ها نیز به کار گرفته می‌شود.^[۲]

ویژگی های نفت خام ( Crude OIL )

نفت خام ( Crude OIL )

تعريف :

نفت خام متشكل از مواد آلي است كه قسمت اعظم آن كربن و هيدروژن همراه با مقادير كم گوگرد ، ازت، اكسيژن و مقادير جزئي فلزات از جمله واناديم ، نيكل و ... مي باشد.

عنصر	حداقل درصد وزنی	حداکثر درصد وزنی
کربن	82.2	87.1
هیدروژن	11.8	14.7
گوگرد	0.1	5.5
اکسیژن	0.1	4.5
نیتروژن	0.1	1.5

 

 

 

 

      اجزاء تشکیل دهنده نفت خام

1-  Hemogenous Hydrocarbons : ترکیباتي كه در ساختار آنها فقط هیدروژن و کربن وجود دارد كه شامل هیدروکربن‌های پارافینی ، الفيني ،  نفتنی و آروماتیكي مي باشند.

2-    Hetergenous Hydrocarbons: ترکیباتی كه در ساختار آنها علاوه بر هیدروژن و کربن عناصری از قبیل اکسیژن ، نیتروژن ،گوگرد و يا فلزاتي نظیر  واناديم ، نيكل و … وجود دارد.

 

ارزيابي نفت خام

جهت مقايسه انواع نفت خام نمي توان از آناليز تركيبات تشكيل دهنده آن استفاده نمود. بدين منظور از آزمايشات استانداردي استفاده مي گردد كه تعيين كننده قيمت نفت خام خواهد بود.

پالايشگاه ها بر اساس محدوده معين خواص نفت خام طراحي مي شوند و نمي توان  از هر نفت خامي جهت پالايش در آنها استفاده نمود.  به مجموعه اين تست ها كه شناسه نفت خام را مشخص مي كنند Crude Assay گفته مي شود.  مهمترين اين خواص عبارتند از : اندازه گيري وزن مخصوص ، گوگرد ، نمك ، آب و مواد رسوبي ، گرانروي ، نقطه ريزش ، ناخالصي هاي هاي فلزي،  محدوده تقطير و كربن باقيمانده.

 

 

مشخصات نفت خام

1- تقطير نفت خام  DISTILLATION ) ) ASTM D-86 , D-1160     

نخستین گام در پالایش نفت خام عمل تقطیر است. تقطير نفت خام در دو حالت تقطير در جو و تقطير در خلاء انجام مي گيرد. تقطير جوي نفت خام عبات است از  فرايند پالايش و جدا سازي تركيبات نفت خام در فشار اتمسفر به وسيله حرارت دادن تا دماي  750 ^◦F تا 600   ( كه اين بستگي به نوع نفت خام دارد ) و سپس ميعان نمودن آن بوسيله خنك كردن .

تقطير نفت خام محدوده وسيعي از نقطه جوش را نشان مي دهد . آزمايش تقطير در جو بر مبناي استاندارد ASTM D-86  توسط دستگاه  اتوماتيك تقطير در فشار جو  و آزمايش تقطير در خلاء بر مبناي استاندارد ASTM D-1160   توسط دستگاه اتوماتيك تقطير در فشار پايين انجام مي گيرد. از تقطير  ، تصفيه و پالایش نفت خام در پالايشگاه می‌توان فرآورده‌های متنوعي بدست آورد که قابل فروش در بازار باشند نظير گاز مايع ، بنزين ،  نفت سفيد ، سوخت هاي هواپيما   ، گازوئيل ، نفت كوره ، روغن ، قير ، آسفالت  و ...   

 

2- وزن مخصوص ( Specific  Gravity )   ASTM  D-1298  

يكي از خواص فیزیکی نفت خام که ارزش اقتصادی نفت خام بر مبنای آن سنجیده می‌شود ، وزن مخصوص آن می‌باشد. لذا سنجش و نحوه محاسبه آن مهم است ، نسبت جرم حجمي ماده نفتي به جرم حجمي آب در دماي 60 درجه فارنهايت  سنجيده مي شود و به وسيله هايدرومتر اندازه گيري مي شود.

 

3- درجه API American Petroleum Institute ) )

سنجش وزن مخصوص نفت خام مانند سایر مایعات بر مبنای قانون کلی که همان وزن واحد حجم مایع است ، در شرایط دمايي 60 ^ºF و فشار 1 Atm   سنجیده می‌شود . نفت خام را بر حسب درجه API تقسيم بندي مي كنند.

° API  = ( 141.5 / SP.GR.@ 60 °F )  - 131.5

درجهAPI در اكثر نفت خام بين 10 تا  45مي باشد و بندرت از 10  كمتر يا از 50  بالاتر مي باشد.

·         نفت خام سنگین   با درجه  A.P.I   10   الی  20  

·         نفت خام متوسط   با درجه  A.P.I     20 الی 30  

·         نفت خام سبک  با  درجه  A.P.I  بيش از 30

 

4- گوگرد ( Total  Sulphur )  ASTM  D-1552   

نفت خام را بر اساس ميزان تركيبات گوگردي موجود در آن به دو دسته شيرين و ترش تقسيم بندي مي كنند. نفت خام ترش به نفت خامي گفته مي شود كه حاوي H₂S به صورت محلول در آن باشد يا تركيبات گوگردي آن بالاتر از 0.5 % باشد. اگر مقدار گوگرد ( حتي به مقدار جزئي ) موجود در نفت خام از حد مجاز تجاوز كند ، در قيمت گذاري  آن و همچنين محيط زيست اثرات منفي بسزايي دارد .

 

5- مقدار نمك  ( Salt in Crude ) IP-77       

نمك موجود در نفت خام به صورت محلول  آب نمك در آن مي باشد و منشا آن ذخائر نفتي است. ذخائر نفت خام به صورت سه لايه مي باشند : لايه اول ( رويين ) گاز ،  لايه دوم ( مياني ) نفت خام و لايه سوم  ( زيرين ) آب نمك.  در هنگام استخراج نفت ، آب نمك همراه با نفت از چاه بيرون مي آيد . اين نمك همراه  ، باعث تشديد خوردگي در لوله هاي انتقال و ظروف پالايشگاه مي گردد. لذا ميزان نمك همراه نفت خام بر كيفيت آن تاثير مي گذارد.

واحد اندازه گيري نمك در نفت خام  PTB    lb salt / 1000 barrel crude ) )  مي باشد. . روش هاي كاهش مقدار نمك در نفت خام  عبارتند از : عمل ته نشين كردن ، تصفيه شيميايي  ، ايجاد حوزه الكتريكي قوي

 

5- آب و مواد رسوبي  ( Water & Sediment ) ASTM D-2709 

آب موجود در نفت خام به صورت قطرات يا امولسيون مي باشد كه  باعث مشكلات عمده اي  از جمله خوردگي و گرم شدن غير يكنواخت مبدل هاي حرارتي و كوره ها  مي گردد. همچنين اثرات منفي روي كيفيت فرآورده دارد.

 

كاربرد نفت خام

نفت خام در گذشته به صورت مستقيم دركوره ها به عنوان سوخت مصرف مي شد .  امروزه با گسترش تكنولوژي و ساخت ماشين آلات جديد نياز هاي جديدي به وجود آمده است .

 

 

     در يك دسته بندي كلي محصولات حاصل از نفت خام عبارتند از :

1-   سوخت هاي گرمايشي

2-   سوخت ماشين هاي درون سوز

3-   حلال ها

4-   روغن هاي روان ساز

5-   مواد اوليه صنايع شيميايي و پتروشيمي

6-    آسفالت و قير

در اين راستا مي توان سوخت هاي توليدي پالايشگاه را به شرح ذيل دسته بندي نمود:

1-  برش هاي انرژي زا ( سوخت ) : فرآورده هايي كه براي توليد انرژي حرارتي  يا  نور يا نيروي محركه در اتومبيل ها مصرف مي گردد .

2-  برش هاي غير انرژي زا : فرآورده هايي كه مصارف صنعتي دارند و خواص غير حرارتي آنها مورد نظر است .

نوع برش	مقدار كربن
گاز مايع	C1-C4
بنزين	C4-C10
سوخت جت	C6-C13
نفت سفيد	C10-C15
نفت گاز	C11-C20
مازوت خانگي	C12-C24
مازوت سبك	C13-C40
مازوت سنگين	C40 به بالا

 

 

                                   انرژي زا                                                         غير انرژي زا

 

گازهاي غيرقابل تراكم	C1-C2
حلال ها	C5-C9
بنزين سفيد	C8-C11
نفت چراغ	C10-C15
روغن هاي روان ساز	C20-C40
پارافين ها (واكس ها)	C20-C30
موم ها (صمغ ها)	C30-C40
قير ها	بزرگتر از C40

 

 

 

 

منشا پیدایش نفت و گاز جهان

منشا پیدایش نفت و گاز جهان

منشا نفت و گاز
بشر از قرنها پیش به وجود نفت پی برده بود و این ماده روغنی شکل و اعجاب آمیز از دیر باز مورد استفاده پیشینیان بوده است. نفت را OIL یا Petroleum (روغن سنگ) می نامند. در زبان اوستایی نپتا به معنی روغن معدنی است که کلدانیها و عربها آن را از فارسی گرفته و نفت خوانده اند. هم اکنون بیش از دوسوم انرژی مصرفی جهان از نفت تامین می شود. نظریات متعددی راجع به منشاء نفت و گاز ابراز شده است که اولین فرضیه ها برای تشکیل هیدروکربنها با منشاء غیر آلی نظیر منشاء آتشفشانی، شیمیائی و فضائی ارائه گردیده است. لکن امروزه در خصوص منشاء آلی هیدروکربها اتفاق نظر وجود دارد. این مواد آلی می تواند بقایای گیاهان و حیوانات خشکی و دریائی عمدتا” پلانکتونها باشد.به طور دقیق تر در دریا و اقیانوس دو دسته تولیدکننده اصلی ماده آلی مناسب برای تبدیل به نفت داریم: فیتوپلانکتونها( دیاتومه ,داینوفلاژله, جلبک سبزآبی) زئوپلانکتونها وجانوران عالیتر تغذیه کننده از فیتوپلانکتونها برای اینکه تولید مواد آلی در محیط آبی به میزان مناسبی باشد,دو عامل دخیلند:

۱) ضخامت زون نور دار

۲) میزان ورود مواد مغذی به زون نوردار( مواد مغذی که برای رشد گیاهان و جانوران مفیدند همانا فسفاتها ونیتراتها و اکسیژن هستند.) بنابه این توضیحات بیشترین تولید مواد آلی در دو ناحیه عمده در حواشی قاره هاست که عبارتند از آبهای کم عمق فلات قاره و زونهای چسبیده به محیطهای قاره ای که جریان روبه بالای آبهای سرد و عمیق اقیانوسی را پذیرا می شوند. در چنین محیطهایی که تولید مواد آلی زیاد است,با رخدادن طوفان ومخلوط شدن آبهای بی اکسیژن واکسیژندار , ویا ازدیاد تولید جانداران وکم شدن اکسیژن , گروهی از جانداران دچار مرگ و میر گروهی میشوندو در کف محیط رویهم انباشته میشوند. اهمیت پلانکتونها در تشکیل نفت از آنجا ناشی می شود که آب دریا ناحیه مساعدی جهت تکثیر پلانکتونها می باشد و تعداد آنها نیز در آب دریا بسیار زیاد می باشد. پلانکتونها به علت سرعت رشد و کوچکی جثه، ماده آلی مناسبی است که به سهولت به وسیله رسوبات ریز دانه مدفون گشته و مصون از اکسید شدن در رسوبات باقیمانده و هیدروکربن را تولید می نماید. طبق نظریات جدید مواد مختلف آلی ته نشین شده با رسوبات نرم هنگام دیاژنز (سنگ شدن) تبدیل به یک ماده واسط بین ماده آلی و هیدروکربن می گردد. این ماده واسط کروژن (Kerogn) نامیده می شود. کروژن یک ماده جامد نامحلول آلی است که محصول دیاژنتیک مواد آلی است. توان تولیدی کروژنها برای تولید نفت و گاز متفاوت است.

