شیمی و آزمایشگاه شیمی

برترين مطالب با موضوع شيمي و آزمايشگاه شيمي

تهيه پرمنگنات پتاسيم از سنگ معدن پيرولوزيت

 

منگنز بصورت اکسيد فلزی در پوسته زمين فراوان است. پيرولوزيت (MnO2 )                                    هوسمانيت(Mn3O4)                                     

برای استخراج فلز، اکسيدهای آبدار را برشته کرده و سپس به وسيله کربن کاهش می دهد                                           . 

Mn3O4  +  4C                             3Mn + 4CO 

دمای بالا  

عمل کاهش به وسيله آلومينيوم انجام می گيرد. 

3Mn3O4  +  8Al                                 9Mn + 4 Al2O3 

فلز ناخالص را می توان به روش الکتروليز خالص كرد    

منگنز از نظر خواص شيميايی و فيزيکی شبيه به آهن و کروم است. فلزی است کاملا الکتروپوزيتيو، به آسانی در محلول رقيق اسيدهای غير اکسنده حل شده و هيدروژن آزاد می کند.                  

  Mn2+   2e-                                       Mn           Eº = 1.18 V

Mn + 2HCl                                        MnCl2 + H2            

Mn + H2SO4                                     MnSO4 + H2            

      Mn + 2H2SO4                                   Mn(NO3)2 + H2             

تعداد بسيار کمی از فلزات با اسيد نيتريک رقيق هيدروژن آزاد می کنند که منگنز يکی از آنهاست. منگنز در هوای مرطوب اکسيد می شود. در صورتيکه منگنز ناخالص باشد، آب را تجزيه کرده و هيدروژن آزاد می کند.                             

Mn + 2H2O                                    Mn(OH)2 + H2

 ترکيبات منگنز                        

اين فلز حالتهای اکسايش 0 تا 7+ و در برخی حالات حتی منفی را  دارد. منگنز در حالت اکسايش VII به صورت Mn2O7 ويون  MnO4- شناخته شده است.                             

هپتوکسيد منگنز (انيدريد پرمنگنيت)از افزايش پرمنگنات پتاسيم به اسيد سولفوريک غليظ و سرد به صورت مايع روغنی به رنگ قهوه ای جدا می شود.                                    

KMnO4 + H2SO4                Mn2O7 + K2SO4 + H2

Mn2O7 + H2O                     2HMnO4             

 پرمنگنات پتاسيم

از واکنش دی اکسيد منگنز با پتاس يا کربنات پتاسيم در مجاورت هوا يا ساير اکسنده ها مانند نيترات پتاسيم به دست می آيد. جامد حاصل منگنات پتاسيم سبز رنگ است که در آب حل شده و با عبور دی اکسيد کربن، کلر يا اوزون از محلول به پرمنگنات تبديل می شود.                 

3MnO42- + 2H2O                2KMnO4 + MnO2 + 2OH-

2MnO42- + Cl2                    2MnO4- + 2Cl-                    

 خواص پرمنگنات پتاسيم

رنگ يون پرمنگنات ارغوانی پر رنگ است. بلور پتاسيم پرمنگنات تقريبا سياه رنگ است. در آب محلول و ناپايدار است. د رمحيط اسيدی به آرامی تجزيه می شود و در محييهای خنثی و قليايی و در تاريکی تقريبا پايدار است.

1- عمل اکسيد کنندگی در محيط اسيدی، بازی و خنثی يک ماده اکسنده قوی است.                                 

(در محيط اسيدی)   MnO4- + 8H+ + 5e-            Mn2+ + 4H2O     Eº=1.51 V  

( د رمحيط بازی)MnO4- +2H2O + 3e-           MnO2 + 4OH-    Eº=1.23 V  

د رمحيط بازی قوی به يون منگنات سبز رنگ تبديل می شود. 

MnO4- +e-                                 MnO42-               

باز بسيار قوی  

Eº=0.56 V

MnO4- + 8H+ + 5Fe2+                         5Fe3+ + Mn2+ + 4H2O

2MnO4- + 5SO32- + 6H+ 2Mn2+ + 5SO42- + 3H2O

2MnO4- + 2SO2 + 2H2O  2Mn2+ + 5SO42- + 4H+

2MnO4- + 5NO2- + 6H+  2Mn2+ + 5NO3- + 3H2O

2MnO4- + 5AsO33- + 6H+ 2Mn2+ + 5AsO43- + 3H2O

2MnO4- + 5C2O42- + 16H+ 10CO2 + 2Mn2+ + 8H2O

2MnO4- + 5H2O2 + 6H+ 2Mn2+ + 5O2 + 8H2O  

  • اثر حرارت

پرمنگنات پتاسيم بر اثر گرمای شديد، به منگنات پتاسيم، دی اکسيد منگنز و اکسيژن تبديل می شود. 

