شیمی محلولها

دید کلی

محلولها ، مخلوطهایی همگن هستند. محلولها را معمولا بر حسب حالت فیزیکی آنها طبقه بندی می‌کنند: محلولهای گازی ، محلولهای مایع و محلولهای جامد. بعضی از آلیاژها محلولهای جامدند؛ سکه‌های نقره‌ای محلولهایی از مس و نقره‌اند و برنج محلولی جامد از روی در مس است. هر آلیاژی محلول جامد نیست، بعضی از آلیاژها مخلوطهایی ناهمگن اند. محلولهای مایع متداولترین محلولها هستند و بیشترین کاربرد را در بررسیهای شیمیایی دارند. هوا هم مثالی برای محلولهای گازی می‌باشد.

ماهیت محلولها

در یک محلول ، معمولا جزئی که از لحاظ کمیت بیشترین مقدار را دارد، حلال و سایر اجزا را مواد حل شده (حل شونده) می‌گوییم. اما گاهی آسانتر آن است که جزئی از محلول را با آنکه مقدارش کم است، حلال بنامیم و گاهی اصولا اطلاق نام حلال و حل شونده به اجزای یک محلول (مثلا محلولهای گازی) چندان اهمیتی ندارد. بعضی از مواد به هر نسبت در یکدیگر حل می‌شوند.

امتزاج پذیری کامل از ویژگیهای اجزای تمام محلولهای گازی و بعضی از اجزای محلولهای مایع و جامد است. ولی غالبا، مقدار ماده ای که در حلال معینی حل می شود، محدود است. انحلال پذیری یک ماده در یک حلال مخصوص و در دمای معین، بیشترین مقداری از آن ماده است که در مقدار معینی از آن حلال حل می شود و یک سیستم پایدار به وجود می آورد.

غلظت محلول

برای یک محلول معین ، مقدار ماده حل شده در واحد حجم حلال یا در واحد حجم محلول را غلظت ماده حل شده می‌گوییم. مهمترین نوع غلظتها که در آزمایشگاه بکار می‌رود مولاریته و نرمالیته است. مولاریته عبارت است از تعداد مولهای یک ماده که در یک لیتر محلول وجود دارد. به همین دلیل آن را مول بر لیتر یا M/L می‌گیرند. نرمالیته یک محلول عبارتست از تعداد هم ارز گرمهای (اکی والان گرم های) ماده موجود در یک لیتر محلول. نرمالیته را با N نشان می‌دهند.

انواع محلولها

محلولهای رقیق

محلولهایی که غلظت ماده حل شده آنها نسبتا کم است.

محلولهای غلیظ

محلولهایی که غلظت نسبتا زیاد دارند.

محلول سیر شده

اگر مقدار ماده حل شده در یک محلول برابر با انحلال پذیری آن در حلال باشد، آن محلول را محلول سیر شده می‌نامیم. اگر به مقداری از یک حلال مایع ، مقدار زیادی ماده حل شونده (بیشتر از مقدار انحلال پذیری آن) بیفزاییم، بین ماده حل شده و حل شونده باقیمانده تعادل برقرار می‌شود. ماده حل شونده باقیمانده ممکن است جامد ، مایع یا گاز باشد. در تعادل چنین سیستمی ، سرعت انحلال ماده حل شونده برابر با سرعت خارج شدن ماده حل شده از محلول است. بنابراین در حالت تعادل ، غلظت ماده حل شده مقداری ثابت است.

محلول سیر نشده

غلظت ماده حل شده در یک محلول سیر نشده کمتر از غلظت آن در یک محلول سیر شده است.

محلول فراسیرشده

می‌توان از یک ماده حل شونده جامد ، محلول فراسیر شده تهیه کرد که در آن، غلظت ماده حل شده بیشتر از غلظت آن در محلول سیر شده است. این محلول ، حالتی نیم پایدار دارد و اگر مقدار بسیار کمی از ماده حل شونده خالص بدان افزوده شود، مقداری از ماده حل شده که بیش از مقدار لازم برای سیرشدن محلول در آن وجود دارد، رسوب می‌کند.

خواص فیزیکی محلولها

بعضی از خواص محلولها به دو عامل ، نوع ماده حل شده و غلظت آن در محلول بستگی دارند. این مطلب برای بسیاری خواص فیزیکی محلولها از جمله ، محلولهای آبی درست به نظر می‌رسد. برای مثال، محلول نمک طعام در آب بی رنگ پرمنگنات پتاسیم در آب، بنفش صورتی است (در اینجا نوع ماده حل شده مطرح است). افزون بر این ، می‌دانیم که هر چه بر محلول پرمنگنات آب بریزیم و آن را رقیقتر کنیم، از شدت رنگ آن کاسته می‌شود (اینجا غلظت محلول مطرح است).

یکی دیگر از خواص فیزیکی که به این دو عامل بستگی دارد، قابلیت هدایت الکتریکی محلول آبی مواد گوناگون است. چهار خاصه فیزیکی دیگر از محلولها وجود دارد که به نوع و ماهیت ذرات حل شده بستگی ندارد، بلکه فقط به مجموع این ذرات وابسته است. به عبارت دیگر ، تنها عامل موثر بر خواص محلول در اینجا ، غلظت است. چنین خواصی از محلول را معمولا "خواص جمعی محلولها" (خواص کولیگاتیو Colligative properties) می‌نامند و عبارتند از کاهش فشار بخار ، صعود نقطه جوش ، نزول نقطه انجماد و فشار اسمزی.

کاهش فشار بخار

وقتی یک حل شونده غیر فرار در یک حلال حل می‌شود، فشار بخار آن کاهش می‌یابد و مقدار کاهش به مقدار حل شونده بستگی دارد. هر چه میزان حل شونده بیشتر باشد، میزان کاهش در فشار بخار بیشتر است. برای مثال اگر دو ظرف را در نظر بگیریم که در آنها مقدار مساوی مایع وجود دارد که یکی محتوی مولکولهای آب خالص و دیگری محتوی محلول قند در آب است، بدیهی است که تعداد مولکولهای آب در واحد حجم از آب قند ، کمتر از آب خالص است. به همین نسبت ، تعداد مولکولهای آب در سطح آب قند ، نیز کمتر می‌باشد. بنابراین، نسبت مولکولهای پرانرژی آب که قادر به تبخیر از سطح آب قند هستند، کمتر می‌باشد و در نتیجه فشار بخار محلول کمتر می‌شود.

افزایش نقطه جوش

در اثر حل شدن مقداری حل شونده غیر فرار در یک حلال ، نقطه جوش آن افزایش می‌یابد. مقدار افزایش فقط به مقدار حل شونده بستگی دارد. برای مثال ، آب در شرایط متعارفی (دمای 25 درجه سانتیگراد و فشار بخار یک اتمسفر یا 760 میلی متر جیوه) در 100 درجه سانتیگراد می جوشد. اما اگر در آب، مقداری قند مثلا به غلظت یک مولال (یک مول در 1000 گرم آب) بریزیم، فشار بخار محلول آب قند به اندازه 14 میلی متر جیوه کاهش می‌یابد و در نتیجه محلول در 52/100درجه سانتیگراد می‌جوشد.

کاهش نقطه انجماد

وقتی یک حل شونده غیر فرار در یک حلال حل می‌شود، نقطه انجماد آن کاهش می‌یابد. بنابراین دمای انجماد محلولهای آبی همیشه کمتر از دمای انجماد آب خالص است. استفاده از این خاصیت در رادیاتور اتومبیل می‌باشد که برای جلوگیری از یخ زدن آب رادیاتور اتومبیل در زمستان ، به آن مقداری مایع به نام ضد یخ می‌افزایند. همچنین با اضافه کردن نمک (مانند کلرید سدیم) همراه با شن ریز روی آسفالت خیابانهای شهر ، هیدراته شدن یونهای نمکها مستلزم مصرف مقداری آب است که از ذوب شدن برف فراهم می گردد. بنابراین آب نمک غلیظی فراهم می‌شود که حتی در 20 درجه زیر صفر منجمد نمی‌شود.

فشار اسمزی

اگر در ظرف U شکلی ، حلال A از مخلوط حلال و حل شونده (B + A) به وسیله یک غشای نیمه تراوا ، جدا شود، چون فقط حلال از غشا عبور می‌کند، بعد از رسیدن به حالت تعادل ، ارتفاع مایع در قسمت (حاوی B + A) که حل شونده وجود دارد بالا می رود.
اگر به این ستون فشار وارد شود تا سطح مایع در دو طرف یکسان شود، این فشاراسمزی است که به علت حل شدن حل شونده غیر فرار در حلال ایجاد شده است.

به عکس فرآیند اسمز ، اسمز معکوس گویند که برای شیرین کردن آب استفاده می شود. همچنین برای تعیین جرم مولکولی پلیمرها ، پروتئینها و بطور کلی مولکولهای سنگین از فشار اسمزی استفاده می‌شود.

 