نفت تشکیل یافته به علت مایع بودن و همچنین به علت خاصیت موئینگی محیط خود از خلال سنگها گذشته، زیر یک طبقه غیر قابل نفوذ در بالاترین قسمت یک چین خوردگی که تاقدیس نامیده می شود، ذخیره می گردد.

● بررسی عوامل مشترک مخازن نفت و گاز نشان می دهد که:

الف) شرایط و محیط رسوبی خاصی لازم است تا طبقات نفت زا (سنگ مادرSource Rock) تشکیل شود و همچنین شرایط خاصی باید وجود داشته باشد تا مواد آلی رسوب یافته در این لایه ها به هیدروکربن تبدیل گردد.

ب) سنگ متخلخل و نفوذپذیری (سنگ مخزن Reservoir rock ) باید وجود داشته باشد تا فضای لازم جهت انبار شدن نفت فراهم آید.

ج) سنگ مخزن می بایستی شکل خاصی داشته باشد تا بتواند تله (Trap) را تشکیل داده باعث جمع شدن هیدروکربن گردد.

د) سنگ غیر قابل نفوذی (سنگ پوشش Cap Rock ) لازم است که مخزن را بپوشاند تا از خروج نفت و گاز از مخزن جلوگیری نماید.

● تبدیل مواد الی به کروژن و گاز

در باره نحوه تبدیل مواد آلی رسوبات به نفت و گاز با مطالعات جدید ژئوشیمیائی و جمع آوری اطلاعات تجربی ثابت شده است که قسمت اعظم هیدروکربنهای طبیعی در اثر کراکینگ کروژن ناشی از حرارت زمین (ژئوترمال) تولید می گردد. همانطور که بیان گردید برای بوجود آمدن نفت و گاز وجود مواد آلی فراوان و تشکیل کروژن در هنگام دیاژنز رسوبات ضروری می باشد. پس سنگ مادر (Source Rock) سنگی است که دارای مقدار کافی کروژن باشد. شرایط مساعد رسوبی برای تجمع و ذخیره شدن مواد آلی شامل گیاهان و جانوران دریائی و همچنین مواد آلی خشکی که توسط رودخانه ها به حوزه رسوبی حمل می گردد، رسوبات رسی و یا گل کربناته (ریزدانه بودن و محیط آرام رسوب گذاری) می باشد. علاوه بر این محیط کف دریا بایستی محیط احیاء کننده باشد تا از اکسیدشدن مواد آلی جلوگیری بعمل آید.

طبیعی است هرچه میزان کروژن در سنگ مادر بیشتر باشد توانائی بیشتری برای تولید هیدروکربن وجود دارد لکن علاوه بر درصد مواد آلی، سنگ مادر بایستی ضخامت کافی نیز داشته باشد. براساس مطالعات ژئوشیمیائی انجام شده برای اینکه سنگ مادری بتواند هیدروکربن تولید نماید باید دارای حداقل تراکمی از کربن آلی باشد که از آن کمتر قادر به تولید هیدروکربن نخواهد بود. این حداقل عمدتا” ۵/۰ درصد کربن آلی برآورد می شود. سنگ مادرهائی که در حوزه های رسوبی ایران دیده می شود نظیر سازند کژدمی در ناحیه زاگرس حدود ۱۰-۵ درصد کربن آلی دارد که بیشتر از جلبکها منشاء گرفته است.

هیدروکربنها در اثر کراکینگ کروژن بوجود می آیند. کراکینگ کروژن عمدتا” در درجه حرارتهای ۱۰۰-۸۰ درجه سانتیگراد شروع می شود. این درجه حرارت در یک ناحیه رسوبی با درجه حرارت ژئوترمال طبیعی معادل عمقی بین ۳۰۰۰-۲۰۰۰ متر می باشد. بنابراین یک سنگ مادر هرچه قدر هم ضخیم و غنی از مواد آلی باشد تا در اعماق فوق قرار نگیرد نمی تواند هیدروکربن تولید نماید. بر همین اساس ابتدا نفت خام سنگین تولید می گردد. چگالی و وزن مخصوص نفت خام با ازدیاد عمق کاهش می یابد. هرچه قدر سنگ مادر عمیقتر مدفون گردد نفت تولید شده سبکتر است و گاز معمولا” محصول آخرین این فعل و انفعالات است.

بنابراین ابتدای نفت های بسیار سنگین، نفت های پارافینیک، نفت های سبک، نفت های میعانی و نهایتا” گاز بدست می آید. وقتی درجه حرارت از ۱۶۵ درجه سانتیگراد تجاوز کند فقط گاز تولید خواهد شد یعنی تقریبا” از عمق ۵۰۰۰ متر بیشتر (ضخامت رسوبی) احتمال یافتن نفت بسیار کم می شود و فقط می توان انتظار یافتن گاز را داشت. در درجه حرارتهای بالاتر از ۲۳۰ درجه سانتیگراد کروژن یک بافت گرافیتی ثابت پیدا می کند که با ازدیاد درجه حرارت هیدروکربنی تشکیل نمی شود (نسبت هیدروژن به کربن تغییر نمی یابد). به طور کلی ازدیاد عمق باعث ازدیاد درجه حرارت می گردد که این ازدیاد درجه حرارت دو اثر دارد:

الف) کراکینگ کروژن و تبدیل مولکولهای بزرگ به مولکولهای کوچکتر مانند تشکیل نفت و گاز

ب) پلیمریزاسیون مولکولها که به تشکیل متان و گرافیت ختم می گردد (کروژنهای گرافیتی)

نکته مهم دیگری که در مورد تشکیل هیدروکربنها وجود دارد زمان زمین شناسی می باشد. به عبارت دیگر رسوبات قدیمی تر (از نظر زمین شناسی) در درجه حرارتهای پائین تر، همان محصولی را می دهد که سنگ مادری با سن زمین شناسی کمتر در درجه حرارتهای بالاتر هیدروکربن تولید خواهد نمود

● گاز

به علت فشار زیاد درون حفره نفت ی، مقدار زیادی از گاز در نفت خام حل شده است. به همین دلیل نفت خامی را که از چاه بیرون می آید، قبل از انتقال دادن به پالایشگاه، ابتدا به دستگاه تفکیک مخصوصی می برند تا قسمت اعظم گاز های سبک و آب نمک آنرا جدا سازند. گاز ی که مستقیماْْ از چاههای نفت خارج می شود با گاز ی که به این وسیله از نفت خام تفکیک می گردد، پس از تصفیه به صورت گاز طبیعی به وسیله ی شبکه ی گاز رسانی برای مصارف سوخت و صنایع پتروشیمی توزیع می شود. گاز طبیعی مخلوطی از ئیدروکربنهای سیرشده سبک مانند متان، اتان و اندکی پروپان و بوتان است. قسمت عمده این گاز متان و مقدار کمتری اتان می باشد.در این گاز ها غالباْْ آثاری از نیتروژن، کربن دی اکسید و گاهی ئیدروژن سولفید و هلیم وجود دارد. پس از استخراج نفت آن را پالایش می کنند.

● پالایش نفت

پالایش نفت مجموعه عملیاتی است که به وسیله آنها بسیاری از مواد گوناگون از جمله بنزین، نفت سفید، نفت گاز یا گاز وئیل، نفت کوره، گریس، قیر و غیره از نفت خام بدست می آید. عملیات اساسی پالایش نفت را به سه دسته کلی تقسیم می کنند:

الف) جدا کردن مواد ( با استفاده از تقطیر جزء به جزء)

ب) تبدیل ( تبدیل اجزاء نامرغوب و کم مصرف به اجزاء مرغوب در پالایشگاه) ج- تصفیه فرآورده های نفت ی بیش از نیم قرن از مصرف فرآورده های نفت ی به صورتی غیر از سوخت می گذرد. به مرور زمان و با پیشرفت علم و تکنولوژی، انسان تعداد روزافزونی از ئیدروکربنها را به طور خالص از سایر فرآورده های نفت ی جدا کرده و به مصرف تولید سایر مواد شیمیایی و صنعتی رسانیده است. صنایع وابسته به نفت را که از مواد نفت ی محصولات غیر نفت ی تهیه می کنند را صنایع پتروشیمی می نامند. مواد اولیه حاصل از صنعت نفت که برای تهیه سایر فرآورده های شیمیایی به کار می رود، مواد پتروشیمی نامیده می شود.

● آیا می دانستید؟

- گاز طبیعی در حالت عادی بدون بو است. به گاز طبیعی قبل از توزیع یک ماده از ترکیبات سولفور به نام تجاری مرکاپتان اضافه می شود تا هنگام نشت احتمالی گاز به ما کمک کند.

سلام خدمت تمامی دوستان عزیزم

ببخشید مدتی مطالب جدید ارائه نکردم چون الان امریه قرارگاه خاتم الانبیاء هستم

تشکر میکنم از نظرات خوبتون.

وسایل مورد نیاز در آزمایشات و کنترل خوردگی لوله

Ø   وسایل مورد نیاز در آزمایشات و کنترل خوردگی لوله :

چند نمونه از دستگاه هایی که در آزمایشات خوردگی مورد استفاده قرار می گیرند در زیر به اختصار آمده است . هر چند امروزه دستگاه های الکترونیکی جدیدتری به بازار عرضه گردیده است با وجود این کاربرد همه آن ها مشابه است 

ü    ولت متر :

این دستگاه به منظور اندازه گیری ولتاژ بین لوله و الکترو مرجع به کار می رود جهت آزمایش وضعیت خاک ، آب دریا و پتانسیل خط لوله نسبت به زمین به کار می رود که باید با انتخاب صحیح ولتمتر انجام شود .

امروزه ولت مترهایی الکترونیکی موجود است که احتیاج به تنظیم نداشته و به منظور بررسی جریان های سرگردان می توان از آنها استفاده کرد . این ولت مترها دارای مقاومت داخلی زیاد می باشند .

ü    آمپرمتر :

این دستگاه جریان های خروجی آندهای موقت ، ترانس های دائم و آزمایشات لازم جهت میزان کارآیی پوشش را اندازه گیری می کند . به منظور صرفه جویی در وقت از دستگاهی که شامل آمپرمتر و ولتمتر باشد استفاده می شود .

ü    دستگاه اندازه گیری مقاومت خاک :

که به منظور تعیین مقاومت الکتریکی خاک به هنگام طراحی بستر آندی و مسیر خط لوله مورد استفاده قرار می گیرد .

ü      دستگاهمیگر:

که به منظور اندازه گیری مقاومت خاک مورد استفاده قرار می گیرد .

ü      دستگاهآزمایش:

به منظور کنترل و جلوگیری از هدر رفتن ولتاژ در انشعابات و منتهی علیه خطوط انتقال که از فلنج عایقی استفاده می گردد به کار می رود .

ü    دستگاه اندازه گیری ضخامت لوله :

این دستگاه الکترونیکی قادر به نشان دادن ضخامت لوله می باشد و توسط آن می توان مقدار خوردگی در لوله و به خصوص در خم ها را مشخص نمود .

ü      اهممتر:

برای اندازه گیری مقاومت و تعیین ضخامت قطع بودن مدارها به کار می رود .

ü    دستگاه عیب یاب پوشش :

با آن نقاط ضعف پوشش لوله که با چشم قابل رویت نیستند مشخص می شود اساس کار آن توسط اختلاف سطح الکتریکی که بر روی قطر پوشش اعمال می گردد و با گذراندن الکترودی بر سطح پوشش می باشد . در صورتیکه نقایصی وجود داشته باشد تخلیه الکتریکی شده و با علامت هشدار دهنده نقاط ضعف مشخص می شود . ولتاژ اعمالی بین 12000-8000 ولت می باشد .

ü      لولهیاب :

محل دقیق عبور لوله را در جایی که مسیر خط لوله مشخص نباشد مشخص می کند  .

ü    پیرسون :

قادر است نقاط ضعف پوشش لوله های مدفون در خاک را از سطح زمین مشخص نماید .

ü      سیاسکن :

این دستگاه را می توان تکمیل شده پیرسون دانست . که قادر است محل لوله ، عیب پوشش ، خوردگی لوله و عمق لوله مدفون را مشخص سازد.

