پژوهش و تحقیق

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