مطالبي درباره جابجايي دوگانه

از مهمترین واکنشهای جابجایی دوگانه : واکنشهای رسوبی که در آنها مخلوط کردن محلول دو نمک به تشکیل نمک نامحلول می انجامد . مهمترین کود شیمیایی نیتروژن دار در جهان : آمونیم نیترات ( NH4NO3 ) مهمترین حلال صنعتی پس از آب : اتانول رایج ترین روش بیان غلظت : غلظت مولار ( مولاریته ) ساده ترین کربوکسیلیک اسید : متانوئیک اسید ( HCOOH ) آشناترین کربوکسیلیک اسید : اتانوئیک اسید ( CH3COOH ) یکی از مهمترین مشتقات کربوکسیلیک اسیدها : استر ها ساده ترین آمینواسیدها : گلی سین ( آمینو اتانوئیک اسید ) یکی از مهمترین و پرکاربردترین روشهای حفاظت فلزها : حفاظت کاتدی یکی از ارزشمندترین و پرکاربردترین فلزها : آلومینیم انجام شدنی ترین واکنشها : واکنشهایی که در فراورده هایشان اتمها به هشت تایی پایدار رسیده اند . نزدیکترین لایه الکترونی به هسته = نخستین سطح انرژی : سطح انرژی K تازه ترین مدل اتمی : مدل کوانتومی که بر پایه رفتار دوگانه الکترون و با تاکید بر رفتار موجی الکترون استوار است . خط طیفی با کمترین طول موج ( بیشترین انرژی ) در طیف خطی اتم هیدروژن : خط بنفش با طول موج 410 نانومتر که مربوط به سقوط الکترون از n=6 ----> 2 است . مهمترین نکته در جدول تناوبی : تشابه آرایش الکترونی عنصرهای یک خانواده در بسیاری گروه های جدول سبکترین ذره زیر اتمی : الکترون واکنش پذیرترین فلزها : فلزهای قلیایی واکنش پذیرترین نافلزها : هالوژنها سبکترین فلز : لیتیم مشهورترین فلز قلیایی خاکی : کلسیم مشهورترین اکتنید : اورانیم فراوانترین عنصرهای موجود در پوسته زمین : سیلیسیم و اکسیژن فراوانترین عنصر جهان : هیدروژن فراوانترین ترکیب هیدروژن : آب سبکترین عنصر : هیدروژن کمترین الکترونگاتیوی : سزیم بیشترین الکترونگاتیوی : فلوئور کمترین انرژی نخستین یونش : سزیم بیشترین انرژی نخستین یونش : هلیم ساده ترین ترکیبهای آلی : هیدروکربنها ساده ترین هیدروکربنها : الکانها اربیتال با کمترین انرژی در هر تراز انرژی : اربیتال کروی نفت خام و محصولات آن، چه در هنگام استخراج و چه در مواقع حمل و نقل زميني و دريايي، در نتيجه رخدادها و تصادف ها سبب آلودگي خاك، آب و يا به طور كلي محيط زيست مي شوند. وجود هيدروكربن هاي نفتي در سطح دريا و در خشكي تهديدي جدي براي اكوسيستم به شمار مي آيد، زيرا براي محيط زيست به شدت مضر و سرطان زا هستند. وجود نفت خام در سطح زمين، سبب آتش سوزي، آلودگي آب هاي زير زميني و آلودگي هوا نيز مي شود، به همين دليل پاك سازي اين آلودگي ها بايد هر چه سريع تر انجام گيرد تا محيطي ايمن و عاري از خطر داشته باشيم. براي پاك سازي و آلودگي زدايي مواد نفتي، روش هاي استاندارد و معمول زيادي وجود دارد كه به علت هزينه بالا و پايين بودن كارايي محدود مي شوند. پاك سازي بيولوژيك مواد نفتي، پروسه هايي هستند كه تركيبات سمي را به مواد غير سمي و بي خطر تبديل مي كنند. اين عمل در نتيجه فعاليت هاي متابوليك ميكروارگانيسم هايي كه قادرند از مواد نفتي به عنوان منبع انرژي و كربن خود استفاده كنند، صورت مي گيرد. عرضه اين فناوري مي تواند بسيار مفيد باشد، زيرا قادر است بدون ايجاد خلل در محيط زيست طبيعي، تركيبات سمي مواد نفتي را به مواد غير سمي تبديل كند. در مقايسه با ديگر فناوري هاي پاك سازي مانند سوزاندن و دفن لجن هاي نفتي، روش بيولوژيك، بسيار ارزان تر و مقرون به صرفه تر است. امروزه تعداد بي شماري از ميكروارگانيسم هايي كه قادر به تجزيه نفت هستند، شناخته شده اند. با مطالعات وسيع روي اين ميكروارگانيسم ها و با روش هاي افتراقي و كشت توانسته اند گونه هاي شاخص و كارآمد را جداسازي كنند. هنگامي كه ميكروارگانيسم ها هيدروكربن هاي نفت خام را مي شكنند، نخستين مرحله اين پروسه، اضافه كردن گروه هيدروكسيل به انتهاي زنجيره آلكان و يا به حلقه غير اشباع هيدروكربن آروماتيك چند حلقه اي است كه در نتيجه يك الكل شكل مي گيرد. اين مرحله از واكنش، به وسيله قارچ هاي ميكروسكوپي انجام مي گيرد. پس از اين مرحله، باكتري ها و مخمر ها الكل را به آلدهيد و بي درنگ آلدهيد را به اسيد كربوكسيليك تبديل مي كنند و سرانجام پس از طي يك زنجيره بلند از واكنش هاي احيا، محصولات نهايي يعني آب، دي اكسيد كربن و بيوماس تشكيل مي شود. اين واكنش ها آنزيم هاي درون سلولي و برون سلولي كه به وسيله اين ميكروارگانيسم ها سنتز مي شود، انجام مي گيرد. عقيده بر اين است كه تركيبات با وزن مولكولي پايين به وسيله آنزيم هاي درون سلولي تجزيه و تركيبات نفتي با وزن مولكولي بالا به وسيله آنزيم هاي ميكروبي برون سلولي شكسته مي شوند. تمام اين محصولات نهايي غير سمي هستند و از بيوماس پس از پايان يافتن پروسه هاي فرآوري بيولوژيك، مي توان به عنوان كود استفاده کرد. پاك سازي بيولوژيك آلودگي هاي نفتي به وسيله ميكروارگانيسم ها بسيار آسان است زيرا باكتري هاي تجزيه كننده هيدروكربن هاي نفتي در حالت طبيعي به طور گسترده در طبيعت (محيط هاي آبي و خشكي) توزيع شده اند. تحقيقات نشان داده است كه جمعيت اين گونه باكتري ها حدود يك درصد از كل جمعيت ميكروبي جهان است. اين گونه باكتري ها كه چربي دوست هستند، به سمت مواد نفتي جذب مي شوند. هنگامي كه يك منطقه با مواد نفتي آلوده مي شود، جمعيت آنها افزايش مي يابد و به حدود ده درصد از كل جمعيت مي رسد. پس مي توان انتظار داشت كه اين روش در محيط زيست به طور طبيعي صورت مي پذيرد ولي سرعت آن بسيار كند است؛ از اين رو ما مي توانيم با استفاده از روش هاي ميكروبيولوژي و بيوتكنولوژي نوين، اين پروسه بيولوژي را تقويت كنيم و به طور انحصاري به خدمت خود درآوريم. در سال 1997 شركتي به نام TERI پس از چندين سال تحقيق روي باكتري هاي تجزيه كننده نفت خام و لجن هاي نفتي موفق به توليد تركيباتي به نام oil zapper شدند. اين مواد شامل باكتري هاي تجزيه كننده نفت، به علاوه يك رشته مواد حامل آلي (به صورت پودر) براي حفظ و نگهداري اين باكتري ها هستند. اين تركيب از پنج گونه باكتري تشكيل شده است كه قادرند بخش‌هاي آليفاتيك، آروماتيك، آسفالتين و تركيبات نيتروژني، گوگردي و اكسيژني را در نفت خام و لجن هاي نفتي به سرعت تجزيه و در نهايت توليد مواد و تركيبات بي خطري مانند آب، دي ‌اكسيد كربن و بيوماس كنند تا به حال در مورد روانكارهاي قابل تجزيه بسيار گفته و نوشته شده است. آنچه توليد كنندگان اين روغن ها را به اين امر وادار كرده، تجزيه پذيري و غير سمي بودن آنهاست. با اين حال بنا به تقاضاي مصرف كنندگان و قابليت هاي توليد كنندگان، مشخصاتي نظير پايداري در برابر اكسيداسيون، جلوگيري از سايش، پايداري هيدروليكي و شاخص گرانروي بالا نيز مي تواند از خصوصيات اين روغن ها باشد. دو نوع عمده روانكارهاي قابل تجزيه، روغن هاي گياهي و سينتتيك هستند. با اين حال هنوز اطلاعات زيادي توسط توليد كنندگان اين نوع روغن ها نظير نحوه كاربرد و يا روش نگهداري آنها منتشر نشده است. صنايع مصرف كننده روغن هاي گياهي و سينتتيك بايد توجيه شوند كه نحوه كاربرد و نگهداري اين روغن ها با روغن هاي پايه معدني متفاوت است، در اين مقاله انواع مختلف روغن هاي قابل تجزيه و مزيت ها و معايب آنها بررسي مي شود. روغن هاي گياهي: روغن هاي گياهي از دانه هاي روغني نظير ذرت، سويا، كُلزا، آفتابگردان، بادام و زيتون بدست مي آيند. اين روغن ها از ملكول هاي تري گليسريد تشكيل شده اند و معايبي نظير پايداري حرارتي و هيدروليكي ضعيف و عدم پايداري در مقابل اكسيداسيون دارند. بيشتر روغن هاي گياهي دماي بالاتر از 800c را نمي توانند تحمل كنند. به علاوه، آب حتي به ميزان چند صد واحد در ميليون، دشمن طبيعي روغن هاي گياهي است و باعث مشكلات جدي نظير كف كردن و تخريب اين روغن ها مي شود. در حالت كلي اين روغن ها در دماي پايين، به راحتي جريان پيدا مي كنند. اين روغن ها بدليل ساختارشان، از خواص روانكاري خوبي برخوردارند. در نتيجه به راحتي سطوح فلزي را پوشانده و ذرات گرد و غبار و براده هاي فلزي را با خود حمل مي كنند. ساختار مولكولي اين روغن ها، هم چنين موجب گرانروي و شاخص گرانروي بالا مي شود. از طرف ديگر اصلاح ژنتيكي روغن هايي نظير سويا و كُلزا مشكلات پايداري در برابر اكسيداسيون و پايداري حرارتي را نيز برطرف كرده است. روغن هاي سينتتيك: روغن هاي قابل تجزيه سينتتيك كه امروزه در دسترس هستند عبارتند از: پلي آلفا الفين ها : گرچه اين روغن ها در دماي پايين داراي ويژگي هاي مطلوبي هستند ولي موجب چروكيدگي آب بندها مي شوند. دي استرها: اين روغن ها پايداري خوبي در برابر اكسيداسيون داشته و خاصيت تورم آب بندها را دارند. پلي آلكيلن گلايكول ها (پلي گلايكول ها): بخشي از اين روغن ها مانند اكسيد اتيلن، آب را در خود حل كرده و گروهي ديگر مانند اكسيد پروپيلن قادر به حل كردن آب نيستند. گروه اول براي روانكارهاي ضدآتش بسيار مناسب هستند. عيب اين دسته از روغن هاي سينتتيك اين است كه در بعضي تجهيزات نظير جعبه دنده ها، تمايل به ايجاد امولسيون آب دارند كه موجب ايجاد كف، لجن و خوردگي مي شوند. عيب عمده پلي آلفا الفين ها و پلي گلايكول ها توانايي پايين حل كردن افزودني ها است وچون مواد افزودني نيز بايد توسط محيط زيست قابل تجزيه باشند، لذا تنها از افزودني هايي مي توان استفاده كرد كه به همراه پلي آلفا الفين ها و پلي گلايكول ها منجر به توليد روغن هاي قابل تجزيه مطلوب شوند. امروزه، برخي از توليد كنندگان، دي استرها را با پلي آلفا الفين ها مخلوط مي كنند و نتيجه، روغن هايي است كه علاوه بر تجزيه پذيري داراي قدرت حلاليت خوب، پايداري در برابر اكسيداسيون و شاخص گرانروي بالا هستند. گروهي ديگر، دي استرهاي سينتتيك را با كلزا مخلوط كرده كه به نتيجه مشابهي مي رسند. روغن هاي تجزيه پذير در تجهيزات بعضي صنايع نظير جنگل داري، معدن، اكتشاف نفت و هم چنين در مواردي كه روانكارها وارد محيط زيست مي شوند بسيار مناسب هستند. معمولاً هنگامي كه به جاي روغن هاي پايه معدني از روغن هاي تجزيه پذير استفاده مي شود، به موارد لازم توجهي نمي شود. روغن هاي تجزيه پذير داراي خصوصيات متفاوتي هستند و جايگزيني روغن فقط محدود به تخليه روغن هاي معدني و استفاده از روغن هاي قابل تجزيه نيست. پيش از استفاده از روانكاري هاي تجزيه پذير، ابتدا بايد مشخصات طراحي و عملياتي سيستم، نظير دما، فشار و دبي عمليات، نوع آب بندي يا جنس شلنگ ها، پتانسيل آلودگي آب، گرد و غبار، آلاينده ها و اين كه آيا سيستم فيلتراسيون موجود براي سيال جديد مناسب است را در نظر گرفت. نكته مهم ديگري كه معمولاً به آن توجهي نمي شود اين است كه آيا سيال تجزيه پذير جديد با روغن معدني سازگار است يا خير؟ در صورتي كه جواب منفي باشد، اگر پيش از مصرف سيال جديد، روغن معدني قديمي كاملاً از سيستم شسته نشود، منجر به بروز مسائل جدي خواهد شد. جايگزيني ناقص و نادرست باعث توليد كف، نشتي آب بندها، گرفتگي فيلترها، سايش بيش از حد بعضي از اجزاء (نظير پمپ هاي هيدروليك) و افزايش دماي عملياتي مي شود. كاربرد صحيح روغن هاي تجزيه پذير با توجه به مواردي كه در مورد سيالات تجزيه پذير گفته شد، كاربرد صحيح هر كدام از اين روانكارها كجاست؟ هم چنين هنگام جايگزيني، مصرف كنندگان بايد چه مواردي را در نظر بگيرند؟ روغن هاي گياهي: بهترين كاربرد اين روغن ها در تيغه هاي چوب بري يا ديگر مواردي است كه استفاده از روغن هاي غير سمي توصيه شده و روغن به صورت يك بار مصرف وارد چرخه طبيعت مي شود. هم چنين از اين نوع روغن ها مي توان در سيستم هاي هيدروليكي فشار پايين تا متوسط يا دنده هاي با بار پايين كه دماي عملياتي آن از 600c بالاتر نمي رود و شانس كمي براي ورود آب يا آلودگي وجود دارد، استفاده كرد. اين گونه روغن ها قابليت فيلتر شوندگي پاييني دارند، بنابراين هنگامي كه احتمال وجود آلودگي مي رود، بايد فيلترها پيوسته مورد بازرسي قرار گيرند. قبل از استفاده از روغن هاي گياهي بايد جعبه دنده ها و سيستم هاي هيدروليكي به طور كامل از براده ها، لجن و آلاينده ها شسته شوند تا از هر نوع عدم سازگاري جلوگيري شود. با درنظر گرفتن اين نكته كه ممكن است واكنش هاي نامناسبي روي موادي نظير نئوپرن و نيتريل اتفاق بيفتد. پلي آلفا الفين ها: مصرف اين روغن ها در روغن هاي موتور، بخصوص در شرايط آب و هوايي سرد و هنگامي كه فشار هيدروليكي بالاست در حال افزايش است. مصرف اين روغن ها در روانكاري دنده ها رو به افزايش بوده كه اين امر بدليل كاهش دماي عملياتي و ضرايب اصطكاك آنهاست و در نهايت منجر به كاهش سايش مي شود. اين روغن ها با روغن هاي معدني سازگار هستند، بنابراين نياز به شستشوي اضافي نيست، ولي چون تاثير منفي بر روي آب بندها دارند، احتمال نشتي وجود خواهد داشت. دي استرها: اين روغن ها، روانكارهاي بسيار عالي براي توربين ها و كمپرسورها هستند. دي استرها به دليل حلاليت و پاك كنندگي خاصي كه دارند، ممكن است بر روي پوشش ها، تاثير منفي داشته باشند. بنابراين قبل از جايگزيني بايستي از سازگاري دي استر با رنگ هاي بكار رفته در سيستم اطمينان حاصل كرد. علاوه بر اين كليه روغن هاي بالا اثر بدي بر روي آب بندها ايجاد كرده و بايد از آب بندهاي فلوئوروكربني استفاده كرد. پلي گلايكول ها: اين سيالات شامل اكسيد پلي اتيلن يا اكسيد پلي پروپيلن است كه قدرت حل كنندگي آب درهر كدام متفاوت است. پلي گلايكول هاي با پايه اكسيد پلي اتيلن داراي قابليت بالاي حل كنندگي آب و اختلاط ضعيف با روغن هاي معدني و بسيار قطبي هستند. در نتيجه حتماً بايد قبل از جايگزيني، سيستم به طور كلي از روغن معدني شسته شود. گرچه قدرت حل كنندگي آب اين گروه از روغن ها به تجزيه پذيري آنها كمك مي كند، ولي در عوض داراي اين عيب است كه آلودگي آب آزاد آنها به سرعت اتفاق مي افتد. دانسيته بالاي اين سيالات باعث عدم ته نشيني ذرات جامد مي شود. براي غلبه بر اين مشكل، سيستم هاي فيلتراسيون بايد اصلاح و يا تعويض شوند. در سيستم هاي هيدروليك، فيلترهاي با اندازه3 ميكرون در يك جريان جانبي دركنترل آلودگي ها موثر است. به منظور جلوگيري از تبخير اضافي و غير ضروري سيالات حلال آب، دماي عملياتي بايد به طور قطع كنتر ل شود. دماي توصيه شده بين50 تا60 درجه سانتي گراد است كه بايد حفظ شود. موضوع ديگري كه در سيستم هاي هيدروليك بايد به آن توجه داشت، آسيب هايي است كه از كاويتاسيون سيالات بر پايه آب و سيالات حلال آب به شيرهاي اطمينان وارد مي شود. كاويتاسيون فاز بخار به دليل فشار بخار بالا باعث سايش نشيمن گاه شير شده و در نتيجه از كارافتادگي زود هنگام شير اطمينان را به وجود مي آورد. بنابراين قبل از جايگزيني بايد شير مناسبي انتخاب شود. جدول شماره يك برخي از مشخصات روغن هاي تجزيه پذير را نشان مي دهد. نگهداري روغن هاي تجزيه پذير عقيده بر اين است كه روانكار درون يك ماشين، بخشي از آن ماشين به حساب مي آيد. بنابراين بايد روانكار درون يك ماشين را مانند خود ماشين نگهداري وبررسي كرد. متاسفانه تا قبل از اين كه مشكلي بوجود بيايد، به وضعيت روغن توجهي نمي شود. يك دليل اين وضعيت، اين است كه افراد زيادي روغن را به طور دلخواه و بدون توجه به عواقب آن تخليه مي كنند. در بيشتر حالات، قيمت روغن هاي تجزيه پذير، سه، چهار و يا پنج برابر روغن هاي معدني است. ولي هزينه اي كه مصرف كنندگان اين روغن ها مي پردازند با مدت زمان كاركرد طولاني تر اين روغن ها قابل جبران است. در حالت كلي، نگهداري و مراقبت روغن هاي تجزيه پذير بايد مانند روغن هاي پايه معدني انجام شود. اين روغن ها بايد خنك، تميز و خشك نگهداري شوند و شرايط آنها بر اساس يك برنامه منظم با روش هاي موجودِ تحليلِ روغن، بررسي شود. به طور خاص، روانكارهاي تجزيه پذير بايد به منظور تعيين گرانروي در400c و 1000C مقدارآب آزاد (با استفاده از روش دقيقي نظير آزمايش كارل فيشر)، عدد اسيدي (كه مي تواند نشان دهنده اكسيداسيون باشد) و آلودگي ذرات جامد ( با استفاده از روش هاي آزمايش شمارش ذرات) تحت مراقبت قرار گيرند. هر علامتي كه نشان دهنده بروز يا شكل گيري يك مشكل است بايد بررسي و اصلاح شود تا نتيجه مطلوبي از مصرف روغن هاي تجزيه پذير حاصل شود.