2KMnO4                                  K2MnO4 + MnO2 + O2 

 شيمی منگنزII( d5)                                                       اين حالت اکسايش به صورت MnO ، Mn(OH)2 نمکهای سولفات، کلريد، کربنات ، نيترات و .....)وجود دارد.                    

1- MnO از کاهش MnO2 با هيدروژن به صورت پودر به رنگ خاکستری مايل به سبز به دست می آيد. اين اکسيد ماهيت قليايی دارد و به سهولت به Mn2O3 تبديل می شود.

2MnO + ½ O2                                     Mn2O3                           

2- Mn(OH)2 از افزودن هيدروکسيدهای قليايی بر محلول نمکهای Mn2+ به صورت رسوب سفيد رنگ ژلاتينی تشکيل می شود.     

Mn2+ + 2OH-                              Mn(OH)2 

ºC 250 

هوا

3- نمکهای منگنز(II) جزء پايدارترين نمکها به شمار می آيند. بجز کربنات و فسفات منگنز(II) بقيه نمکهای(II) در آب حل می شوند. کلريد منگنز(II) از واکنش HCl و MnO2 تهيه می شود.                       

MnO2 + 4HCl                               MnCl2 + Cl2 + 2H2

حرارت 

سولفات منگنز(II) را از حرارت دادن دی اکسيد منگنز با اسيد سولفوريک  بدست می آورند.                                 

2MnO2 + 2H2SO4                      2MnSO4 + O2 + 2H2O

يون Mn(II) کمپلکس هايی همانند [Mn(H2O)6]2+ ،Mn(NH3)6]2+  ،[MnCl2(H2O)2]2- و [MnCl6]4-تشکيل می دهد. منگنز(II) با سديم هيدروکسيد رسوب ژلاتينی Mn(OH)2  و با سولفيد آمونيم رسوب صورتی رنگ MnS می دهد.                              

Mn2+ + (NH4)2S                             MnS + 2NH4+

  •   شيمی منگنز(III)                                            
    منگنز در اين حالت اکسايش به صورت اکسيدهای مختلط، هگزا اکوئو منگنز(III) و فلوئوريد منگنز(III) وجود دارد. هنگاميکه اکسيد يا هيدروکسيدی از منگنز تا 1000 درجه حرارت داده شود ترکيب سياه رنگ Mn3O4 تشکيل می شود(MnIIMn2IIIO4 ).                    

Mn3+ + 2H2O                       Mn2+(aq) + MnO2 + 4H+

 شيمی منگنز VI (d1 )                            
    در اين خالت اکسايش فقط به صورت منگناتMnO42-  شناخته     شده است.                            

MnO2 + 2KOH + O                        K2MnO4 + H2

يون منگنات فقط در محلولهای خيلی قليايی پايدار است. در محلولهای اسيدی يا کمی قليايی تسهيم نامتناسب انجام می دهد              . 

3MnO42- + 4H+                     2MnO4- + MnO2 + 2H2O

+ نوشته شده در  جمعه 1387/07/19ساعت 3:19 PM  توسط م.ر. قیصری  | 

رنگدانه ها



تصویر

 

معمولا مواد رنگی را به دو دسته پیگمانها ( رنگدانه‌ها ) و رنگها طبقه‌بندی می‌کنند. رنگدانه با رنگ متفاوت می‌باشد. تفاوت آنها در این است که رنگ بایستی توسط ماده مورد رنگرزی جذب شود در حالیکه رنگدانه فقط سطح جسم را رنگی می‌کند. رنگدانه‌ها در آب نامحلول هستند. اما می‌توان آنها را مانند رنگدانه‌های مورد مصرف در نقاشی ، توسط حلال مناسبی به صورت سوسپانسیون در آورد.

اگر ساختمان شیمیایی رنگدانه را بتوان اندکی تغییر داد بطوری که در آب
انحلال پذیر گردد، در اینصورت ممکن است بتوان آن را به عنوان رنگ در رنگرزی مصرف کرد.