ü    دستگاهPCS2000 :

دستگاه جدید دیگری که می تواند اشکالات لوله های مدفون در خاک را با دقت بیشتری نشان دهد .

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-hansi-font-family:Calibri; mso-hansi-theme-font:minor-latin; mso-bidi-font-family:Arial; mso-bidi-theme-font:minor-bidi; mso-bidi-language:AR-SA;}

Ø   مهمترین و معمولی ترین روش های کنترل خوردگی عبارتند از :

ü    حفاظت کاتدی

ü    حفاظت آندی

ü    مواد کند کننده

ü    پوشش ها

ü    انتخاب مواد

ü    طراحی مناسب دستگاه ها

لوله هاي پلاستيكي

Ø   لوله هاي پلاستيكي :

لوله هاي پلاستيكي كه در تاسيسات آب و فاضلاب بكار برده مي شوند عبارتند از :

لوله هاي پلاستيكي پي وي سي (PVC– مخفف پلي و نيل كلرايد)

لوله هاي پلاستيكي (PE مخفف پلي اتيلن)

لوله هاي پلاستيك ABS (مخفف اكريلونيتريل ، بوتادين و استيرن)

لوله هاي پلاستيك PP (مخفف پلي پروپلين)

لوله هاي پلاستيكي CPVC (مخفف كلرينيتد پلي و نيل كلرايد)

لوله هاي پلاستيكي PB (مخفف پلي بوتيلن)

 

نكته : در شبكه فاضلاب از لوله هاي پي وي سي و پلي اتيلن بيشترين استفاده به عمل مي آيد .

 

Ø    مزاياي لوله هاي PVC:

اتصال لوله و قطعات آن بسيار آسانتر و سريعتر از ساير لوله ها انجام مي شود .

در نصب روكار احتياجي به رنگ آميزي ندارند .

داراي وزن سبك هستند و به راحتي در بين سقف كاذب و مكانهايي كه دسترسي بدان مشكل است نصب مي شود .

در مقايسه با لوله هاي ديگر قطر خارجي كمتري داشته و به راحتي در داخل ديوار جاسازي و اجرا مي شود .

در برابر مواد شيميايي از مقاومت بالايي برخوردار هستند .

Ø    معايب لوله هاي PVC:

لوله هاي پي وي سي خشك در برابر سرما بسيار حساس و شكننده مي باشند .

لوله هاي پي وي سي در برابر حرارت زياد فرم و استحكام خود را از دست مي دهند .

به علت قدرت مقاومت كم جداره اين نوع لوله ها بايستي از فنر لوله بازكني براي گرفتگي مجراي لوله ها استفاده نمود .

در برار نيروهاي خارجي داراي مقاومت كمتري هستند

 

نكته : لوله هاي فاضلاب PVC از نوع خشك در دو نوع فشار ضعيف به رنگ خاكستري و متمايل به آبي و فشار قوي به رنگ خاكستري روشن توليد مي شوند . كاربرد لوله هاي PVC فشار ضعيف در لوله كشي تهويه آب باران و اتصال براي آب باران بالكنها و لوله هاي اتصالي توالتها است اما كاربرد لوله هاي PVC فشار قوي در سيستمهاي فاضلاب ساختمان به عنوان لوله هاي عمودي و جمع آوري كننده و لوله تخليه اصلي فاضلاب است .

 

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-hansi-font-family:Calibri; mso-hansi-theme-font:minor-latin; mso-bidi-font-family:Arial; mso-bidi-theme-font:minor-bidi; mso-bidi-language:AR-SA;} table.MsoTableGrid {mso-style-name:"Table Grid"; mso-tstyle-rowband-size:0; mso-tstyle-colband-size:0; mso-style-unhide:no; border:solid windowtext 1.0pt; mso-border-alt:solid windowtext .5pt; mso-padding-alt:0cm 5.4pt 0cm 5.4pt; mso-border-insideh:.5pt solid windowtext; mso-border-insidev:.5pt solid windowtext; mso-para-margin:0cm; mso-para-margin-bottom:.0001pt; text-align:right; mso-pagination:widow-orphan; font-size:10.0pt; font-family:"Times New Roman","serif"; mso-fareast-font-family:"Times New Roman";}

لوله هاي چدني

Ø   لوله هاي چدني :

جنس اين لوله ها از چدن ريخته گري است و بر حسب نوع كاربرد آنها انواع و مقدار آلياژ ، شكل و طول لوله ،‌نوع اتصالات آنها با هم متفاوت هستندو اغلب در سيستم لوله كشي فاضلاب استفاده مي شوند .

لوله هاي چدني كه در سيستم لوله كشي فاضلاب به كار مي رود :

الف) سرتوپي (يك سرتوپي – دو سرتوپي)

ب) دو سر تخت

 

نكته : لوله هاي چدني با سرتوپي و سرتخت به ترتيب لوله هاي بوشن دار و بدون بوشن نيز ناميده مي شوند .

 

Ø    مزاياي لوله هاي چدني :

در برابر فشار وارده به جداره هاي خارجي داراي مقاومت و استحكام خوبي هستند .

فرسودگي اين لوله ها كمتر از لوله هاي فلزي است .

مي توان براحتي از دستگاه تراكم هوا جهت باز كردن و رفع گرفتگي لوله استفاده نمود .

قيمت لوله هاي چدني نسبت به لوله هاي آهني ارزانتر است .

معايب لوله هاي چدني :

نصب لوله هاي چدني نسبت به لوله هاي آهني كندتر انجام مي شود .

لوله هاي چدني به علت تاثير مواد شيميايي موجود در فاضلاب زنگ مي زنند و جلوگيري از زنگ زدگي آنها ميسر نمي باشد .

داشتن وزن زياد قطعات و كثر اتصالات و در نتيجه زياد پيوند از معايب ديگر لوله هاي چدني مي باشد .

مقايسه لوله چدني توپي دار و سر تخت :

قابليت تحمل فشار لوله هاي سرتخت بيشتر است .

لوله هاي سر تخت به دليل نداشتن مادگي و لبه هاي قيطاني و وزن و ضخامت كمتر و نوع پيوند كاربرد بيشتري دارند .

لوله هاي سرتخت به دليل خاصيت الاستيكي نوع پيوند آن تغيير حرارت بيشتري را نسبت به لوله هاي ديگر تحمل مي كند .

انواع لوله صنعتی

Ø   انواع لوله :

لوله ها را مي توان به انواع مختلف از نظر جنس ، كاربرد و نحوه اتصالات دسته بندي نمود .

لوله هايي كه در سيستم آبرساني و فاضلاب مورد استفاده قرار مي گيرد به شرح ذيل مي باشد

Ø   لوله هاي گالوانيزه :

لوله هاي گالوانيزه خود به دو دسته تقسيم مي شوند : لوله هاي فولادي گالوانيزه و لوله هاي آهني گالوانيزه اين دو نوع در بازار به لوله هاي آهني سفيد معروفند و عموماً بين اين دو فرقي گذاشته نمي شود ،در صورتيكه لوله هاي فولادي گالوانيزه در مقايسه با نوع آهني آن سبك تر و براق تر هستند .

Ø   لوله هاي فولادي گالوانيزه :

اين نوع لوله ها گاهي براي تخليه فاضلاب لوازم بهداشتي كوچك به كار برده مي شود ولي مورد استفاده اصلي آنها براي تهويه است . جنس اين لوله ها از فولاد نرمي است كه در ساختن آن ورقه فولاد را با فشار داخل قالب عبور داده درز آن را جوش مي دهند و سپس آنها را جهت افزايش مقاومت در برابر اسيدها و زنگ زدگيها در يك وان آبكاري روي اندود (گالوانيزه) مي كنند . اين نوع لوله ها نسبت به نوع آهني در برابر اسيدها مقاومت كمتري دارند و كليه اسيدهايي كه براي چدن مضر مي باشند فولاد گالوانيزه را هم خراب مي كنند .

 

 

Ø   لوله هاي آهني گالوانيزه :

جنس اين لوله ها از آهن سفيد نورد شده است كه درز آن توسط دستگاه هاي درز جوش بهم جوش داده مي شود و سپس لوله را در فلز روي مذاب فرو مي برند . به همين علت آنها را لوله هاي با درز نيز مي گويند . اين نوع لوله ها از رنگ تيره و خاكستريشان شناخته مي شوند .و عموماً به دو صورت سبك و متوسط توليد مي شوند .

كليه لوله هاي فولادي و آهني گالوانيزه در شاخه هاي 6 متري و دو سر دنده با قطر  اينچ تا 8 اينچ توليد مي گردند . قر اين لوله ها معمولاً‌قطر اسمي است كه بزرگتر از قطر داخلي و كوچكتر از قطر خارجي است .

همچنين در بازار اين لوله ها را بر اساس نمره مي شناسند . لوله هاي گالوانيزه نيز به وسيله دنده پيچي به يكديگر وصل و توسط مواد مناسب آب بندي مي شوند .

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;}

تهیه کلرو پنتا آمین کبالت3 کلرید

Normal 0 false false false EN-US X-NONE FA تهیه کلرو پنتا آمین کبالت3 کلرید

1.

Co[(NH₃)₄CO₃]NO₃ + NH₃ + 3HCl → [Co(NH₃)₅Cl] + CO₂ + H₂O + HNO₃

ابتدا با روشی مناسب Cl قشر درونی کمپلکس را با یک لیگاند قویتر از Cl جایگزین کرده سپس درصد کلرها محاسبه می­شوند.با اندازه­گیری هدایت محلول به وسیله هدایت سنج نیز می­توان انجام بخش اول را کنترل کرد.

چون لیگاند کربنات یک لیگاند حجیم و ضعیف است بنابراین به راحتی جابجایی اتفاق می­افتد و مهمتر اینکه با کبالت به عنوان لیگاند دو دندانه از طریق دو اتم اکسیژن پیوند کئوردینه تشکیل می­دهد که نتیجه آن ایجاد یک حلقه  چهارتایی است که این حلقه به علت فشار زاویه­ای که دارد تحت اثر عوامل محیطی مثل حرارت به راحتی شکسته می­شود.بنابراین این ماده اولیه،ماده اولیه مناسبی برای انجام واکنش­های استخلافی است.

3.چون مقدار زیادی HCl غلیظ در محیط وارد شده و حرارت هم به مدت 20 دقیقه داده می­شود.بنابراین شرایط واکنش انجام این استخلاف را تحمیل می­کند.

4.مکانیسم واکنش از نوع S_N1 است.زیرا ابتدا شکستن پیوند Co―O اتفاق می­افتد و سپس یون Cl^- به کبالت متصل می­شود.

5.هدایت محلول افزایش میابد زیرا با وجود اینکه کمپلکس [Co(NH₃)₅Cl]Cl₂ یک کمپلکس بی­اثر و پایدار سینتیکی است.اما با گذشت زمان در صورتی که در محیط آبی باشد آب که لیگاند قوی­تری نسبت به Cl^- است جای آن را می­گیرد و Cl^- موجود در محلول افزایش یافته رسانایی الکتریکی را زیاد می­کند.

/* 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;}

تهیه و بررسی خواص کمپلکس پتاسیم تری اکسالاتو فرات(3-)

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

تهیه و بررسی خواص کمپلکس پتاسیم تری اکسالاتو فرات(3-)

1.چرا این کمپلکس از نمکهای Fe³⁺ تهیه نشده است؟

این کمپلکس را می­توان با استفاده از فریک سولفات و باریم اگزالات تهیه کرد اما چون نمکهای Fe³⁺ شدیدا جاذب الرطوبه در مقابل هوا هستند و در نتیجه نگهداری آنها مشکل است و همچنین در آب نیز به سرعت هیدرولیز میگردند کار کردن با آنها مشکلتر از نمکهای Fe²⁺ است ولی غیر ممکن نیست.