فرمول مولکولی

هنگامی که جرم مولکولی و فرمول تجربی تعیین گردیدند، می‌توان مستقیما فرمولی مولکولی جسم را تعیین کرد. اغلب ، وزن فرمول تجربی و جرم مولکولی یکسان است. در چنین حالتی ، فرمول تجربی ، همان فرمول مولکولی است. در بسیاری از حالتها وزن فرمول تجربی کمتر از جرم مولکولی است. در چنینی حالتهایی ضروری است که تعیین گردد چند بار وزن مولکولی را باید به وزن فرمول تجربی تقسیم کرد و سپس رقم بدست آمده را در فرمو ل تجربی ضرب کرد تا فرمول مولکولی بدست آید.

مثال ساده در این مورد ، اتان است. بعد از تجزیه کمی عنصری ، فرمول تجربی CH₃ برای اتان تعیین گردید. محاسبات نشان داد که جرم مولکولی اتان 30 است. پس از تقسیم وزن مولکولی اتان (30) بر وزن فرمول تجربی (15) رقم 2 بدست آمد. بنابراین ، باید فرمول مولکولی اتان ، ₂(CH₃) یا C₂H₆ باشد.

برای مثال ، مجهولی که فرمول تجربی C₇H₁₄O₂ بوده و وزن فرمولی آن 130 است. اگر فرض کنیم که جرم مولکولی این ماده 130 تعیین شده است، می‌توان نتیجه گرفت فرمول تجربی و فرمول مولکولی معادلند و ضمنا فرمول مولکولی باید C₇H₁₄O₂ باشد.

 

تعیین جرم مولکولی

یک مرحله در تعیین فرمول مولکولی یک ماده ، تعیین وزن یک مول از آن ماده است. این عمل به طرق مختلفی صورت می‌گیرد. بدون در دست داشتن جرم مولکولی یک مجهول ، کسی قادر نیست بگوید فرمول تجربی که مستقیم از تجزیه عنصری تعیین گشته ، آیا فرمول حقیقی ماده بوده یا این که این فرمول باید در عددی ضرب شود تا فرمول مولکولی واقعی جسم مجهول مشخص گردد.

استفاده از طیف سنج جرمی

در یک آزمایشگاه جدید ، جرم مولکولی با استفاده از طیف سنج جرمی تعیین می‌گردد. یک روش قدیمی جهت تعیین جرم مولکولی ماده ( بر اساس اصول شیمی عمومی ) ، روش چگالی بخار است. در این روش ، حجم مشخصی از گاز در دمای مشخص توزین می‌گردد. پس از تبدیل حجم گاز در دما و فشار استاندارد ، می‌توان تعیین نمود که آن حجم چه کسری از یک مول را نشان می‌دهد. از این طریق می‌توان جرم مولکولی ماده را بسادگی تعیین کرد.

اندازه‌گیری نزول نقطه انجماد یک حلال

روش دیگر تعیین جرم مولکولی یک ماده ، اندازه‌گیری نزول نقطه انجماد یک حلال است که به مقدار مشخصی از ماده مورد آزمایش اضافه شده باشد. این روش به نام روش انجماد سنجی خوانده می‌شود.

اسمومتری فشار بخار

روش دیگر که فقط گاهی اوقات مورد استفاده قرار می‌گیرد، اسمومتری فشار بخار است. در این روش ، ماده مورد آزمایش را در یک حلال حل کرده و تغییر فشار بخار حلال را اندازه می‌گیرند.

تعیین فرمول تجربی

تقریبا تمام مواد آلی ، دارای کربن و هیدروژن هستند. در اکثر حالتها ، تعیین این که آیا این عناصر موجودند یا خیر ، واجب و لازم نیست. ولی اگر ضرورت ایجاب کند که وجود آن دو را به اثبات رسانیم، می‌توان ماده مجهول را در حضور اکسیژن سوزاند. اگر احتراق ماده ، انیدریک ایجاد کند، پس در ماده مجهول کربن موجود بوده است و اگر آب ایجاد شد، می‌بایست اتمهای هیدروژن در ماده وجود داشته باشند.

یادآوری این نکته ضروری است که هیچ روش مستقیم مناسبی برای تعیین وجود اکسیژن در یک ماده وجود ندارد، به این دلیل است که در آنالیز کیفی از اکسیژن نامی برده نمی‌شود. نیتروژن ، کلر ، برم ، ید و گوگرد را می‌توان به آزمایشی مشابه آزمون ذوب سدیم شناسایی کرد.