2.تشکیل رسوب Fe(OH)₃ در اثر افزایش آب اکسیژنه به چه صورت است؟

کمپلکس آنیونی Fe(C₂O₄)₃^3- با توجه به آرایش الکترونی Fe³⁺ (کهh.s)d⁵(است) زیاد پایدار نیست و بطور جزئی به صورت زیر تفکیک می­شود:

[Fe(C₂O₄)₃]^3-               Fe(C₂O₄)₂^- + C₂O₄^2-

H₂O₂(excess)

اگزالات حاصل از تفکیک کمپلکس در زیادی H₂O₂ موجود در محیط به CO₂ اکسید شده و آب اکسیژنه نیز در اثر احیا شدن مقداری OH^-در محیط تولید می­کند.به همین دلیلتعادل واکنش به سمت راست کشیده می­شود کمپلکس به تدریج تجزیه می­گردد که نتیجه آن آزاد شدن مقداری Fe³⁺ در محیط است.Fe³⁺ آزاد شده با قلیائیت حاصل از احیای آب اکسیژنه و همچنین هیدرولیز نمک قلیایی پتاسیم اکسالات بصورت Fe(OH)₃ که رسوب قهوه­ای رنگ است رسوب می­کند.رسوب Fe(OH)₃ با اسید اگزالیک اضافی در محیط واکنش داده (واکنش اسید-باز) و دوباره در تشکیل کمپلکس شرکت می­کند.

C₂O₄^2-→2CO₂ + 2e

H₂O₂ + 2e → 2OH-

――――――――――――

C₂O₄^2- + H₂O₂ → 2CO₂ + 2OH-

 

Fe²⁺ + 3OH- → Fe(OH)₃

Fe(OH)₃ + H₂C₂O₄→Fe(C₂O₄)₃^3-

این واکنش در زیادی اگزالیک اسید موجود در محیط انجام می­گیرد.

 

 

3.این کمپلکس در اثر نور به چه موادی تبدیل می­شود؟

کمپلکس Fe(C₂O₄)₃^3- در مقابل نور حساس است و یک واکنش اکسایش_کاهش داخلی در آن اتفاق می­افتد که نتیجه نهایی  آن احیای Fe³⁺ به Fe²⁺ واکسایش اگزالات به CO₂ می­باشد.

4.کمپلکس دارای µ_eff=5.9 B.M است.آیا ممان اوربیتالی در ممان مغناطیسی شرکت دارد؟

با توجه به آرایش d⁵ مربوط به Fe³⁺ که با توجه به لیگاند ضعیف اگزالات (h.s) نیز است فقط ممان اسپینی شرکت دارد.

5.رنگ سبز کمپلکس مربوط به چه نوع جابجایی است؟

با توجه به آرایش Fe³⁺ که d⁵ است رنگ سبز کمپلکس بخاطر جابجایی یا انتقالات d-d نیست و از نوع انتقال بار از L→M است و چون عدد اکسایش فلز بالاست این انتقال به راحتی و با جذب طول موج رنگ مکمل سبز صورت می­گیرد.

مراحل مختلف سنتز کمپلکس Fe(C₂O₄)₃^3- به صورت زیر است:

رسوب زرد رنگ

 

Fe²⁺ + C₂O₄^2-→ FeC₂O₄↓

H₂C₂O₄

 

∆

پرتقالی

FeC₂O₄ + 2K₂C₂O₄ → K₄[Fe(C₂O₄)₃]

قهوه ای تیره

 

 سبز رنگ

 

K₄[Fe(C₂O₄)₃] + H₂O₂ → K₃[Fe(C₂O₄)₃] + Fe(OH)₃  →    Fe(C₂O₄)₃^3-

 

فرمول کلی واکنش به صورت زیر است:

2Fe²⁺ + 6C₂O₄^2- + H₂O₂ → 2[Fe(C₂O₄)₃]^3- + 2OH-

2Fe(NH₄)₂(SO₄)₂.6H₂O + 6K₄C₂O₄ + H₂O₂ → 2K₃[Fe(C₂O₄)₃] + 2KOH + 2K₂SO₄        + 2(NH₄)₂SO₄

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;}

تهیه هگزو آمینو کبالت3 کلرید

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

 

تهیه هگزو آمینو کبالت3 کلرید

1.

Cocl₂ + 2NH₄cl + 10NH₃+ H₂O₂ → 2[Co(NH₃)₆]cl₃ + 2H₂O

برای محاسبه راندمان ابتدا محدود کننده واکنش را تعیین کرده سپس بهره نظری یا مقدار نظری محصول را با استفاده از معاده واکنش محاسبه شود سپس راندمان را از رابطه زیر بدست می­آوریم

2.با توجه به اینکه آمونیاک به صورت زیر هیدرولیز میگردد

NH₃ + H₂O → NH₄⁺ + OH^-

و OH^- حاصل از هیدرولیز سبب رسوب دادن Co²⁺ به صورت↓Co(OH)₂میگردد که در نتیجه آن مقداری از Co²⁺ از محیط واکنش حذفمیگردد و مهمتر اینکه NH_{3 (aq)}که نقش لیگاند را برای سنتز کمپلکس مورد نظر دارد نیز از بین میرود لذا به منظور جلوگیری از هدر رفتن لیگاند آمونیاک و همچنین Co²⁺ که نتیجه آن در نهایت کم شدن راندمان محصول است.به محیط واکنش مقدار کافی NH₄cl اضافه میشود تا به این ترتیب مانع از هیدرولیز آمونیاک شود. زیرا با افزایش NH₄⁺ طبق اصل لوشاتلیه واکنش آمونیاک به سمت چپ برمیگردد.

3.

در eg الکترون ندارد ↔↑E_a↔پایدار سینتیکی ↔Inert

در eg الکترون دارد ↔↓E_a↔ناپایدار سینتیکی ↔Labil

کمپلکس ماده اولیه یعنی [Co(H₂O)]cl₂ با داشتن آرایش الکترونی d⁷ (H.S)   برای Co²⁺ فعال است زیرا در eg الکترون دارد.اما کمپلکس محصول با توجه به آرایش d⁶ (L.S) برای Co³⁺ و نداشتن الکترون در eg یک کمپلکس بی اثر و غیرفعال است.

4.

Co²⁺           d⁷ (H.S)

 CFSE=5(- ∆_O) + 2( ∆_O) = - ∆_O

Co³⁺           d⁶ (L.S)

CFSE=6(- ∆_O) + 2P= - ∆_O

5.

E⁰=- 0.1 V Co(NH₃)₆²⁺ Co(NH₃)₆³⁺ + 1e

Co(H₂O)₆²⁺  Co(H₂O)₃³⁺ + 1e E⁰=- 1.84 V

در کمپلکس Co(NH₃)₆²⁺ چون آمونیاک لیگاند قوی و دهنده الکترون بهتری نسبت به آب است پس بار مثبت موثر روی Co²⁺ کمتر و دانسیته الکترونی آن بیشتر است لذا به راحتی الکترون از دست داده و اکسید میشود.در مقایسه با Co(H₂O)₆²⁺ که در آن آب دهنده الکترون خوبی نیست بنابراین دانسیته الکترون بر روی Co²⁺ کم است لذا تمایلی به از دست دادن الکترون و اکسید شدن ندارد.

6.در کمپلکس Co(NH₃)₆³⁺ که با آرایش الکترونی کبالت3 d⁶ (L.S) است و چون کبالت الکترون فرد ندارد پس کمپلکس دیامغناطیس است و ممان اسپینی ندارد و چون اوربیتالهای t_2g بطور متقارن پر شده­اند پس ممان اوربیتالی هم ندارد.

 

 

 

 

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;}

تهیه سیس و ترانس دی اکسالاتو-دی اکو-کرومات

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 /* 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;}

تهیه سیس و ترانس دی اکسالاتو-دی اکو-کرومات

(1-)فرمول کلی واکنش به صورت زیر است:

K₂Cr₂O₇ + 7H₂C₂O₄ →2K[Cr(C₂O₄)₄(OH₂)₂] + 3H₂O + 6CO₂

1.کمی از کریستال­های سیس را در0.5ml آب حل کنید و به آن 0.5mlآمونیاک 4 مولار و سپس 0.5ml سولفوریک اسید  4 مولار اضافه کنید،همین عمل را با ایزومر ترانس انجام دهید نتیجه را برای هر دو کمپلکس مقایسه و تفسیر نمایید.

با افزایش آمونیاک چون محیط واکنش آبی است آمونیاک هیدرولیز شده و OH- حاصل از هیدرولیز آن یک پروتون از H₂O متصل به کمپلکس گرفته بصورت یک مولکول آب خارج می­شود و یون هیدروکسو  آکو دی اکسالاتو کرومات (2-) می­کند.این یون در زیادی OH- محیط یک پروتون دیگر از آب شماره (2) خود را از دست داده و یون دی هیدروکسو دی اکسالاتو کرومات(3-) تولید می­کندکه این یون­ها می­توانند متراکم شده بصورت یک کمپلکس با دو پل OH درآید که به رنگ سبز لجنی است.با افزایش اسید پل­های هیدروکسیل شکسته شده و کمپلکس اولیه حاصلمی­گردد.به همین دلیل محلول با همان رنگ حالت اولیه که در آب حل شده بود مشاهده می­گردد.

در مورد ایزومر ترانس نیز همین واکنش­ها تکرار می­گردند.اما با شدت کمتر.زیرا به لحاظ شکل فضایی آن کمپلکس دو پل هیدروکسیل تشکیل نمی­گرددو کمپلکس پل دار نیز تولید می­شود.

2.کدام ایزومر فعالیت نوری دارد؟

ایزومر سیس دارای تصویر آینه­ای غیر قابل انطباق می­باشد.بنابراین کایرال بوده و فعالیت نوری دارد.(صفحه و مرکز تقارن ندارد) ایزومر ترانس دارای دو صفحه تقارن می­باشد و گروه نقطه­ای آن D_2h است بنابراین فعالیت نوری ندارد.

3.اختلاف رنگ موجوذ بین دو ایزومر ناشی از چیست؟

کمپلکس به تناسب ساختمان فضایی و آرایش الکترونی که دارند برخی از طول موج­های نور سفید را جذب می­کنند و بقیه را عبور می­دهندو به رنگ طول موج­هایی که از خود عبور می­دهند دیده می­شوند.این طول موج­های عبوری به  یعنی فاصله t_2gو eg بستگی دارد که این فاصله برای ایزومر سیس و ترانس متفاوت است.ایزومر سیس به علت انحراف یان تلر و از بین رفتن تا حدودی قاعده تقارن و لاپورته از میدان لیگاند قوی­تری نسبت به ایزومر ترانس برخوردار است.

جداسازی کمپلکس­های یونی به روش مبادله یونی

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 /* 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;}

جداسازی کمپلکس­های یونی به روش مبادله یونی

1.اکواسیون CrCl₂(H₂O)₄⁺به  Cr(H₂O)₆³⁺ به وسیله Cr²⁺ کاتالیز می­شود.یک مکانیسم قابل قبول برای بیان خصلت کاتالیزری Cr²⁺ بنویسید.

-H₂O

 

Cr²⁺ با آرایش الکترونی 3d⁴ از نظر سینتیکی فعال است.در آب به سرعت هیدراته شده سپس یک مولکول آب از دست داده و یک کمپلکس 5 کوئوردینه از Cr²⁺ تشکیل می­دهد که با کمپلکس Cr³⁺ از طریق لیگاند Cl پل برقرار می­کند و یک کمپلکس برانگیخته پل دار حاصل می­شود که بعد از انتقال یک الکترون از Cr²⁺ به عنوان کاتالیزور به کمپلکس شامل Cr³⁺ ،پل شکسته شده و Cl- به کمپلکس شامل Cr³⁺ منتقل شده و محصول واکنش حاصل می­گردد.بنابراین مکانیسم از نوع انتقال اتم با تشکیل کمپلکس برانگیخته پل دار در قشر داخلی انجام می­گیرد.

Cr²⁺(OH₂)₆    Cr(H₂O)₅²⁺ + H₂O

2.اکواسیون CrCl₂(H₂O)₄⁺ به CrCl(H₂O)₅²⁺ خیلی سریعتر از اکواسیون CrCl(H₂O)₅²⁺ به Cr(H₂O)₆³⁺ انجام می­گیرد.برای این امر یک استدلال کیفی ارائه دهید.

چون کمپلکس اولی یک بار مثبت دارد جدا شدن Cl^- از آن راحت­تر است.در صورتی که کمپلکس دوم دو بار مثبت دارد.بنابراین جدا شدن یک بار منفی یعنی Cl^- مشکل­تر صورت می­پذیرد.این مرحله کند واکنش است.پس تعداد بار مثبت در تعیین سرعت هر کدام موثر است.

3.یون Cr(H₂O)₆³⁺بنفش رنگ است.در صورتی که CrCl₂(H₂O)₄⁺ سبز رنگ است.علت این اختلاف را بیان کنید.

علت اختلاف رنگ کمپلکس­ها به نوع لیگاندها و نحوه قرار گرفتن آنها در اطراف اتم مرکزی و انتقالات الکترونی از t_2g به eg بر می­گردد.هرچه  بیشتر باشد رنگ کمپلکس به سمت طول موج­های بلندتر نزدیک می­شود.در کمپلکس Cr(H₂O)₆³⁺ به علت متقارن بودن  آن کوچک است پس طول موج­های بلند را برای انتقال الکترون جذب می­کند.در نتیجه به رنگ طول موج­های کوتاه که عبور می­دهد دیده می­شود­(یعنی بنفش). درحالیکه کمپلکس Cr(H₂O)₄Cl₂ دارای تقارن D_4hبوده و به علت انحراف تترا گوتال  آن زیادتر از قبل شده است.لذا طول موج­های کوتاه را جذب می­نماید و به رنگ طول موج­های بلند که از خود عبور می­دهد دیده می­شود.(سبز رنگ)

آشنایی کلی با شیمی معدنی

تئوری آزمایش:

اشناي كلي با شيمي معدني

 

    شيمي معدني ، شاخه بزرگي از علم شيمي است که بطور کلي شامل بررسي ، تحليل و تفسير نظريههاي خواص و واکنشهاي تمام عناصر و ترکيبات آنها بجز هيدروکربنها و اغلب مشتقات آنهاست.

    شيمي معدني شاخهاي از دانش شيمي است که با کاني ها (مواد معدني) و خواص آنها سروکار دارد.

    به عبارت ديگر ميتوان چنين اظهار نظر کرد که شيمي معدني کليه موادي را که از جمله ترکيبات کربن نباشند، به استثناي اکسيدهاي کربن و ديسولفيد کربن دربرميگيرد.

 

 

    در شيمي معدني در مورد گستره وسيعي از موضوعات از جمله: ساختمان اتمي، بلورنگاري(کريستالوگرافي)، انواع پيوندهاي شيميايي اعم از پيوندهاي کووالانسي، يوني، هيدروژني و ...، ترکيبات کوئورديناسيون و نظريههاي مربوطه از جمله نظريه ميدان بلور و نظريه اوربيتال مولکولي، واکنشهاي اسيد و باز، سراميکها، تقارن مولکولي و انواع بخشهاي زيرطبقه الکتروشيمي (برقکافت، باطري، خوردگي، نيمه رسانايي و غيره) بحث ميشود.

    در باب اهميت شيمي معدني، ساندرسن چنين نوشته است:

 

        در واقع بيشترين مباحث علم شيمي را دانش اتمها تشکيل ميدهد و کليه خواص مواد و ترکيبات، به ناچار ناشي از نوع اتمها و روشي است که با توجه به آن، اتمها به يکديگر ميپيوندند و مجموعه تشکيل ميدهند و از طرف ديگر کليه تغييرات شيميايي متضمن بازيابي اتمهاست. در اين حال شيمي معدني تنها بخشي از علم شيمي است که با توجه به آن ميتوان به صورتي ويژه، در باب مغايرتهاي موجود در ميان کليه انواع اتمها بررسي نمود.

 

    طبقه بندي مواد معدني

 

    در يک مفهوم گسترده، مواد معدني را ميتوان در چهار طبقه تقسيم بندي نمود: عناصر، ترکيبات يوني، ترکيبات مولکولي و جامدات شبکهاي يا بسپارها.

    عناصر: عناصر داراي ساختارها و خواص بسيار متفاوت هستند. بنابراين ميتوانند به يکي از صورتهاي زير باشند:

 

    گازهاي اتمي (Kr , Ar) و يا گازهاي مولکولي (O2 , H2)

 

    جامدات مولکولي (C6 , S8 , P4)

 

    مولکولها و يا جامدات شبکهاي گسترش يافته (الماس، گرافيت)

 

    فلزات جامد (Co , W) و يا مايع (Hg , Ca)

 

    ترکيبات يوني: اين ترکيبات در دما و فشار استاندارد همواره جامدند و عبارتاند از:

 

    ترکيبات يوني ساده، مانند NaCl که در آب يا ديگر حلالهاي قطبي محلولاند.

 

    اکسيدهاي يوني که در آب غير محلولاند و اکسيدهاي مختلط همچون اسپنيل (MgAl2O4)، سيليکاتهاي مختلف مانند CaMg(SiO3)2 و ...

 

    ديگر هاليدهاي دوتايي، کاربيدها، سولفيدها و مواد مشابه. چند مثال عبارتست از: BN , GaAs , SiC , AgCl.

 

    ترکيباتي که داراي يونهاي چند اتمي (به اصطلاح کمپلکس) هستند.

 

    ترکيبات مولکولي: اين ترکيبات ممکن است جامد، مايع و يا گاز باشند و مثالهاي زير را دربر ميگيرند:

 

    ترکيبا دوتايي ساده همچون UF6 , OsO4 , SO2 , PF3

 

    ترکيبات پيچيده فلزدار همچون RuH(CO2Me)(PPh3)3 , PtCl2(PMe3)2

 

    ترکيبات آلي فلزي که مشخصا پيوندهاي فلز به کربن دارند، مانند Zr(Cn2C6H5)4 , Ni(CO)4

 

    جامدات شبکهاي يا بسپارها: نمونههاي اين مواد شامل بسپارهاي متعدد و متنوع معدني و ابررساناها است. فرمول نمونهاي از ترکيبات اخير YBa2Cu3O7 است.

 

    ساختارهاي مواد معدني

 

    ساختار بسياري از مواد آلي از چهار وجهي مشتق ميشود. فراواني آنها به اين دليل است که در مواد آلي ساده، بيشترين ظرفيت کربن و همچون بيشتر عناصر ديگري (به استثناي هيدروژن) که معمولاً به کربن پيوند ميشوند، چهار است. اما اجسام معدني وضعيت ساختاري بسيار پيچيدهاي دارند، زيرا اتمها ممکن است خيلي بيشتر از چهار پيوند تشکيل دهند. بنابراين، در مواد معدني اينکه اتمها پنج، شش، هفت، هشت و تعداد بيشتري پيوند تشکيل دهند، امري عادي است. پس تنوع شکل هندسي در مواد معدني خيلي بيشتر از مواد آلي است.

    ساختار مواد معدني اغلب بر اساس تعدادي از وجيهاي با نظم کمتر، نظير دو هرمي با قاعده مثلث، منشور سه ضلعي و غيره و همچنين بر اساس شکلهاي باز چند وجيهاي منتظم يا غير منتظم که در آنها يک يا چند راس حذف شده است، نيز مشاهده ميشود.

    ترکيبات کمپلکس به دستهاي از ترکيبات در شيمي معدني گفته ميشود که داراي يک فلز و يک ليگاند باشند. تعداد اتمهاي فلز و ليگاند در اين ترکيبات متنوع است. اولين بار آلفرد ورنر ساختمان اين ترکيبات را پيشنهاد کرد. اهميت اين ترکيبات در شيمي به قدري است که در همه مباحث شيمي از جمله در مبحث سنتز ترکيبات آلي نيز وارد شدهاند. بررسي انرژي تشکيل پيوندها در اين ترکيبات از مباحث شيمي فيزيک است. ساختمان الکتروني اين ترکيبات بستگي به نوع فلزها و آنيونهاي تشکيل دهنده آنها دارد و ميتوان با بررسي ساختار التروني اتمها آن را تعيين کرد

 

 

 

 

 

    انواع واکنشهاي مواد معدني

 

    در بيشتر واکنشهاي آلي ميتوانيم در مورد مکانيسمي که واکنش از طريق آن انجام ميشود، بحث و بررسي کنيم، در صورتي که براي بسياري از واکنشهاي معدني فهم دقيق مکانيسم غير ممکن يا غير ضروري است.

 

    رابطه شيمي فيزيک و شيمي معدني

 

    در توجيه موجوديت مواد معدني و در توصيف رفتار آنها، به استفاده از جنبههاي خاصي از شيمي فيزيک، بخصوص ترموديناميک، ساختارهاي الکتروني اتمها، نظريههاي تشکيل پيوند در مولکولها، سينتيک واکنش و خواص فيزيکي مواد نياز داريم. بنابراين با استفاده از شيمي فيزيک ميتوان به ساختار اتمي و مولکولي، تشکيل پيوند شيميايي و ديگر اصول لازم براي درک ساختار و خواص مواد معدني

رابطه شيمي فيزيک و شيمي معدني

در توجيه موجوديت مواد معدني و در توصيف رفتار آنها، به استفاده از جنبههاي خاصي از شيمي فيزيک، بخصوص ترموديناميک، ساختارهاي الکتروني اتمها، نظريههاي تشکيل پيوند در مولکولها، سينتيک واکنش و خواص فيزيکي مواد نياز داريم. بنابراين با استفاده از شيمي فيزيک ميتوان به ساختار اتمي و مولکولي، تشکيل پيوند شيميايي و ديگر اصول لازم براي درک ساختار و خواص مواد معدني

 

پتاسيم تري اگزالاتو كرومات

ابتدا یک واکنش اکسیداسیون احیا انجام می گیرد . در این واکنش پتاسیم تری اگزالاتو کرومات (III) به عنوان اکسید کننده و یون اگزالات به عنوان احیا کننده عمل می کند . واکنش در محیط اسیدی انجام پذیر است بنابر این به محیط ، اسید اگزالیک اضافه نموده ایم . به دو دلیل از اسید اگزالیک استفاده می کنیم .اولا این که اسید اگزالیک و نمک ، هر دو از یک جنس هستند . و هر نمکی در اسید خود بهتر حل می شود . ثانیا : چون بعدا برای تشکیل کمپلکس نیاز به وجود اگزالات در محیط داریم ، بنابراینبه وسیله اسید اگزالیک ، یون اگزالات را در محیط افزایش می دهیم .

 

Cr2O7 2- + 3C2O4 2- + 14H+ ----> 2Cr3+ + 6CO2 + 7H2O

 

به محض تشکیل یون های کروم 3 ، کمپلکس پتاسیم تری اگزالات و کرومات (III) تولید می شود .واکنش هم سریع اتفاق می افتد .

 

-Cr3+ + 3C2O4 2- ----> Cr(C2O4)3 3

 

این کمپلکس دارای بلور های 8 وجهی می باشد .

پراکسو دی سلفات آمونیم = اکسید کننده است و را به تبدیل می کند و اگزالات را اکسید کرده و به صورت CO2 از محیط خارج می کند انتقال بار دارد و شدت رنگ بالایی دارد ؛ پراکسو رابه مقدار مازاد می ریزیم تا آثاری از نماند .