برای تعیین دقیق کربن و هیدروژن موجود در یک ماده مجهول ، به یک آنالیز کمی نیاز است. در عملیات آزمایشگاهی تجاری مکررا این تجزیه را انجام می‌دهند. روش تعیین مقادیر کربن و هیدروژن در یک ماده ، مبتنی بر احتراق آن برای تولید انیدریک کربنیک و آب است. در تجزیه کمی ، انیدریک کربنیک و آب را جمع‌آوری کرده و سپس وزن می‌کنیم. روش‌هایی نیز برای تعیین مقادیر گوگرد ، نیتروژن و هالوژنهای موجود در ترکیب در دسترس هستند.

تجزیه عنصری و طرز محاسبات

روش قدیمی تعیین فرمول مولکولی یک ماده مستلزم سه مرحله است. اولین مرحله ، انجام آنالیز (تجزیه کیفی عنصری برای یافتن نوع اتمهای موجود در مولکول است. مرحله دوم ، انجام آنالیز کمی عنصری برای یافتن تعداد نسبی انواع مختلف اتمها در مولکول است. این عمل منجر به یافتن فرمول تجربی می‌گردد. مرحله سوم ، شامل تعیین جرم مولکولی یا تعیین وزن مولکولی است که وقتی آن را با فرمول تجربی در هم آمیزیم، تعداد واقعی اتمهای موجود در مولکول را نشان خواهد داد و نتیجه حاصل ، فرمول مولکولی خواهد بود.

شیمی تجزیه

 

دید کلی
شیمی تجزیه نقش حیاتی را در توسعه علوم مختلف به عهده دارد، لذا ابداع فنون جدید تجزیه و بسط و تکامل روشهای تجزیه شیمیایی موجود ، آنقدر سریع و گسترده است که اندکی درنگ در تعقیب رویدادهای تازه سبب بوجود آمدن فاصله‌های بسیار زیاد علمی خواهد شد. نقش این فنون در فعالیتهای تولیدی روز به روز گسترده‌تر و پردامنه‌تر می‌گردد. امروزه ، کنترل کیفیت محصولات صنعتی و غیر صنعتی ، جایگاه ویژه‌ای دارد که اساس این کنترل کیفیت را تجزیه‌های شیمیایی انجام شده به کمک روشهای مختلف تجزیه‌ای تشکیل می‌دهد.

سیر تحولی و رشد
اصولا توسعه و تغییر پایدار در فنون و روشهای تجزیه وجود دارد. طراحی دستگاه بهتر و فهم کامل مکانیسم فرآیندهای تجزیه‌ای ، موجب بهبود پایدار حساسیت ، دقت و صحت روشهای تجزیه‌ای می‌شوند. چنین تغییراتی به انجام تجزیه‌های اقتصادی‌تر کمک می‌کند که غالبا به حذف مراحل جداسازی وقت گیر ، منجر می‌شوند. باید توجه داشت که اگر چه روشهای جدید تیتراسیون مانند کریوسکوپی ، Pressuremetriz ، روشهای اکسیداسیون _ احیایی و استفاده از الکترود حساس فلوئورید ابداع شده‌اند، هنوز از روشهای تجزیه وزنی و تجزیه جسمی (راسب کردن ، تیتراسیون و استخراج بوسیله حلال) برای آزمایشهای عادی استفاده می‌شود.

به هر حال در چند دهه اخیر ، تکنیکهای سریعتر و دقیق‌ترِی بوجود آمده‌اند. در میان این روشها می‌توان به اسپکتروسکوپی ماده قرمز ، ماورای بنفش و اشعه X اشاره کرد که از آنها برای تشخیص و تعیین مقدار یک عنصر فلزی با استفاده از خطوط طیفی جذبی یا نشری استفاده می‌گردد. سایر روشها عبارتند از:

* کالریمتری (رنگ سنجی) که به توسط آن یک ماده در محلول بوسیله شدت رنگ آن تعیین می‌شود.
* انواع کروماتوگرافی که به توسط آنها اجزای یک مخلوط گازی بوسیله آن از درون ستونی از مواد متخلل یا از روی لایه‌های نازک جامدات پودری تعیین می‌گردند.
* تفکیکی محلولها در ستونهای تبادل یونی
* آنالیز عنصر ردیاب رادیواکتیو.

* ضمنا میکروسکوپی الکترونی و اپتیکی ، اسپکترومتری جرمی ، میکروآنالیز ، طیف‌سنجی رزونانس مغناطیسی هسته‌ای (NMR) و رزونانس چهار قطبی هسته نیز در همین بخش طبقه بندی می‌شوند.

خودکارسازی روشهای تجزیه‌ای در برخی موارد با استفاده از رباتهای آزمایشگاهی ، اهمیت روزافزونی پیدا کرده است. چنین شیوه‌ای ، انجام یکسری تجزیه‌ها را با سرعت ، کارایی و دقت بهتر امکانپذیر می‌سازد. میکروکامپیوترها با قابلیت شگفت‌انگیز نگهداری داده‌ها و بسته‌های نرم افزار گرافیکی بطور قابل ملاحظه‌ای موجبات جمع آوری ، نگهداری ، پردازش ، تقوبت و تفسیر داده‌های تجزیه‌ای را فراهم می‌آورند.

انواع تجزیه
وقتی آزمایش به شناسایی یک یا چند چیز جز از یک نمونه (شناسایی مواد) محدود می‌گردد، تجزیه کیفی نامیده می‌شود، در حالی که اگر آزمایش به تعیین مقدار یک گونه خاص موجود در نمونه (تعیین درصد ترکیب در مخلوطها یا اجزای ساختمانی یک ماده خالص) محدود گردد، تجزیه کمی نامیده می‌شود. گاهی کسب اطلاعاتی در زمینه آرایش فضایی اتمها در یک مولکول یا ترکیب بلورین ضروری است، یا تاکید حضور یا موقعیت برخی گروههای عامل آلی در یک ترکیب مورد تقاضا است، چنین آزمایشهایی تحت عنوان تجزیه ساختمانی نامیده می‌شوند و ممکن است با جزئیاتی بیش از یک تجزیه ساده مورد توجه قرار گیرند.

ماهیت روشهای تجزیه‌ای
روشهای تجزیه‌ای معمولا به دو دسته کلاسیک و دستگاهی طبقه بندی می‌شوند. روشهای کلاسیک شامل روشهای شیمیایی مرطوب ، نظیر وزن سنجی و عیار سنجی است. در واقع تفاوت اساسی بین روشهای دو دسته وجود ندارد. همه آنها مشتمل بر وابستگی یک اندازه گیری فیزیکی به غلظت آنالیت می‌باشند. در حقیقت روشهای تجزیه‌ای محدودی وجود دارند که صرفا دستگاهی‌اند و یا بیشتر آنها متضمن مراحل شیمیایی متعددی قبل از انجام اندازه گیری دستگاهی هستند.

کاربردهای شیمی تجزیه

کنترل کیفیت محصول
بیشتر صنایع تولیدی نیازمند به تولید با کیفیت یکنواخت هستند. برای کسب اطمینان از برآورده شدن این نیازمندی مواد اولیه و همچنین محصول نهایی تولید ، مورد تجزیه‌های شیمیایی وسیعی قرار می‌گیرند.

نمایش و کنترل آلوده کننده‌ها
فلزات سنگین پسمانده‌های صنعتی و حشره کشهای آلی کلردار ، دو مشکل کاملا شناخته شده مربوط به ایجاد آلودگی هستند. به منظور ارزیابی چگونگی توزیع و عیار یک آلوده کننده در محیط ، به یک روش تجزیه‌ای حساس و صحیح نیاز است و در کنترل پسابهای صنعتی ، تجزیه شیمیایی روزمره حائز اهمیت است.

مطالعات پزشکی و بالینی
عیار عناصر و ترکیبات مختلف در مایعات بدن ، شاخصهای مهمی از بی نظمی‌های فیزیولوژیکی می‌باشند. محتوی قند بالا در ادرار که نشانه‌ای از یک حالت دیابتی است و وجود سرب در خون ، از شناخته‌ترین مثالها در این زمینه می‌باشد.

عیارگیری
از دیدگاه تجارتی در برخورد با مواد خام نظیر سنگهای معدنی ، ارزش سنگ معدن ، از روی فلز موجود در آن تعیین می‌شود. این موضوع ، مواد با عیار بالا را نیز غالبا شامل می‌شود. بطوری که حتی تفاوت کم در غلظت می‌تواند از نظر تجاری تاثیر قابل ملاحظه‌ای داشته باشد. بنابراین یک روش تجزیه‌ای قابل اعتماد و صحیح از اهمیت اساسی برخوردار است.

آینده شیمی تجزیه
بروز مشکلات تجزیه‌ای در شکلهای جدیدش ادامه دارد. میزان تقاضای مربوط به انجام تجزیه در ابعاد وسیع توسط بسترهای دستگاهی بطور مداوم در حال افزایش است. کاوشهای فضایی ، نمونه‌های گمانه زنی و مطالعات اعماق دریاها مثالهایی از نیازهای قابل طرح می‌باشند. در دیگر زمینه‌ها نظیر مطالعات محیطی و بالینی ، فرم شیمیایی و دقیق یک عنصر در یک نمونه و نه غلظت کلی آن ، اهمیت فزاینده‌ای پیدا کرده است. دو مثال کاملا شناخته شده در این زمینه ، میزان سمیت بسیار زیاد ترکیبات آلی جیوه و سرب در مقایسه با ترکیبات مشابه معدنی است.

مطالبی در مورد سختی اب

آب سخت آبی است که حاوی نمك‌هاي معدني از قبيل ترکیبات کربنات‌های هیدروژنی ٬ کلسیم ٬ منیزیم و ...
سختی آب بر دو نوع است: دایمی و موقت.
تغییرات سختی آب*
بر حسب آنکه آب در موقع نفوذ در زمین از قشرهای آهکی و منیزیمی و گچی گذشته و یا نگذشته باشد سختی آب کم یا زیاد می‌شود. آبهای نواحی آهکی سختی زیادتری تا آبهای نواحی گرانیتی و یا شنی دارند. سختی آب در عرض سال هم ممکن است تغییر نماید. معمولاً سختی آبها در فصل باران کم و در فصل خشکی زیاد می‌شود.
فواید آب سخت*
آب سخت برای انسان مضر نیست بلکه مفید است و معمولاً شکستگی استخوانهای آنهایی که آب سخت می‌آشامند زودتر بهبودی حاصل می‌کند و بیماری راشیتیست کمتر در این اشخاص دیده می‌شود.
*مضرات آب سخت
آب سخت برای رختشویی و مصرف در کارخانجات مناسب نیست. آب سخت موجب از دست دادن طعم و مزه خوب چایی و قهوه می‌شود. پخته نشدن حبوبات با آب سخت ضرر رساندن به جداره دیگهای بخار و ایجاد قشر آهکی بر روی جداره دیگ خوب کف نکردن صابون و موجب افزایش مصرف صابون مزاحمت در هنگام شستن نسوج و دستها رفع سختی آب در تجارت تعداد زیادی مواد شیمیایی برای رفع سختی آب به فروش می‌رسد که دارای کربنات سدیم هستند. این مواد را قبل از ورود آب در دیگها سختی آنرا می‌گیرند و یا در دیگ بر اثر افزودن این مواد آهک و گچ را رسوب می‌دهند و دیگر این رسوب محکم به جدار دیگ نمی‌چسبد بطوری که می‌توان آنرا به آسانی پاک نمود.
سختي زدايي*
برای برطرف کردن سختی موقت آب با جوشاندن آن کربنات‌های هیدروژنی محلول به کلسیم نامحلول تبدیل شده و تشکیل رسوب می‌دهند. این رسوب در مناطق دارای آب سخت درون کتری‌ها دیده‌می‌شود. سختی دایمی آب را می‌توان با کمک نرم‌کننده‌های تبادل کنندهٔ یون مانند پرموتیت برطرف کرد. آبی که در طبیعت وجود دارد تقریباً همیشه ناخالص می‌باشد. زیرا که اغلب دارای گچ، آهک، نمک طعام، ترکیبات منیزیم، آهن، اکسیژن و ازت، انیدرید کربنیک، ترکیبات آلی و غیره است و مقدار این اجسام در آبهای مختلف متفاوت است در آب اجسام دیگری مانند گل و لای و غیره هستند که معلق می‌باشند و مقداری باکتری هم در آبها یافت می‌شود.
یکی از اجسام گیرنده سختی آب تری ناتریم فسفات Na۳PO می‌باشد که با اسم آلبرت‌تری بکار می‌رود.
یون کلسیم موجود در آب بر اثر ناتریم فسفات تبدیل به "تری کلسیم فسفات"PO۴»۲Ca<۳ می‌گردد و رسوب می‌نماید.
بر اثر پختن بی‌کربنات کلسیم آب تبدیل به کربنات می‌شود و رسوب می‌نماید: «Ca۳H»۲Ca→CO۳Ca + CO۲+H۲O
و بی کربنات کلسیم آب بر اثر کربنات سدیم هم گچ و هم بی‌کربنات کلسیم به کربنات کلسیم تبدیل می‌شود و رسوب می‌گردد:
Ca۳H»۲Ca + CO۳Na۲ -----→ CO۳Ca + ۲CO۳HNa

SO۴Ca + CO۳Na۲ ------> CO۳Ca + SO۴Na۲
اخیرا به مقدار زیاد از صمغ‌های مصنوعی که قادرند تعویض یون کنند برای رفع سختی آب استفاده می‌کنند. صمغ لواتیت در آلمان و آمبرلیت و دووکس در آمریکا استعمال می‌گردد.
درجه سختی آب*
درجه سختی آب را از روی مقدار کلسیم و منیزیم موجود در آن تعیین می‌کنند. در آلمان اگر آبی ده میلی گرم CaO در یک لیتر داشته باشد می‌گویند درجه سختی آب یک است. در فرانسه اگر آبی در یک لیتر ده میلی گرم کربنات کلسیم یا همسنگ آن کربنات منیزیم داشته باشد می‌گویند که یک درجه سختی دارد. در انگلستان اگر آبی ده میلی گرم کربنات کلسیم و یا همسنگ آن کربنات منیزیم در ۰.۷ لیتر داشته باشد یک درجه سختی دارد.
برای تعیین سریع سختی آب کارخانه شیمیایی واقع در آلمان قرصهایی ساخته است. در یک لوله آزمایش مخصوص و مدرج آب مورد آزمایش را تا خط نشان لوله پر می‌نمایند و به‌وسیله معرفی که همراه بسته قرصهاست رنگ این آب را قرمز می‌کنند و آگاه آنقدر از این قرصها در آن می‌اندازند تا رنگ آب سبز گردد. شماره قرصهای ریخته شده در لوله آزمایش برابر درجه سختی آب می‌باشد. دقت این روش تا نیم درجه است.
شهرهای با آب سخت
قم و زاهدان از شهرهایی هستند که آب آنها از سختی بالایی برخوردار است. در زاهدان سالانه چندین بار باید پوشالهای کولر را به علت اینکه مقدار فراوانی املاح روی آن رسوب کرده است تعویض کرد.

تاثیر قلیائیت در سختی آب *

اگر قلیائیت کل آب ، مساوی یا بیشتر از سختی کل باشد، تمام سختی آب به صورت سختی کربناتی خواهد بود. در صورتی که که قلیائیت کل ، کمتر از سختی باشد، سختی کربناتی آب معادل قلیائیت بوده و سختی دائم ، اختلاف بین سختی کل و قلیائیت است.

اسید سولفوریک

نگاه کلی

اسید سولفوریک اسید معدنی بسیار قوی می‌باشد. این اسید با هر درصدی در آب حل می‌شود. اسید سولفوریک در گذشته به نام جوهر گوگرد معروف بوده است. وقتی غلظت بالایی ازSO3  گازی به اسید سولفوریک اضافه می‌شود، الئوم یا اسید سولفوریک دود کننده به فرمولH2S2O7  ایجاد می‌شود. واکنش اسید سولفوریک با آب بسیار گرمازا می‌باشد. اضافه کردن آب به اسید سولفوریک غلیظ خطرناک است. زیرا در اثر حرارت حاصل از واکنش اسید و آب ، آب داغ ممکن است به اطراف پراکنده شود.

بنابراین آن را با آرامی به آب اضافه می‌کنند. این مساله بدلیل پایین بودن دانسیته آب نسبت به اسید سولفوریک می‌باشد که آب میل دارد روی اسید قرار گیرد. میل ترکیبی اسید سولفوریک با آب بقدری بالاست که می‌تواند مولکول‌های هیدروژن و اکسیژن را از بقیه ترکیبات بصورت آب جدا کند. به عنوان مثال مخلوط کردن گلوکز و اسید سولفوریک ، عنصر کربن و آب ایجاد می‌کند.

اسید سولفوریک قسمت عمده باران اسیدی می‌باشد که از آلاینده‌های جوی مثلSO3  حاصل از کارخانه‌ها با آب باران بوجود می‌آید.

تاریخچه

اسید سولفوریک در قرن نهم توسط شیمیدان ایرانی به نام زکریای رازی کشف شد. او اسید سولفوریک را از طریق تقطیر خشک کانی‌هایی که شامل سولفات آهن (  II( FeSO4.7H2O که زاج سبز نامیده می‌شود و سولفات مس  (II(CuSO4.5H2O    که کات کبود نامیده می‌شد بدست آورد. حرارت هر یک از این ترکیبات باعث تجزیه آنها و ایجاد اکسید آهن II یا اکسید مس II ، آب وSO3  می‌گردد. ترکیب آب و SO3  حاصل شده ، محلول رقیق اسید سولفوریک ایجاد می‌کند.

این روش با ترجمه متون علمی و کتاب‌های دانشمندان مسلمان ایرانی توسط شیمیدان‌های اروپایی در قرون وسطی مانند آلبرت ماگنوس در اروپا شناخته شد و به این دلیل اسید سولفوریک را شیمیدان‌های قرون وسطی به نام جوهر گوگرد شناختند.

در قرن هفدهم ، جان گلوبر ، اسید سولفوریک را از سوزاندن سولفورو نیترات پتاسیم در مجاورت بخار آب تهیه کرد. در سال 1746 ، جان روبک اسید سولفوریک را با غلظت 40-35% در ظروف سربی تولید می‌کرد. جوزف گیلوساک با اصلاح روش روبک ، اسید سولفوریکی با غلظت 78% بدست آورد.

با این همه صنایع رنگرزی و سایر صنایع شیمیایی خواهان اسید سولفوریک با غلظت بالاتر بودند. در اواسط قرن 18 این امر با روش تقطیر خشک کانی‌ها ، شبیه همان روش اولیه رازی ممکن شد. در این روش سولفید آهن در اثر حرارت در هوا تولید سولفات آهن II می‌کند و فراورده حاصل با حرارت اضافی اکسید شده و تولید سولفات آهن III می‌کند که آن هم در اثر حرارت در 480 درجه سانتیگراد تجزیه شده و اکسید آهن وSO3   ایجاد می‌کند. عبور دادنSO3   به آرامی از میان آب ، اسید سولفوریک با غلظت بالا ایجاد می‌کند.

کاربرد اسید سولفوریک

اسید سولفوریک جزء مواد شیمیایی پراستفاده می‌باشد. این ماده در واکنش‌های شیمیایی و فرآیندهای تولید سایر ترکیبات ، کابرد فراوانی دارد. عمده‌ترین استفاده آن در کارخانه‌های تولید کود شیمیایی ، استخراج فلزات ، سنتزهای شیمیایی ، تصفیه پساب‌ها و پالایشگاه‌های نفت می‌باشد. اسید سولفوریک در اثر واکنش با اسید نیتریک ، یون نیترونیوم تولید می‌کند که در فرآیند نیترو‌دار کردن ترکیبات استفاده می‌شود.

فرآیند نیترودار کردن در صنایع تولید مواد منفجره مانند تولید تری‌نیتروتولوئن (TNT) ، نیترو گلیسیرین و ... استفاده می‌شود. اسید سولفوریک در انباره‌های سربی (باطری‌های سربی) به عنوان محلول الکترولیت استفاده می‌شود.

اسید سولفوریک ، یک عامل آبگیری بسیار قوی است. در اکثر واکنش‌ها به عنوان عامل هیدراتاسیون استفاده می‌شود و در تولید میوه‌های خشک هم به میزان کم ، از اسید سولفوریک برای جذب آب استفاده می‌کنند.

تولید صنعتی اسید سولفوریک به روش تماسی

در سال 1832 یک تاجر انگلیسی سرکه ، روشی اقتصادی برای تولیدSO3  و اسید سولفوریک غلیظ ابداع کرد که امروزه به نام فرآیند تماسی معروف است و قسمت اعظم اسید سولفوریک در دنیا به این روش تولید می‌گردد. این فرآیند در سه مرحله صورت می‌گیرد که عبارتند از :

• تهیه و خالص سازیSO2  :
  خالص سازیSO2  و هوا برای جلوگیری از مسموم‌شدن کاتالیزور لازم است. گازها پس از شستشو با آب ، با اسید سولفوریک خشک می‌شوند.
  
  
• اکسیداسیون کاتالیکی SO2 بهSO3  :
  SO2  با O2 در دمای بالاتر از 450 درجه سانتیگراد و فشار 2atm و کاتالیزور پنتا اکسید وانادیم ، واکنش داده وSO3  تولید می‌کند.SO3  تولید شده از میان تبادلگر گرمایی عبور داده شده و در اسید سولفوریک غلیظ حل شده و تولید الئوم می‌کند. به دلیل اینکه انحلال SO3 در آب بسیار گرمازا بوده و بجای اسید سولفوریک مایع ، مه تولید می‌شود، انحلال مستقیمSO3  در آب عملی نمی‌باشد.
  
  
• تولیدH2SO4  :
  اولئوم با آب واکنش داده و اسید سولفوریک تولید می‌کند.

خواص فیزیکی
اسید سولفوریک	نام
H2SO4	فرمول
مایع بیرنگ	ظاهر
98gr/mol	وزن مولکولی
10 درجه سانتیگراد	دمای ذوب
337 درجه سانتیگراد	نقطه جوش
1.8gr/cm^3	دانسیته

نکات ایمنی

اسید سولفوریک ، اسید بسیار قوی و خورنده می‌باشد. نوشیدن آن باعث آسیب‌های شدید دائمی در دهان و سایر بافت‌های مورد تماس می‌شود. تنفس آن بسیار خطرناک بوده و باعث آسیب‌های جدی می‌شود. در صورت تماس با پوست و چشم باعث سوزش و ایجاد زخم می‌شود. در صورت تماس پوست و چشم با آن ، باید با آب فراوان شستشو داده و سپس از محلول بی‌کربنات سدیم یک درصد برای شستشو موضع مورد تماس استفاده گردد.