 

 

 

 

 

 

مواد مورد نیاز:

1- اسيد اگزاليك

2- دي كرومات پتاسيم

3- دي اگزالات پتاسيم

4- پيست پر از آب مقطر

5- قيف بوخنر و كاغذ صافي

6- بشر و همزن شيشه اي

7- هيتر

8- اتانول

9- حمام آب يخ

شرح آزمايش :

 

ابتدا 4.5 گرم اسيد اگزاليك را وزن كرديم و آنرا در 10 ميلي ليتر آب مقطر گرم(70 درجه سانتي گراد)حل كرديم و سپس1.5 گرم دي كرومات پتاسيم آهسته آهسته اضافه كرديم و سپس تا نقطه جوش حرارت داديم و سپس 1.7 گرم دي اگزالات پتاسيم به آن اضافه كرديم و دوباره تا نقطه جوش حرارت داديم و بعد از حرارت آنرا در دماي اتاق سرد كرديم و 3-4 ميلي ليتر اتانول به آن اضافه كرديم تا ناخالصي هاي محلول  حل شود و در آخر نيز براي تشكيل كريستال محلول را در حمام آب يخ گذاشتيم و بعد از حدود 15 دقيقه محلول را با كمك قيف بوخنر صاف كرديم و با الكل شست و شو داديم و رسوب حاصله را(بنفش رنگ)خشك كرديم و راندمان را بدست آورديم :

 

 

 

 

 

 

1)  گاز متصاعد شده در هنگام واكنش چيست ؟ دي اكسيد كربن

 

2) علت اضافه كردن اتانول چيست ؟ براي خالص كردن ناخالصي هاي محلول

 

 

سنتز استیک استون Cr(acac)3

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 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;}

عنوان آزمایش:

سنتز استیک استون  Cr(acac)₃

 

 

تئوری آزمایش:

اک اک (استیک استون)

اکاکناماختصاریمادهیاستیکاستوناست.اینترکیبآلیبافرمولبستهC₅H₈O₂ازخانوادهیکتون‌هااست.

تهیه:

اکاکدرصنعتازنوآراییگرماییایزوپروپنیلاستاتتولیدمیشود:

 

CH_۲(CH₃)COCOMe→ MeCOCH₂COMe

 

اینمادهدرآزمایشگاهازطریقواکنشاستونبااستیکانیدریدتحتکاتالیزور_۳FB تهیهمیگردد:

 

( CH₃CO)^۲O + CH₃COCH_۳→ CH₃COCH₂+COCH_۳

 

 

 

کمپلکس‌های فلزی:

اکاکدرشیمیآلیفلزیبهعنوانلیگانددودندانهیاکیلیتمورداستفادهقرارمیگیرد.

ترکیباتزیرازمهمترینکمپلکس‌هایفلزیاکاکهستند.

Chromium(III) acetylacetonate

Copper(II) acetylacetonate

Copper(I) acetylacetonate

Manganese(III) acetylacetonate

 

تریس استیل استوناتو منگنز (III)

,Mn(acac)₃یکاکسندهتکالکترونیاستکهبرالکوپلینگفنول‌هابهکارمی‌رودکهازواکنشمستقیماستیلاستونوپتاسیمپرمنگناتتهیهمی‌شود. ازلحاظساختارالکترونی،پراسپینبودهوساختاراکتاهدرالبههمریختهآنباعثانحراف‌هاییهندسیمی‌شودکهازاثریان-تلرناشیشدهاست. دوساختاربسیاررایجاینکمپلکسیکیشاملکشیدگیتتراهدرالودیگریشاملتراکمچهارضلعیاست. برایساختاراول،دوپیوندMn-OبهاندازهÅ ۲.۱۲بودهدرحالیکهچهارپیونددیگر Å۱.۹۳درموردساختاردومینکمپلکس،دوپیوندMn-OبهاندازهÅ ۱.۹۵وچهارپیونددیگر Å۲.۰۰هستند.قابلذکراستکهتاثیراتکشیدگیتتراهدالبهطورقابلملاحظه‌ایمحسوس‌ترازتاثیراتتراکمتتراگونالیاست.

 

 

 

 

 

 

 

وسائل و مواد مورد نیاز آزمایش:

 بشر- هیتر- شیشه ساعت- ترازو- ارلن- قیف- آب مقطر- اوره- کلرید کروم 3 -acac- قطره چکان

 

شرح آزمایش :

ابتدا یک بشر برداشته و در آن 50 میلی لیتر آب مقطر ریختیم و به آن 6/2 گرم کلرید کروم ( 3 )

افزودیم و سپس به آن افزودیم 10 گرم acac اضافه کردیم و آنرا زیر هود بهم زدیم تا به رنگ سبز تبدیل شد.بعد بشر را در حمام آب گرم  به مدت 45 دقیقه گذاشتیم ^{نکته 2}(تا موقعی که ببه رنگ قرمز تبدیل شود .ممکن است قبل از 45 دقیقه باشد)و روی بشر را با یک شیشه ساعت پوشاندیم.^{نکته 2}

در مرحله آخر وزن کاغذ صافی را محتاسبه و محلول رل صاف کرده و راندمان آنرا محاسبه کردیم.

نکته 1:حرارت اگر زیاد باشد استیک استون بخار می شود  و از محیط خارج می شود در نهایت واکنش انجام نمی شود.

نکته 2: به این دلیل شیشه ساعت را روی بشر قرار می دهیم تا بخار استیک استون به طور کامل خارج نشود.

نکته 3: از اوره (باز ضعیف) استفاده می کنیم تا بتوانیم استیک استون را برای محیط اسیدی آماده کنیم.

نکته 4: به علت سمی بودن آمونیاک این محلول رل زیر هود باید انجام داد .

واکنش های کلی آزمایش:

(NH₂)₂ C=O + H₂O ------> CO₂ + 2NH₃  (1

NH₃ + H₂O ------> NH⁺ + OH         (2

آزمایش (2): برج خنک کننده آب

آزمایش (2): برج خنک کننده آب

 

هدف آزمایش:

- محاسبه تعداد مراحل تعادل یا انتقال

 

تئوری آزمایش:

در عملیات مرطوب سازی معمولاً سک گاز با یک مایع خالص که گاز در آن نا محلول است، تماس حاصل می نماید و هدف فقط مرطوب کردن گاز نیست بلکه می تواند جهت رطوبت زدایی و سرد کردن گازها، اندازه گیری بخار موجود در گازها و سرد کردن مایعات نیز به کار رود.

ماده ای که در این موارد بین فازها انتقال می یابد، ماده تشکیل دهنده فاز مایع است که در طی تحولی تبخیر و یا میعان می گردد. برای درک چنین فرآیند هایی باید مشخصات تعادلی سیستم را مورد بررسی قرار داد، بعلاوه در این فرآیندها علاوه بر انتقال جرم به طور همزمان انتقال حرارت نیز صورت می گیرد. پس بنابر این باید از مشخصات آنتالپی سیستم ها نیز اطلاع داشت.

از مهمترین فرایند های مرطوب سازی سرد کردن آب بوسیله هوا می باشد. گرمای نهان تبخیر آب به قدری زیاد است که تبخیر جرم اندکی سرمای زیادی را ایجاد می کند. جهت سرد کردن آب می توان از برج خنک کننده آب استفاده کرد.

اسکلت و سطوح داخلی برج معمولاً چوب قرمز می باشد که در مقابل تماس دائمی آب بسیار مقاوم می باشد. همچنین از چوب هائی که در تحت فشار توسط مواد مختلف نظیر جوهر قطران، نپتاکلروفنل و کرومات مس و غیره اشباع می شوند استفاده می شود. جدار داخلی برج بیشتر از چوب قرمز سیمان، آزبست، پلی استر تقویت شده یا شیشه ساخته می شود.

 استفاده از ضریب کلی انتقال جرم، امکان تشخیص مکانیسم سرد شدن مایع را فراهم می سازد و لذا محاسبه رطوبت و یا دمای حباب خشک هوای خروجی سینی میسر نخواهد شد. البته هوای خروجی معمولاً نزدیک به حالت اشباع است و جهت تخمین مقدار آب جبرانی لازم، آن را اشباع فرض کرد.

محاسبات:

t2	t17	t16	t15	t14	t13	t12	t1
21°C	39.7°C	44.2°C	47.2°C	48.6°C	49.2°C	50°C	50.9°C

 

Tw2	T2	Tw1	T1	TO
25.5°C	27.2°C	35.3°C	35.7°C	29.5°C

 

(h_o) = 152 mmHg           (h_do­(H)) = 152 mmHg          (h_do(L)) = 72 mmHg

(P₁) = 46 mmHg                 (P₂) = 68 mmHg

Q_Water = 500 [L(lit / hr)]

φ₁ = 35.7 – 35.3 = 0.4  in Table φ₁ = 100%

φ₂ = 27.2 – 25.5 = 0.4  in Table φ₂ = 84%

(G = Kg/hr):

G = 3600  α  ε  a   2gh_do γ_n

γ_n  = 1.18                                     G = 211.9

α = flow coefficient = 0.8013

ε = coefficient for incompressible fluid (for air = 1)

a = Cross – sectional area of orifice (m²) =  (d_oriffice = 0.04769 m)

g  = 9.8

h_do = differential pressure acrossorifice (mm H₂O)

h_o = Gage Pressure of air in front of orifice (mm H₂O)

γ_n = Specific weight of dry air in orifice( ) =

P_a = Atmosphric Perssure (mmHg)

 

U = [ ((G/3600)  (1 / γ_n)) / ] a U = 5.736        , D = 0.1053m

R_d =                           in table

R_d1 = 3.674 10^-5               R_d2 = 3.892 10^-5

P_S1 = 44.275 mmHg           P_S2 = 25.39 mmHg

 

H_i =     a       H₁ = 0.0383             ,          H₂ = 0.0178

P_ai =       a     P_a1 = 763.4 mmHg     ,     P_a2 = 765 mmHg

   i_i = 0.24T_i + (0.46T­_i + 596)H_i

i₁ = 32.024                                                                     i₂ = 17.36

 

جدول:

 

i´₁ =  62                                   i´₂ = 23

 

حال می خواهیم تعداد کل واحدهای انتقال را بدست آوریم:

 

 

 

 

برای حل انتگرال فوق باید از روش عددی استفاده کنیم. ابتدا باید جدول زیر راتشکیل دهیم:

Water Temperature Datas				Enthalpy based on tm
Interval Temp			Mean Temp	Sat. line	Oper. Line		(i1-i2)*∆t/(t1-t2)
ti	ti-1	∆t	tm=(ti+ti-1)/2	i´	i	i´-i	∆i	∆i/(i´-i)

 

برای این منظور ابتدا دمای t₁ را در جای t_iنوشته و مقدار 2 درجه ساتیگراد را برای Δtدر نظر می گیریم. سپس t_i-1 را بدست آورده و بعد از آن t_m محاسبه می کنیم. سپس در دمای t_m مقدارi و i" را محاسبه نموده و سپس بقیه جدول را کامل می کنیم.خواهیم داشت:

Water Temperature Datas				Enthalpy based on tm
Interval Temp			Mean Temp	Sat. line	Oper. Line		(i1-i2)*∆t/(t1-t2)
ti	ti-1	∆t	tm=(ti+ti-1)/2	i´	i	i´-i	∆i	∆i/(i´-i)
50	48	2	49	60.7	33	27.7	1.396	0.0503
48	46	2	47	55	31.8	23.2	1.369	0.0601
46	44	2	45	50	29.9	20.1	1.369	0.0694
44	42	2	43	45	27.95	17.05	1.369	0.0818
42	40	2	41	41	26.9	14.1	1.369	0.0990
40	38	2	39	37	25	12	1.369	0.1163
38	36	2	37	33.9	23.8	10.1	1.369	0.1382
36	34	2	35	31	21.9	9.1	1.369	0.1534
34	32	2	33	27.5	20.9	6.6	1.369	0.2115
32	30	2	31	25	19	6	1.369	0.2326
30	29	1	29.5	23.3	17.8	5.5	0.698	0.2538
								1.4664

نتیجه گیری:

1) هر چه دماي هوا پايين تر باشد ما مي توانيم دماي آب را بيشتر كاهش دهيم.

2) آب درون  Cooling Tower تحت دو مكانيزم خنك مي شود.

3) اختلاف دماي آب و هوا كه حدود 25 % راندمان كار ناشي از آن است.

4) تبخير آب درون تاور كه باعث كاهش دما ميگردد حدود 75 % راندمان را شامل  مي شود.