محاسبات آزمایش تیتر کردن اسید و باز

معمولا 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.

انواع تیتر کردن

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

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

1. واکنش‌های خنثی شدن یا واکنش‌های اسید و باز
2. واکنش‌های رسوبی
3. واکنش‌هایی که تولید ترکیبات کمپلکس می‌کنند.
   

• روشهایی که بر اساس انتقال الکترون هستند؛ مانند واکنش‌های اکسایش و کاهش

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.

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 تیترات 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.

تیتراسیون

 

مقدمه

روشی که توسط آن ، محلولی با غلظت مشخص به محلولی دیگر اضافه می‌شود تا واکنش شیمیایی واکنش شیمیایی بین دو ماده حل شده کامل گردد، تیتراسیون نامیده می‌شود.

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 است که همان 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.

آزمایش تیتر کردن اسید و باز

تئوری آزمایش

در روش تیتر کردن سلولی با غلظت مشخصی به محلول دیگر اضافه می‌شود تا واکنش شیمیایی بین دو ماده حل شده کامل گردد. محلولی که غلظت آن مشخص باشد، محلول استاندارد است. در عمل تیتر کردن ، محلول استاندارد را از یک بورت به محلولی که باید غلظت آن اندازه گرفته شود، می‌افزایند و این عمل تا وقتی ادامه دارد که واکنش بین محلول استاندار تیتر شونده کامل شود. پس با استفاده از حجم و غلظت محلول استاندارد و حجم محلول تیتر شونده ، غلظت محلول تیتر شونده را حساب می‌کنند.

وسایل لازم

• بورت 50 میلی لیتر
• بالون ژوژه 100 میلی لیتری و 50 میلی لیتری
• ارلن مایر 250 میلی لیتری
• بشر 100 میلی لیتری
• ترازوی دقیق

مواد شیمیایی لازم

• تیتر ازول کلریدریک اسید 0،1 نرمال
• سود
• اگزالیک اسید خالص
• فنل فتالئین

روش آزمایش

بخش اول : تعیین نرمالیته سود مجهول

نمونه مجهول سود (NaOH) در بالون ژوژه 100 میلی لیتری را با آب مقطر به حجم رسانده ، هم می‌زنیم. پس یک بورت 25 میلی لیتری را ابتدا با آب مقطر سپس با محلول سود تهیه شده شستشو می‌دهیم و توسط گیره به پایه متصل می‌کنیم. داخل بورت ، محلول سود ریخته ف محلول را در صفر تنظیم می‌کنیم.

• در نوک بورت نباید حباب هوا وجود داشته باشد. در صورت وجود داشتن هوا در نوک بورت باید شیر بورت را کمی باز کرد تا نوک بورت از مایع پر شود.
• در موقع خواندن بورت ، چشم باید در امتداد سطح مایع بوده و عدد مقابل خط زیر سطح مقعر مایع خوانده شود.

حال یک ارلن مایر که پیپت 10 میلی لیتری و با کلریدریک اسید 0،1 نرمال شستشو داده ایم، 10 میلی لیتر کلریدریک اسید 0،1 نرمال می ریزیم. سپس 2 قطره فنل فتالئین اضافه می‌کنیم. ارلن را زیر بورت قرار داده ، با دست چپ بشر بورت را باز می‌کنیم تا قطره قطره محلول سود به محلول اسید اضافه شود و با دست راست ، ارلن را به‌آهستگی حرکت دورانی می‌دهیم. طی این عمل ، محلول داخل ارلن ، رنگ ارغوانی (صورتی رنگ) می‌شود و این نشانگر بازی شدن محلول داخل ارلن است. افزایش سود را متوقف کرده و حجم سود مصرفی را از روی بورت می‌خوانیم.

از فرمول زیر نرمالیته سود مجهول به‌راحتی محاسبه می‌شود:

اسید V * اسید N = سود V * سود N

 

اسید V * اسید N /سود N = سود N

 

 

بخش دوم : تعیین نرمالیته اگزالیک اسید

یک گرم اگزالیک اسید را داخل بشر 100 میلی لیتری ریخته و کمی آب مقطر به آن اضافه می‌کنیم تا حل شود و سپس محلول را به یک بالون ژوژه 50 میلی لیتری انتقال داده و به حجم می‌رسانیم. توسط پیپت ژوژه ، 10 میلی لیتر از این محلول را داخل ارلن مایر 250 میلی لیتری می‌ریزیم و دو قطره فنل فتالئین به آن اضافه می‌کنیم. سپس بورت را از سود با نرمالیته معلوم پر می‌کنیم و محلول داخل ارلن را با آن تیتر می‌کنیم.

روش تیتر کردن به این صورت است که طبق بخش اول ، سود را قطره قطره به محلول داخل ارلن افزوده تا صورتی کم‌رنگ ایجاد شود. سپس حجم بورت را یادداشت می‌کنیم. نرمالیته اسید با استفاده از رابطه زیر به‌سادگی حاصل می‌شود.

سود V *سودN = اسید V * اسید N

 

سود V *سود N / اسیدN = اسید N

 

نتایج آزمایش

1.       با استفاده از رابطه فوق با داشتن حجم اسید ، حجم و نرمالیته باز می‌توان نرمالیته اسید را بدست آورد.

2.       با معلوم بودن حجم باز و نرمالیته و حجم اسید به‌راحتی می‌توان نرمالیته باز را محاسبه کرد.

3.       در رابطه فوق برای حجم از هر واحدی می‌توان استفاده کرد، مشروط بر اینکه هر دو حجم ( یعنی اسید V و باز V) دارای یک واحد باشند.

4.       در محلول که دارای نرمالیته یکسان باشند، با حجم‌های مساوی بر یکدیگر اثر می‌کنند.

کاربرد واکنشهای خنثی شدن در محیط غیر آبی

دو نوع از ترکیباتی را که در محیط آبی قابل تیتر کردن نیستند، می‌توان با تیتراسیون خنثی‌شدن در حلالهای غیر آبی مناسب اندازه گیری کرد. دسته اول ، اسیدها و بازهای آلی با وزن مولکولی زیادند که انحلال‌پذیری محدودی در آب دارند. نوع دوم ترکیبات معدنی یا آلی هستند که از نظر اسید و باز آنقدر ضعیف هستند ( یا کوچکتر از ) که نقاط پایانی رضایتبخشی در محیط آبی ارائه نمی‌دهند.

مثالهایی از این دسته عبارتند از آمینهای آروماتیک ، فنلها و نمکهای مختلفی از اسیدهای معدنی و کربوکسیلیک. اغلب ترکیباتی که نقاط پایانی رضایت بخشی در آب ندارند، در حلالهایی که خاصیت اسیدی یا بازی آنها را افزایش می‌دهند نقاط پایانی تیزی را ارائه می‌دهند.

هر چند تیتراسیونهای غیر آبی ، اندازه گیری گونه‌ای را که در آب قابل تیتراسیون نیست، امکان پذیر می‌سازند، معایب چندی نیز در استفاده از آنها وجود دارد. معمولا حلالها ، گران و اغلب فرار و سمی‌اند. همچنین اکثر آنها ضرایب انبساط کاملا بزرگی دارند و کنترل بیشتری دمای واکنشگر برای جلوگیری از بروز خطاهای نامعین در اندازه گیری حجم لازم است.

اندازه گیری مواد معدنی

تعداد زیادی از گونه‌های معدنی را می‌توان توسط تیتراسیون با اسیدها یا بازهای قوی اندازه گیری کرد. بعنوان مثال ، نمکهای آمونیوم را می‌توان بسادگی با تبدیل به آمونیاک توسط باز قوی و سپس تقطیر در دستگاه کلدال اندازه گیری کرد. آمونیاک طبق روش کلدال جمع آوری و تیتر می‌شود. روشی را که برای نمکهای آمونیوم بیان شد، می‌توان برای اندازه گیری نیترات و نیتریت معدنی تعمیم داد.

تجزیه عنصری

تعدادی از عناصر مهم را که در سیستمهای آلی و زیستی دخالت می‌کنند، می‌توان به سهولت با روشهایی که در مرحله پایانی به یک تیتراسیون اسید و باز ختم می‌شوند، اندازه گیری کرد. عموما عناصری که قابلیت این نوع تجزیه را دارند، غیر فلزند و شامل کربن ، نیتروژن ، گوگرد ، کلر ، برم ، فلوئور و چند گونه نامتداول دیگرند. در هر مورد ، عنصر به یک اسید یا باز معدنی تبدیل و متعاقبا تیتر می شود.

بعنوان مثال ، نیتروژن در بسیاری از مواد با اهمیت در پژوهش ، صنعت ، کشاورزی یافت می‌شود. مثلا نیتروژن در اسیدهای آمینه ، پروتئینها ، داروهای سنتزی ، کودهای شیمیایی ، مواد منفجره ، خاک ، آبهای آشامیدنی و رنگها وجود دارد. پس روشهای تجزیه‌ای برای تعیین نیتروژن بویژه در مواد آلی از اهمیت بسیاری برخوردارند.

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 PH است.

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 بندرت 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.

بنابرین ، خوشبختانه ، محلولهای رقیق این واکنشگرها نسبتا بی‌خطرند و می‌توانند بدون احتیاطهای خاص بجز محافظت چشم ، در آزمایشهای شیمی تجزیه‌ای بکار برده شوند. محلولهای استاندارد بازی معمولا از هیدروکسید سدیم ، هیدروکسید پتاسیم و گهگاه از هیدروکسید باریم تهیه می‌شوند. مجددا ، هنگام کار با این واکنشگرها و محلولهای آنها باید همیشه چشمها محافظت شوند.

آب و املاح آن و برخی از کاتیونهای مهم موجود در آب:

 

آلومینیماین یون در آبهای طبیعی وجود ندارد اما بر اثر مصرف سولفات آلومینیم در مرحله انعقاد در فرایند تصفیه آب ( به منظور ته نشین کردن ذره های معلق و کلوئیدی ) یا بر اثر استفاده از ظرفهای آلومینیمی در آشپزخانه و تاثیر مواد غذایی بر آلومینیم ، در آب آشامیدنی یا مواد غذایی وارد میشود و هیچ گونه اثر بدی در سلامتی انسان ، حیوان و آبزی نمی گذارد . اگر مقدار آن از 5 میلی گرم در لیتر بیشتر باشد ممکن است طعم آب آشامیدنی را تغییر دهد.

3+ Fe (آهن)چون فلز آهن ( به صورت فولاد) در ساخت لوله های انتقال وتوزیع آب بکار میرود ، بخش عمده آهنی که در آبها وجود دارد ، بر اثر واکنش آهن با گازهای محلول در آب به ویژه گاز کلر و به صورت کلرید آهن (3+) ناشی می شود. بخش دیگر آن بر اثر نمکهای آهنی که برای انعقاد و ته نشین کردن مواد معلق و کلوئیدی در فرایند تصفیه آب بکار می رود ، در آب وارد می شود .البته برخی از باکتریها نیز ترکیبهای آهن دار در آب وارد می کنند.