تعيين درجه واكنش يدور پتاسيم با پرسلفات پتاسيم

                                                            بنام خدا

نام آزمايش : تعيين درجه واكنش يدور پتاسيم با پرسلفات پتاسيم

هدف آزمايش : استفاده از روش سرعت هاي ابتدائي براي تعيين درجه واكنش

ابزار و وسايل لازم : تيوسلفات  ، يدور پتاسيم  ، استيك اسيد  ، پر سلفات  ، چسب نشاسته تازه ، كرونومتر

تئوري

نتيجه آزمايش هاي مربوط به اندازه گيري سرعت واكنش ها مشاهداتي است كه بستگي به دما و تركيب نسبي مخلوط واكنش دارد . مقدار جسم توليد شده يا از بين رفته در واحد زمان و واحد حجم برحسب مولكول گرم در ليتر سرعت واكنش نام دارد . پس سرعت واكنش عبارت است از تعداد مول هاي از بين رفته يكي از اجسام اوليه در واحد زمان .

در رابطه فوق اگر گونه  جزء مواد موثر باشد چون در اثر گذشت زمان مقداري از آن مصرف ميشود (مقدار آن كم مي شود ) لذا رابطه يك علامت منفي خواهد داشت . اما اگر گونه  جزء مواد محصول باشدچون در اثر گذشت زمان مقداري از آن توليد مي شود لذا رابطه علامتش مثبت خواهد بود .

اغلب ديده مي شود كه سرعت اندازه گيري شده متناسب با تواني از غلظت هاي واكنش دهنده ها است ، پس مي توان چنين نتيجه گرفت كه سرعت واكنشي مثل  متناسب با غلظت  مي باشد . يعني رابطه سرعت چنين خواهد بود :

 در رابطه فوق ثابت سرعت ناميده مي شود و مستقل از غلظت ها است . ولي به دما بستگي دارد . اين معادله كه بطور تجربي بدست مي آيد ، قانون سرعت نام دارد .

در رابطه فوق توان هاي  مرتبه هاي واكنش نسبت به هستند . مرتبه واكنش نسبت به يك جزء سازنده ، تواني است كه غلظت آن جزء‌ سازنده در قانون سرعت به آن توان مي رسد و مرتبه كلي واكنش از مجموع مرتبه ها بدست مي آيد . مرتبه واكنش حتما لازم نيست عددي صحيح باشد . مثلاً بيشتر واكنش هاي فاز گازي مرتبه غير صحيح دارند .

اگر مرتبه واكنش نسبت به يك گونه صفر باشد نشان دهنده اين است كه غلظت اين گونه تأثيري در سرعت واكنش ندارد يا بعبارت ديگر سرعت واكنش مستقل از غلظت اين گونه است . مثلا در رابطه گفته شده اگر مرتبه واكنش نسبت به گونه  صفر باشد با توجه به اينكه هر مقداري به توان صفر برسد مساوي يك خواهد شد ، لذا سرعت واكنش مستقل از غلظت گونه  خواهد بود . همچنين وجود مرتبه منفي براي يك جزء نشان دهنده اين است كه افزايش غلظت آن جزء تأثير عكس در مقدار سرعت دارد ، يعني با افزايش غلظت آن گونه سرعت واكنش كاهش خواهد يافت . در رابطه مذكور اگر فرض كنيم مرتبه واكنش نسبت به گونه  يك مقدار منفي است ، چون اين گونه به توان يك عدد منفي خواهد رسيد لذا باعث خواهد شد تا مقدار عددي سرعت كاهش يابد .

مرتبه (درجه) واكنش ها را فقط مي توان با استفاده از روش هاي تجربي محاسبه كرد . يكي از اين روش ها اين است كه سرعت واكنش را زماني كه غلظت هر يك از مواد مؤثر تغيير مي كند مورد بررسي قرار دهند و به كمك آن درجه واكنش مربوط به هر سازنده را محاسبه مي كنند . مثلا براي واكنش زير اگر بخواهيم درجه ها را نسبت به  محاسبه كنيم به اين ترتيب عمل مي كنبم :

ابتدا غلظت گونه  را تغيير مي دهيم و با ثابت در نظر گرفتن غلظت گونه  ، تغيير سرعت را كه مربوط به تغيير غلظت  است بررسي  مي كنيم سپس غلظت گونه  را تغيير مي دهيم و با ثابت در نظر گرفتن غلظت گونه  ، تغيير سرعت را كه مربوط به تغيير غلظت  است بررسي  مي كنيم . حال اگر نسبت آزمايش اول را به دو آزمايش اخير بدست آوريم مي توانيم مقادير مربوط به درجه هاي واكنش نسبت به  را محاسبه بكنيم . از سوي ديگر مي توانيم اين كار را با استفاده از مدت زمان هاي مربوط به انجام واكنش انجام بدهيم و درجه هاي واكنش را محاسبه بكنيم .

شرح آزمايش :

ما در اين آزمايش مي خواهيم سرعت واكنش انجام گرفته بين يدور پتاسيم و پر سولفات پتاسيم را در محيط اسيدي بررسي بكنيم و درجه واكنش مربوط به هر جزء را بدست آوريم . واكنش انجام گرفته بين اين دو جزء به ترتيب زير است :

 

براي بررسي سرعت بايد زماني كه مقدار مشخصي واكنش پيش رفته است را ثبت كنيم . مطابق واكنش فوق معلوم است كه در اثر اين واكنش در محيط يد توليد مي شود . يد با تيوسولفات مطابق زير واكنش مي دهد .

بنابراين تا زمانيكه در محيط تيو سولفات داريم اين واكنش ادامه پيدا خواهد كرد اما زماني كه اين گونه در محيط تمام شد ، يد هاي باقي مانده با معرف چسب نشاسته وارد واكنش شده و محيط را آبي رنگ خواهند كرد كه اين لحظه ، همان لحظه اي است كه ما براي بررسي اين واكنش به آن نياز داريم . به اين ترتيب مدت زمان لازم براي توليد مقدار مشخص يد بدست مي آيد و مي توان سرعت را محاسبه كرد .

اين آزمايش را براي چهار نمونه كه در هر كدام از آنها غلظت يكي از گونه ها تغيير مي كند بررسي مي كنيم . تركيب هر نمونه را در جدول زير آورده ايم :

 

نمونه
C	V	n	C	V	n	C	V	n
1	0.05	25	1.25	0.05	50	2.5	0.1	25	2.5
2	0.025	25	0.625	0.05	50	2.5	0.1	25	2.5
3	0.05	25	1.25	0.025	50	1.25	0.1	25	2.5
4	0.05	25	1.25	0.05	50	2.5	0.05	25	1.25

 

زمان هاي لازم براي انجام واكنش بين محتويات هر نمونه (برحسب ثانيه) عبارتند از:

 

نمونه	t
1	1006.6
2	2251.9
3	2251.9
4	1009.7

 

البته بايد به اين نكته توجه كرد كه براي محاسبه سرعت واكنش بايد غلظت گونه ها در محلول (تعداد مول هاي هر يك از مواد در حجم كل ) را در محاسبات وارد كنيم . غلظت هر كدام از گونه ها درهر نمونه عبارتند از :

نمونه	C
1	0.0125	0.025	0.025
2	0.00625	0.025	0.025
3	0.0125	0.0125	0.025
4	0.0125	0.025	0.0125

 

همچنين مقدار تيوسولفات اضافه شده به همه نمونه ها يكسان و به مقدار  است .

براي بدست آوردن سرعت واكنش در هر نمونه بايد از غلظت يد توليدي استفاده كنيم . با توجه به اينكه استوكيومتري واكنش بين يد و تيو سولفات 1 به 2 است لذا مي توان چنين گفت كه در هر نمونه به مقدار نصف تيوسولفات يد توليد شده داريم ، يعني  ، كه به مصرف تيوسولفات رسيده است . در اين صورت مي توان با تقسيم كردن غلظت يد توليدي يه مدت زمان انجام واكنش مي توان سرعت واكنش مربوط  را حساب كرد . براي نمونه شماره 1 داريم :

سرعت مربوط به نمونه هاي ديگر را در جدول زير آورده ايم :

نمونه	t	R
1	1006.6	0.00012418
2	2251.9	0.00005551
3	2251.9	0.00005551
4	1009.7	0.00012380

 

در اين مرحله براي محاسبه درجه واكنش نسبت به هر يك از گونه ها ، از سرعت واكنش و غلظت هاي مربوط به هر نمونه استفاده مي كنيم .

ابتدا نمونه هاي شماره 1 و 2 را با هم مقايسه مي كنيم كه در آن غلظت يد و پروتون ثابت بوده اما غلظت تيو سولفات متغيير است . لذا داريم :

مشابه محاسبات فوق را براي نمونه هاي 1و3  ، 1و4 انجام داده و درجه هاي واكنش را بدست آورده ايم كه در جدول زير بصورت خلاصه آمده است :

گونه

 

با توجه به اينكه درجه واكنش نسبت به پروتون مقدار بسيار جزئي است لذا مي توان از آن صرفنظر كرد و آنرا صفر در نظر گرفت. حال با در دست داشتن سرعت واكنش و درجه واكنش نسبت به هر كدام از گونه ها مي توانيم ثابت سرعت را نيز بدست آوريم : (روش عددي)

مشابه محاسبات فوق را براي نمونه هاي ديگر نيز انجام داده و نتايج آنرا در جدول زير آورده ايم :

1.4643

1.4642

1.4642

1.4598

 

 

 

 

روش ارائه شده براي محاسبه  ، روش عددي بود . اما مي توان با رسم منحني سرعت بر حسب غلظت ها ، خطي را بدست آورد كه شيب آن خط نشان دهنده مقدار ثابت سرعت مي باشد :

 

شيب اين خط برابر  است كه با مقدار بدست آمده از راه محاسبه عددي كاملا مطابقت دارد .

سنجش اسيد قوي با سود

به نام خدا

آزمايش 1 :                    

سنجش اسيد قوي با سود

مقدمه

تیتر کردن از روش‌های تجزیه حجمی است. در تجزیه حجمی ابتدا جسم را حل کرده و حجم معینی از محلول آن را با محلول دیگری که غلظت آن مشخص بوده و محلول استاندارد نامیده می‌شود، می‌سنجند. در تیتراسیون محلول استاندارد به‌طور آهسته از یک بورت به محلول حاوی حجم مشخص یا وزن مشخص از ماده حل شده اضافه می‌شود.

افزایش محلول استاندارد، آنقدر ادامه می‌یابد تا مقدار آن از نظر اکی‌والان برابر مقدار جسم حل شده شود. نقطه اکی‌والان نقطه ای است که در آن، مقدار محلول استاندارد افزوده شده از نظر شیمیایی برابر با مقدار حجم مورد نظر در محلول مجهول است. این نقطه را نقطه پایان عمل از نظر تئوری یا نقطه هم ارزی نیز می‌گویند.

اسيدها و بازها

واژه هاي اسيد و باز به صورت هاي مختلف تعريف شده اند و هر كدام از اين تعاريف در ارتباط با نحوه ي نگرش ما به خاصيت قدرت اسيدي و بازي است.

بر طبق تعريف لوري- برونستد، اسيد ماده اي است كه پروتون از دست مي دهد و باز ماده اي است كه پروتون قبول مي نمايد. هنگامي كه سولفوريك اسيد در آب حل شود، اسيد H₂SO₄ به باز H₂O  يك پروتون (هسته هيدروژن) مي دهد و در نتيجه اسيد جديد H₃O⁺  و باز جديد HSO₄^- ايجاد مي گردد.

بر طبق تعريف لوري – برونستد، قدرت يك اسيد بستگي به تمايل آن به از دست دادن پروتون و قدرت يك باز بستگي به تمايل آن به قبول پروتون دارد. سولفوريك اسيد و هيدروژن كلريد اسيدهايي قوي هستند، زيرا به سادگي يك پروتون از دست مي دهند. بر عكس، يون بي سولفات، HSO₄^- ، و يون كلريد لزوماً بازهاي ضعيفي هستند. زيرا تمايل كمي به نگهداري پروتونها دارند.

بسياري از تركيبات آلي مثل آب، داراي اكسيژن بوده مي توانند مانند باز عمل نموده و پروتون قبول نمايند. به عنوان مثال اتيل الكل و دي اتيل اتر ايجاد يونهاي اكسونيم I و II را مي نمايند.

بر طبق تعريف لويس، باز ماده اي است كه مي تواند يك زوج الكترون براي ايجاد يك پيوند كووالانسي در اختيار بگذارد و اسيد ماده اي است كه مي تواند اين زوج الكترون را براي تشكيل يك پيوند كووالانسي بگيرد. از اين رو، اسيد پذيرنده يك زوج الكترون و باز دهنده يك زوج الكترون است. اين تعريف، اساسي ترين و كلي ترين تعريف از مفهوم اسيد و باز بوده و مفاهيم ديگر را نيز شامل مي شود.

يك پروتون يك اسيد است، زيرا كمبود الكتروني داشته و براي كامل كردن لايه ي ظرفيتش به يك زوج الكترون نيازمند است. يون هيدروكسيد، آمونياك و آب باز هستند، زيرا داراي زوج الكترون آماده براي اشتراك گذاشتن مي باشند.

از نظر لوري- برونستد يك مولكول براي اسيدي بودن بايد حاوي هيدروژن باشد. درجه قدرت اسيدي به ميزان وسيعي به نوع اتمي كه هيدروژن را نگاه مي دارد، و به خصوص به قابليت اتم براي اسكان دادن زوج الكتروني كه با خارج شدن يون هيدروژن به جاي مي ماند، بستگي دارد. توانايي در اسكان دادن زوج الكترون، به چند عامل بستگي دارد:

(الف) الكترونگاتيوي اتم ، (ب) اندازه اتم.

در يك رديف از جدول تناوبي، قدرت اسيدي با افزايش الكترونگاتيوي، افزايش مي يابد و در يك گروه قدرت اسيدي با زياد شدن اندازه، افزايش مي يابد.

براي اينكه مولكولي از نظر لويس اسيدي باشد بايد كمبود الكتروني داشته باشد. از نظر لوري- برونستد يا لويس، مولكولي كه داراي يك زوج الكترون آماده براي به اشتراك گذاشتن باشد، يك باز است. آمادگي اين الكترون هاي غير مشترك عمدتا به وسيله الكترونگاتيوي، اندازه و بار اتم نگهدارنده تعيين مي شود. در اين حالت نقش اين عوامل الزاما مغاير با آن چيزي است كه در مورد قدرت اسيدي ديديم، هر چه اتم بهتر زوج الكترون را اسكان دهد، آمادگي آنها براي به اشتراك گذاردن كمتر مي باشد.

روش تیتر کردن

در عمل تیتر کردن، محلول استاندارد را از یک بورت به محلولی که باید غلظت آن اندازه گرفته می‌شود، می‌افزایند و این عمل تا وقتی ادامه دارد تا واکنش شیمیایی بین محلول استاندارد و تیتر شونده کامل شود. سپس با استفاده از حجم و غلظت محلول استاندارد و حجم محلول تیتر شونده، غلظت محلول تیتر شونده را حساب می‌کنند.

یک مثال

نقطه اکی‌والان در عمل تیتر کردن NaCl با نقره نیترات وقتی مشخص می‌شود که برای هر وزن فرمولی Cl^- در محیط یک وزن فرمول Ag⁺ وارد محیط عمل شده باشد و یا در تیتر کردن سولفوریک اسید (H₂SO₄) با سدیم هیدروکسید (NaOH) نقطه اکی‌والان وقتی پدید می‌آید که دو وزن فرمولی اسید و دو وزن فرمولی باز وارد محیط عمل شوند.

تشخیص نقطه اکی‌والان

نقطه اکی‌والان در عمل بوسیله تغییر فیزیکی (مثلا تغییر رنگ) شناخته می‌شود. نقطه ای که این تغییر رنگ در آن روی می‌دهد، نقطه پایان تیتر کردن است. در تیتراسیون اسید و باز شناساگرها برای تعیین زمان حصول نقطه اکی‌والان بکار می‌روند. تغییر رنگ معرف، نشانگر نقطه پایانی تیتراسیون می‌باشد.

 بر حسب واکنش‌هایی که بین محلول تیتر شونده و استاندارد صورت می‌گیرد، تجزیه‌های حجمی (تیتراسیون) به دو دسته تقسیم می‌شوند:

انواع تیتر کردن

1- روش‌هایی که بر اساس ترکیب یون‌ها هستند. یعنی تغییر ظرفیت در فعل و انفعالات مربوط به آن صورت نمی‌گیرد. این روش‌ها عبارت اند از:

- واکنش‌های خنثی شدن یا واکنش‌های اسید و باز

- واکنش‌های رسوبی

- واکنش‌هایی که تولید ترکیبات کمپلکس می‌کنند.

2- روشهایی که بر اساس انتقال الکترون هستند؛ مانند واکنش‌های اکسایش و کاهش.

 

تیتر کردن واکنش های اسید و باز یا خنثی شدن

تیتر کردن، عبارت است از تعیین مقدار اسید یا باز موجود در یک محلول که با افزایش تدریجی یک باز به غلظت مشخص یا بر عکس انجام می‌گیرد. موقعی که محلول یک باز دارای یونهای OH^- را به محلول اسید اضافه کنیم، واکنش خنثی شدن انجام می‌شود:

OH^- + H₃O⁺            2H₂O

محاسبات

معمولاً حجم مشخص (V) از محلول اسید با نرمالیته مجهول (N) انتخاب کرده، به‌کمک یک بورت مدرج به‌تدریج محلو ل یک باز به نرمالیته مشخص  (N) به آن اضافه می‌کنند. عمل خنثی شدن وقتی کامل است که مقدار اکی‌والان گرم های باز مصرفی برابر مقدار اکی‌والان گرم های اسید موجود در محلول شود.
برای این که عمل تیتراسیون بدقت انجام شود، باید عمل افزایش محلول باز درست موقعی متوقف گردد که تساوی فوق برقرار شود. روش معمول و همگانی برای تعیین پایان تیتراسیون استفاده از شناساگرهاست. دستگاه PH متر نیز برای محاسبات دقیق در تعیین نقطه اکی والان کاربرد دارد.

واکنش خنثی شدن

تیتراسیونهای خنثی‌شدن بطور گسترده در تعیین غلظت آنالیتهایی کاربرد دارند که یا اسید و یا باز هستند، یا با استفاده از روشهای مناسب به چنین گونه‌هایی تبدیل می‌شوند. آب، حلال معمول برای تیتراسیون خنثی‌شدن است، زیرا بسادگی در دسترس و ارزان و غیرسمی است. پایین بودن ضریب انبساط دمایی آن یک خاصیت اضافی دیگر است. ولی بعضی از آنالیتها در محیط آبی قابل تیتر کردن نیستند، زیرا انحلال‌پذیری آنها بسیار پایین است، یا چون قدرتهای اسیدی یا بازی آن چندان زیاد نیست که نقاط پایان رضایت بخشی را فراهم کنند. غلظت چنین موادی را اغلب می‌توان با تیتر کردن آنها در حلال دیگر به غیر از آب تعیین کرد.

نظریه تیتراسیونهای خنثی‌کردن

محلولهای استاندارد اسیدها و بازهای قوی را بطور گسترده‌ای برای تعیین آنالیتهایی بکار می‌برند که خود اسید یا بازند یا می‌توانند با اعمال شیمیایی به چنین گونه‌هایی تبدیل شوند.

واکنشگرها برای واکنشهای خنثی‌شدن

محلولهای استاندارد برای تیتراسیونهای خنثی شدن همواره از اسیدها یا بازهای قوی تهیه می‌شوند، زیرا این نوع واکنشگرها تیزترین نقطه پایانی را ارائه می‌کنند.

محلولهای استاندارد

محلولهای استاندارد بکار گرفته شده در تیتراسیونهای خنثی شده، اسیدهای قوی یا بازهای قوی هستند. زیرا این اجسام در مقایسه با اسیدهای ضعیف و بازهای ضعیف بطور کاملتر با آنالیت واکنش می‌دهند. اسیدهای استاندارد از اسید هیدرو کلرویک، اسید پرکلریک و اسید سولفوریک تهیه می‌شوند. اسید نیتریک به ندرت بکار برده می‌شود، زیرا خاصیت آن بعنوان یک اکسنده، عامل بالقوه‌ای برای واکنشهای جانبی ناخواسته است.

باید بخاطر داشت که محلولهای گرم و غلیظ اسید سولفوریک و اسید پرکلریک نیز عوامل اکسنده مستعدی هستند و بنابراین پرخطرند. بنابراین، محلولهای رقیق این واکنشگرها نسبتاَ بی‌خطرند و می‌توانند بدون احتیاطهای خاص بجز محافظت چشم، در آزمایشهای شیمی تجزیه‌ای بکار برده شوند. محلولهای استاندارد بازی معمولاً از هیدروکسید سدیم، هیدروکسید پتاسیم و گهگاه از هیدروکسید باریم تهیه می‌شوند. مجدداً، هنگام کار با این واکنشگرها و محلولهای آنها باید همیشه چشمها محافظت شوند.

 

نظریه رفتار شناساگر

بسیاری از اجسام طبیعی و سنتزی، رنگهایی از خود نشان می‌دهند که به PH محلولی که این اجسام در آن حل شده‌اند، بستگی دارند. برخی از این اجسام که طی قرنها برای نشان دادن خاصیت قلیایی یا اسیدی آب بکار برده شده‌اند، در سالهای اخیر بعنوان شناساگر اسید و باز بکار گرفته می‌شوند. بطور کلی، شناساگرهای اسید و باز، اسیدها و بازهای ضعیف آلی هستند که بسته به تفکیک یا تجمع، متحمل تغییرات ساختاری درونی می‌شوند که به تغییر در رنگ منجر می‌شود.

کاربردهای نوعی تیتراسیونهای خنثی‌شدن

تیتراسیونهای خنثی‌شدن در اندازه گیری آن دسته از گونه‌های بی‌شمار معدنی، آلی و زیستی که خواص اسیدی یا بازی ذاتی دارند بکار برده می‌شوند. ولی کاربردهای بسیاری به همان اندازه اهمیت وجود دارند که در آنها ترکیب مورد تجزیه با یک واکنشگر مناسب به یک اسید یا باز تبدیل و سپس با یک باز یا اسید قوی استاندارد تیتر می‌شود.

دو نوع عمده از نقاط پایانی بطور گسترده در تیتراسیونهای خنثی‌شدن بکار برده می‌شود. نوع اول یک نقطه پایانی بصری است و بر پایه تغییر رنگ شناساگر قرار دارد. نوع دوم یک نقطه پایانی پتانسیومتری است که در آن پتانسیل یک سیستم الکترود شیشه - کامومل با یک وسیله اندازه گیری ولتاژ تعیین می‌شود. پتانسیل اندازه گیری شده مستقیما متناسب با  PHاست.

 

 

 

 

شرح آزمايش:

ابتدا بالن حجمي حاوي CH₃COOH با غلظت مجهول را با اضافه كردن آب مقطر به حجم مي رسانيم. سپس مقدار 20 ml از آن را به وسيله پيپت برداشته، درون يك ارلن تميز ريخته، و چند قطره فنل فتالين به آن اضافه مي كنيم. بورت را از محلول سود 0.1 مولار پر كرده، به پايه متصل مي كنيم. ارلن حاوي CH₃COOH را روي دستگاه گذاشته، و بورت را بالاي آن مي گذاريم. يك مگنت درون ارلن مي اندازيم. با روشن كردن دستگاه، مگنت به چرخش درآمده، محلول را هم ميزند. شير بورت را باز مي كنيم و اجازه مي دهيم كه محلول سود، به آرامي از بورت بيرون آمده و در ارلن بريزد. هنگامي كه محلول به رنگ صورتي كمرنگ تبديل شد، شير بورت را بسته و حجم سود مصرفي را مي خوانيم.

براي بالا بردن دقت كار، آزمايش را چند بار تكرار كرده و از مقادير به دست آمده ميانگين مي گيريم.

30ml = ميانگين حجم سود مصرفي

با استفاده از رابطه زير، مي توان غلظت CH₃COOH را بدست آورد:

m₁.v₁ = m₂.v₂

0.1 × 30 = m₂  ×25

60 gr CH₃COOH

mol

m₂ = 0.12 mol/lit

1 mol CH₃COOH

lit

 = غلظت معمولي0.12       ×                      = 7.2 gr/lit