وجود یونهای آهن در آب آشامیدنی ؛ هیچ دشواری بوجود نمی آورد و زیادی آن دفع می شود . افزون بر این در بیماری کم خونی ، بدن نیاز بیشتری به آهن دارد و آهن در تشکیل هموگلوبین خون که نقش اساسی در رساندن اکسیژن به خون و یاخته ها , دفع گاز دی اکسید کربن به وجود آمده از سوخت و ساز یاخته ها شرکت دارد.از این رو وجود آن به مقدار معین در آب ؛ لازمه تامین سلامتی و ادامه زندگی است . البته در برخی از صنایع مانند یخ سازی و کاغذ سازی و لباس شویی ، وجود ترکیبهای آهن سبب بوجود آمدن لکه های قهوه ای رنگی میشود که از اکسید شدن ترکیبات آهن در محیط قلیایی و تشکیل اکسید یا هیدروکسید آهن (3+) ناشی میشود.

2+Ba (باریم)

ترکیبهای باریم به مقدار جزئی در آبهای سطحی و زیر زمینی و مقدار بیشتر در برخی از آبهای معدنی طبیعی وجود دارد وبه صورت کلرید باریم در پسابهای صنعتی کارخانه ها تهیه ترکیبهای باریم وارد می شود. پس از نفوذ در منبع آب ، آنها را آلوده میکند و پس از وارد شدن در بدن ، رسوبهایی دربافتهای کبد ، طحال، رگ های خونی ، عصبی و قلب بوجود می آورد و سبب تحریک و انقباض ماهیچه های روده ، خونریزی دستگاه گوارش، گرفتگی رگ های قلب ، شدید شدن ضربان قلب و بروز بیماریهای قلبی میشود .

2+ Be (برلیــــم)

ترکیبهای برلیم در آبهای طبیعی وجود ندارد . بیشتر از سوختهای فسیلی به وِیژه زغال سنگ ، پساب کارخانه ها ، تهیه این عنصر و ترکیب های آن در نیروگاههای اتمی و صنایع فضایی بوجود می آید و سپس وارد آب می شود. حد مجاز آن در آب های آشامیدنی گزارش نشده است . مصرف آبی که دارای ترکیبهای برلیم است ، مسمومیت های شدید و مزمن و گاهی سرطان بوجود می آورد.

2+ Cu( مس)

ترکیبهای مس در آبهای طبیعی به مقدار اندک وجود دارد و بیشتر بر اثر پسابهای کارخا نجات استخراج مس و ترکیبهای آن , استفاده از لوله های مسی برای انتقال آب ؛ استفاده برخی از نمکهای مس مانند سولفات مس برای از بین بردن رشد جلبکها در مخزنهای ته نشینی در فرایند تصفیه آب و در استخرهای شنا و یا به عنوان آفت کش در کشاورزی در آبهای جاری راه پیدا میکند .

مقدار اضافی مس به طور عمده از بدن خارج میشود و یکی از عنصرهای ضروری برای تامین رشد است . به طوری که مقدار 1/. میلی گرم از آن در آبهای خوراکی برای بدن لازم است زیرا کاتیون مس در تشکیل هموگلوبین ، نقش کاتالیزگر را دارد . اما مقدار زیادی آن برای برخی از ماهیها مانند قزل آلا کشنده است . طعم و مزه آب را نامطبوع میسازدو سبب پیدایش لکه های سیاه روی لباسهای سفید ، موزاییک و ...میشود.

   و اما چند روش گند زدایی آب:

شاید این اتفاق هم واسه شما افتاده باشه که عید به مکانی برید که آبی با کیفیت مطلوب نداشته باشه و تصور میکنم کم و بیش از آشنا ترین روش یعنی جوشانیدن آب استفاده کردید.

گند زدایی به روش گرمایی

این روش شاید نخستین روشی بود که بشر برای گند زدایی آب آشامیدنی از آن استفاده میکرد. اما به دلیل پرهزینه بودن ، در مقیاس انبوه امروزه متداول نیست؛ بلکه در موردهای ویژه و فوری و برای مقدارهای کم , این روش مناسبی است. زیرا باکتریها در درمای حدود 70 درجه سانتیگراد از بین می روند. از این رو، اگر آب به مدت 5 تا 20 دقیقه جوشانده شود گند زدایی میشود.

از این روش در ارودگاهها و نیز زمانی که سیستم تصفیه و توزیع آب شهری دچار اشکال شود ، در منزل ها برای ضد عفونی کردن آب آشامیدنی در کوتاه مدت استفاده میشود.

 گندزدایی به روش شیمیایی:

الف) گند زدایی آب با استفاده از سولفات مس (2+)از سولفات مس (2+)آبدار یا کات کبود برای جلوگیری از رشد جلبک ها هنگام ذخیره آب تصفیه شده منبع ها استفاده میشود. برای این منظور 2 گرم از این نمک را باید به هر متر مکعب آب اضافه شود.

ب) گند زدایی با آب آهک

های 9.5 تا 11 میتواند باکتریهای PHآهک به میزان 1 گرم در 10 لیتر آب در زمان 6 تا 24 ساعت در بیماری زای موجود در آب را از بین ببرد. از این رو اگر ماده مناسب دیگری برای گند زدایی آب در دسترس نباشد به ویژه در اردوگاهها میتوان از آهک برای گند زدایی استفاده کرد.

و اما روشهای دیگر گند زدایی استفاده از ترکیبهای کلر و یا برم و یا استفاده از گاز اوزون و نقره و یا اشعه ماورای بنفش ( که خیلی کم قابل استفاده است)

برگرفته از کتاب اصول تصفیه آب و پسابهای صنعتی مولفان ( دکتر محمد کاظم رفوئی – دکتر محمد رضا ملاردی " اعضای هیات علمی دانشگاه تربیت معلم تهران")

درباره سختي موقت وسختي دايم آب

آب سخت
آبي كه در طبيعت وجود دارد تقريبا هميشه ناخالص مي‌باشد. زيرا كه اغلب داراي گچ ، آهك ، نمك طعام ، تركيبات منيزيم ، آهن ، اكسيژن و ازت ، انيدريد كربنيك ، تركيبات آلي و غيره است و مقدار اين اجسام در آبهاي مختلف متفاوت است. در آب اجسام ديگري مانند گل و لاي و غيره هستند كه معلق مي‌باشند و مقداري باكتري هم در آبها يافت مي‌شود.

تعريف آب سخت
آب سخت ، آبي است كه در آن كلسيم هيدروكربنات و منيزيم و گچ موجود باشد. اما به طور كلي: آب سخت آبي است كه داراي مقادير قابل توجهي از يونهاي +Fe2 يا + Ca2 يا + Mg2 باشد.
صابون معمولي در آب سخت كف نمي كند، زيرا اين يونها با آنيون صابون تشكيل رسوب مي دهد. آب سخت در ديگهاي بخار باعث ايجاد اختلال در كار مي شوند. آب داراي دو سختي است يكي موقت ديگري دائم .
سختي موقت به خاطر وجود كربناتهاي كلسيم و منيزيم و آهن مي باشد. براي از ميان بردن اين سختي آب را مي جوشانند تا به صورت كربنات رسوب كند به اين علت به آن سختي موقت گويند.
سختي دائم مربوط به ديگر املاح كلسيم و منيزيم مثل نمكهاي سولفات ها، كلريد يا نيترات آنهاست. درواقع تنها نمكهاي كربنات اين يونها با جوشاندن ته نشين مي شوند و ديگر نمكهاي اين يونها مانند نمكهايي با بنيان سولفات، كلريد و نيترات با جوشاندن از محلول خارج نمي شوند. اين نمكها در لوله هاي ديگهاي بخار ايجاد خوردگي مي كند. براي حذف اين گونه ها از روشهاي شيميايي استفاده مي شود.
به مجموعه سختي دائم و موقت سختي كل گفته مي شود
چون غلظت اين نمكها بسيار كم است از واحد m eqgram/lit كه معادل يك هزارم نرمال است استفاده مي شود. واحد رايج ديگر PPm است.

تغييرات سختي آب
بر حسب آنكه آب در موقع نفوذ در زمين از قشرهاي آهكي و منيزيمي و گچي گذشته و يا نگذشته باشد سختي آب كم يا زياد مي‌شود. آبهاي نواحي آهكي سختي زيادتري تا آبهاي نواحي گرانيتي و يا شني دارند. سختي آب در عرض سال هم ممكن است تغيير نمايد. معمولا سختي آبها در فصل باران كم و در فصل خشكي زياد مي‌شود.

فوايد آب سخت
آب سخت براي انسان مضر نيست بلكه مفيد است و معمولا شكستگي استخوانهاي آنهايي كه آب سخت مي‌آشامند زودتر بهبودي حاصل مي‌كند و بيماري راشيتيست كمتر در اين اشخاص ديده مي‌شود.

مضرات آب سخت
• آب سخت براي رختشويي و مصرف در كارخانجات مناسب نيست.
• آب سخت موجب از دست دادن طعم و مزه خوب چايي و قهوه مي‌شود.
• پخته نشدن حبوبات با آب سخت
• ضرر رساندن به جداره ديگهاي بخار و ايجاد قشر آهكي بر روي جداره ديگ
• خوب كف نكردن صابون و موجب افزايش مصرف صابون
• مزاحمت در هنگام شستن نسوج و دستها 

رفع سختي آب
• در تجارت تعداد زيادي مواد شيميايي براي رفع سختي آب به فروش مي‌رسد كه داراي كربنات سديم هستند. اين مواد را قبل از ورود آب در ديگها سختي آنرا مي‌گيرند و يا در ديگ بر اثر افزودن اين مواد آهك و گچ را رسوب مي‌دهند و ديگر اين رسوب محكم به جدار ديگ نمي‌چسبد بطوري كه مي‌توان آنرا به آساني پاك نمود.
• يكي از اجسام گيرنده سختي آب تري ناتريم فسفات Na3PO مي‌باشد كه با اسم آلبرت‌تري بكار مي‌رود.
• يون كلسيم موجود در آب بر اثر ناتريم فسفات تبديل به "تري كلسيم فسفات"Ca3(PO4)2 مي‌گردد و رسوب مي‌نمايد.
• بر اثر پختن بي‌كربنات كلسيم آب تبديل به كربنات مي‌شود و رسوب مي‌نمايد:

Ca3(PO4)2 --> CaCO3 + CO2+H2O

• و بي كربنات كلسيم آب بر اثر كربنات سديم هم گچ و هم بي‌كربنات كلسيم به كربنات كلسيم تبديل مي‌شود و رسوب مي‌گردد:

Na2CO3 + Ca(HCO3)2 --> Na(HCO3)2 + CaCO3

Na2CO3 + CaSO4 --> Na2SO4 + CaCO3
اخيرا به مقدار زياد از صمغ‌هاي مصنوعي كه قادرند تعويض يون كنند براي رفع سختي آب استفاده مي‌كنند. صمغ لواتيت در آلمان و آمبرليت و دووكس در آمريكا استعمال مي‌گردد.

درجه سختي آب
درجه سختي آب را از روي مقدار كلسيم و منيزيم موجود در آن تعيين مي‌كنند.
در آلمان اگر آبي ده ميلي گرم CaO در يك ليتر داشته باشد مي‌گويند درجه سختي آب يك است. در فرانسه اگر آبي در يك ليتر ده ميلي گرم كربنات كلسيم يا همسنگ آن كربنات منيزيم داشته باشد مي‌گويند كه يك درجه سختي دارد. در انگلستان اگر آبي ده ميلي گرم كربنات كلسيم و يا همسنگ آن كربنات منيزيم در 0.7 ليتر داشته باشد يك درجه سختي دارد.

براي تعيين سريع سختي آب كارخانه شيميايي واقع در آلمان قرصهايي ساخته است. در يك لوله آزمايش مخصوص و مدرج آب مورد آزمايش را تا خط نشان لوله پر مي‌‌نمايند و بوسيله معرفي كه همراه بسته قرصهاست رنگ اين آب را قرمز مي‌كنند و آگاه آنقدر از اين قرصها در آن مي‌اندازند تا رنگ آب سبز گردد. شماره قرصهاي ريخته شده در لوله آزمايش برابر درجه سختي آب مي‌باشد. دقت اين روش تا نيم درجه است.

پیروز و سربلند باشید.

شناساگرهای شیمیایی

 

شناساگرها ماده ای رنگی است که معمولا از مواد گیاهی گرفته می‌شوند و می‌توانند به شکل اسیدی یا بازی باشند . شناساگرها برای شناسایی اسیدها و بازها به ما کمک می‌کنند.

 

مقدمه

برای تعیین نقطه پایان در حین تیتر کردن از ترکیبات شیمیایی مشخص استفاده می‌شود که در نزدیکی نقطه تعادل در اثر تغییر غلظت مواد تیترشونده شروع به تغییر رنگ می‌کنند. این ترکیبات ، مواد رنگی شناساگر می‌باشند. به عبارتی دیگر ، شناساگرها ماده ای رنگی هستند که رنگ آنها در محیط اسیدی و قلیایی با هم تفاوت دارد.

 

کاربرد شناساگرها

یکی از ساده ترین راه تخمین کمی PH ، استفاده از یک شناساگر است. با افزودن مقدار کمی از یک شناساگر به یک محلول ، تشخیص اسیدی یا بازی بودن آن ممکن می‌شود. در صورت مشخص بودن PH، تغییر شناساگر از یک شکل به شکل دیگر ، با توجه به رنگ مشاهده شده ، می‌توان تعیین کرد که PH محلول کم‌تر یا بیشتر از این مقدار است. شیمیدان‌ها از این گونه مواد برای شناسایی اسیدها و بازها کمک می‌گیرند.

شناساگرهای زیادی وجود دارد که معروفترین آنها لیتموس (تورنسل) است که در محیط اسیدی ، قرمز ، در محیط بازی ، آبی و در حدود خنثی بنفش رنگ است. تغییر رنگ آن در نزدیکی PH برابر 7 رخ می‌دهد. در هر حال تغییر رنگ ناگهانی نیست. فنل فتالئین ، معرف دیگری است که بیشتر برای بازها قابل استفاده است. این ماده جامدی سفید رنگ است که در آزمایشگاه محلول الکلی آن را بکار می‌برند. این محلول در محیط اسیدی رنگ و در محیط قلیایی رقیق ارغوانی است.

می‌توان از آب کلم سرخ یا انواع گلهای سرخ مثل شقایق و رز سرخ نیز به‌عنوان یک شناساگر اسید و باز استفاده کرد. از آمیختن شناساگرهای مختلف با یکدیگر نوار کاغذی بدست می‌آید که با یک مقیاس رنگ مقایسه‌ای همراه است و برای اندازه گیری‌های تقریبی PH بطور گسترده کاربرد دارد.

 

انواع شناساگرها

دو نوع شناساگر داخلی و خارجی را معرفی می‌کنیم:

1.      شناساگر داخلی

اگر به محلول تیتر شونده ، چند قطره از یک شناساگر افزوده شود و پس از پایان عمل تغییر رنگ در محلول ایجاد شود، چنین شناساگری را شناساگر داخلی یا درونی نامند.

2.      شناساگر خارجی

در برخی حالات قبل از آن که نقطه پایان به ظهور برسد، بین شناساگر و محلول تیتر شونده یک واکنش صورت می‌گیرد و در این حالت نقطه پایان بسیار سریع پدیدار می‌شود، مثل تیتر کردن فسفات با استات اورانیل در حضور شناساگر فروسیانور پتاسیم ، فروسیانور پتاسیم با یونهای اورانیل قبل از رسیدن به نقطه پایان واکنش می‌دهد.

برای بدست آوردن نتیجه صحیح و خوب باید به دفعات لازم چند قطره از محلول بالای رسوب ( یا محلولی که پس از صاف کردن رسوب بدست می‌آید ) را در فاصله زمانهای مساوی ، روی یک قطعه کاغذ صافی با شناساگر سیانور پتاسیم آزمایش کرد. چنین شناساگری ، شناساگر خارجی نامیده می‌شود.

فاصله تغییر PH و تغییر رنگ برخی از شناساگرهای مهم اسید و باز که متداولند و جدول زیر آمده است:

نام متداول	فاصله تغییر رنگ PH	رنگ اسید	رنگ باز	نوع شناساگر
لیتموس (تورنسل)	8- 5/5	قرمز	آبی
آبی متیل	3/2- 2/1	قرمز	زرد
بنفش متیل	2- 0	زرد	بنفش
آبی تیمول	6/9-8	زرد	آبی	اسیدی
زرد متیل	4-9/2	قرمز	زرد	بازی
نارنجی متیل	4/4-1/3	قرمز	زرد	بازی
سبزبرموکرزول	4/5- 8 /3	زرد	آبی	اسیدی
قرمز متیل	3/6-2/4	قرمز	زرد	بازی
قرمز کلروفنول	4/6-8/4	زرد	قرمز	اسیدی
آبی برموتیمول	6/7-0/ 6	زرد	آبی	اسیدی
قرمزفنول	8-4/6	زرد	قرمز	اسیدی
قرمز خنثی	8-8/6	قرمز	زرد- نارنجی	بازی
ارغوانی کرزول	9-4/7	زرد	ارغوانی	اسیدی
فنل فتالئین	6/9-8	بی‌رنگ	قرمز	اسیدی
تیمول فتالئین	5/10-3/9	بی‌رنگ	آبی	اسیدی
زرد آلیزارین	12-1/10	زرد	قرمز	بازی

واکنشهای اکسایش و کاهش

اکسایش و کاهش همیشه همراه با هم در یک واکنش رخ می‌دهند.در این صورت، واکنش را واکنش اکسایش- کاهش می‌نامند. بعضی از واکنشهای اکسایش- کاهش در صنعت مفید است. مثلا استخراج آهن از سنگ معدن آن با ترکیب کردن سنگ معدن با منواکسید کربن در کوره بلند آهن انجام می‌شود. در این واکنش سنگ معدن آهن اکسیژن از دست می‌دهد و آهن تشکیل می‌شود و منواکسید کربن ، اکسیژن بدست می‌آورد و تبدیل به دی‌اکسید کربن می‌شود.

اکسایش و کاهش

اکسایش و کاهش فرایندهایی هستند که در بعضی واکنشهای شیمیایی رخ می‌دهند: وقتی که اکسیژن به ماده ای اضافه می‌شود، وقتی که ماده ای هیدروژن از دست می‌دهد و وقتی که ماده ای الکترون از دست می‌دهد.

کاهش ، عکس اکسایش است. این فرایند در سه حالت رخ می‌دهد: وقتی که ماده ای اکسیژن از دست می‌دهد، وقتی که ماده ای هیدروژن بدست می‌آورد و وقتی که مادهای الکترون بدست می آورد.

به عنوان مثال وقتی که منیزیم در هوا سوزانده می‌شود، این فلز با به دست آوردن اکسیژن و اکسیده شدن تبدیل به خاکستر می‌شود. این خاکستر اکسید منیزیم است.

استفاده از کاتالیزور

راه دیگری برای تغییر سرعت یک واکنش استفاده از کاتالیزور است. کاتالیزور ماده ای است که سرعت یک واکنش را تغییر می‌دهد، اما خود آن در پایان واکنش از نظر شیمیایی بدون تغییر می‌ماند. کاتالیزگرها معمولا واکنش را سریعتر می‌کنند. این مواد این کار را با فراهم کردن مسیر دیگری برای واکنش انجام می‌دهند، مسیری که نیاز به انرژی کمتری دارد.

به دلیل پائین آمدن «سد» انرژی ذرات بیشتری واکنش می‌کنند و واکنش سریعتر انجام می‌شود. کاتالیزگرها در تولید صنعتی مواد مختلف، مانند بنزین ، مارگارین ، آمونیاک اهمیت زیادی دارند. اکثر کاتالیزگرهای صنعتی فلز هستند و به شکل دانه های فلزاند. بعضی از کاتالیزگرها برای کند کردن واکنشها به کار می‌روند و بازدارنده نامیده می‌شوند.

نحوه انجام واکنش

برای اینکه یک واکنش شیمیایی رخ دهد، باید مواد واکنش‌دهنده با هم تماس یابند تا محصولات جدیدی را تشکیل دهند. هر چیزی که تماس بین ذرات واکنش‌دهنده را افزایش دهد، سرعت واکنش را زیاد می‌کند. این کار را به چند طریق می‌توان انجام داد:

1. با افزایش غلظت واکنش‌دهنده‌ها ، بطوری که ذرات بیشتری وجود داشته باشد. به این ترتیب ذرات به دفعات بیشتری به هم برخورد می‌کنند و بنابر این سریعتر واکنش می‌کنند و محصولات واکنش را تشکیل می‌دهند.
   
2. با افزایش فشار درون ظرف واکنش ، بطوری که ذرات به هم فشرده شوند و در نتیجه بیشتر به هم برخورد کنند.
   
3. با افزایش دمایی که واکنش در آن رخ می‌دهد. این کار به ذرات انرژی بیشتری می‌دهد، در نتیجه سریعتر حرکت می‌کنند و به دفعات بیشتری برخورد می‌کنند.
   
4. با افزایش مساحت رویه واکنش‌دهنده‌ها با شکستن فیزیکی آنها. این کار فرصت بیشتری را برای تماس و واکنش به واکنش‌دهنده‌ها می‌دهد.

انواع واکنشهای شیمیایی

بعضی از واکنشهای شیمیایی بسیار سریع، یعنی ظرف چند ثانیه رخ می‌دهند. بعضی دیگر از واکنشها بسیار کند هستند و تا هزاران سال به طول می‌انجامند (فساد یک جسد مومیایی شده باستانی نمونه ای از واکنشهای بسیار کند است).

چگونگی انجام یک واکنش شیمیایی

برای اینکه واکنش شیمیایی رخ دهد، باید پیوندهای بین اتمها و مولکولها شکسته شوند و به نحو دیگری تشکیل شوند. از آنجا که این پیوندها معمولا قوی هستند، اغلب برای شروع یک واکنش انرژی لازم است. این انرژی معمولا به شکل گرما است. مواد جدید (محصولات واکنش) خواص متفاوت با مواد اولیه (واکنش دهنده ها) دارند. واکنشهای شیمیایی فقط در آزمایشگاه رخ نمی‌دهند. این واکنشها دائما در اطراف ما در حال وقوع اند، مانند زنگ زدن اتومبیلها و پخته شدن غذا.

عضویت در وب

  با سلام

این وب به زودی کاربر خواهد گرفت.تا اطلاع ثانوی......