تاریخچه

پیدایش پیگمانهای جدید در طول زمان به کندی صورت گرفت. بعد از سنتز اولین رنگ مصنوعی توسط "ویلیام پرکین" در سال 1856 متعاقباً در اوایل قرن بیستم ، پیگمانهای مصنوعی آلی تهیه و به بازار عرضه شدند. این پیگمانها دارای اهمیت خاصی بودند، زیرا علاوه بر موارد استعمال پیگمانهای معدنی ( لاکها ، رنگهای روغنی ، صنعت چاپ و … ) در رنگرزی الیاف و منسوجات هم بکار می‌رفتند. یکی از مهمترین اکتشافات در مورد پیگمانهای آلی ، کشف پیگمانهای فتالوسیانین در سال 1935 توسط شیمیدانهای شرکت رنگرزان اسکاتلند بود.

رنگدانه‌ها

رنگدانه‌ها یا پیگمانها ، مواد جامد تزئینی هستند که در شکل و اندازه‌های مختلف در حلالهای مربوط به حالت معلق تهیه و بکار می‌روند و مشتمل بر مواد سیاه – سفید و رنگی بوده ، موارد استفاده زیادی در رویه زدن ، رنگرزی انبوه و دیسپرسیون در هوا دارند.

تصویر

انواع رنگدانه‌ها

معمولاً رنگدانه‌ها را براساس انواع شیمیایی به رنگدانه‌های معدنی یا آلی طبقه‌بندی می‌کنند، اما این رنگدانه‌های آلی یا معدنی می‌توانند طبیعی یا سنتزی باشند.

رنگدانه‌های طبیعی و مصنوعی

رنگدانه‌های معدنی طبیعی از پوسته زمین استخراج می‌شوند، خرد شده ، شسته شده ، از لحاظ اندازه درجه‌بندی می‌شوند. غالباً برای این رنگدانه‌های طبیعی ، معادل مصنوعی هم وجود دارد، یعنی رنگدانه از اجزاء دیگری در اثر یک فرآیند شیمیایی ساخته می‌شود. ظاهراً از نظر شیمیایی با نمونه طبیعی یکسان است، ولی اغلب خواص متفاوتی دارد و معمولاً به خاطر شکل بلوری مطلوبتر ، خلوص بیشتر و دانه‌بندی مطلوبتر ، مرغوبتر از نوع طبیعی می باشد.

رنگدانه‌های معدنی طبیعی که هنوز اهمیت دارند، از خانواده اکسید آهن می‌باشند که عبارتند از: گل اخرا ، گل ماشی (خاک سرخ) ، اخرای زرد ، اکسیدهای آهن قرمز زرد و سیاه.

رنگدانه‌های آلی

امروزه رنگدانه‌های آلی به مراتب بیشتر از رنگدانه‌های معدنی می‌باشند. بعضی از جدیدترین رنگدانه‌ها ساختمان آلی فلزی دارند. بیشتر رنگدانه‌های آلی ، مواد شیمیایی آلی هستند که روی یک هسته معدنی هیدروکسید آلومینیوم رسوب داده شده‌اند. از مهمترین رنگدانه‌های آلی می‌توان به گروه فتالوسیانین‌ها اشاره کرد که طیف رنگهای آبی و سبز را در بر می‌گیرند و فتالوسیانین مس ، رنگدانه آبی می‌باشد که به علت خواص مقاومتی خوب در برابر عوامل مختلف ، یک رنگدانه با ارزش به شمار می‌رود.

فتالوسیانین‌ها را از فتالیک و
اوره سنتز می‌کنند. رنگدانه‌های آلی ، به صورتی که امروزه در صنعت استفاده می‌شوند، در طبیعت یافت نمی‌شوند و تقریباً همه آنها سنتزی می‌باشند.

عمده‌ترین رنگدانه‌های معدنی

  • پیگمانهای سفید
  • پیگمانهای قرمز سرنج
  • شنگرف
  • پیگمانهای زرد و نارنجی CdS
  • پیگمانهای آبی
  • پیگمانهای لاجورد یا اولترامارین
  • پیگمانهای سبز Cr2O3

جدول مقایسه خواص رنگدانه‌های آلی و معدنی

خاصیت مرجع دلایل
درخشندگی و روشنی آلی جالبترین و روشنترین رنگها را فقط با رنگدانه‌های آلی می‌توان به دست آورد.
رنگهای سفید و سیاه معدنی خالص‌ترین رنگدانه سفید ، دی‌اکسید تیتانیوم ، براقترین و سیاهترین آنها کربن می‌باشد. جزء رنگهای معدنی طبقه‌بندی می‌شود. رنگدانه‌های سیاه و سفید آلی وجود ندارد.
غیر نفوذ کننده معدنی ترکیبات معدنی حلالیت ناچیزی در حلالهای آلی دارند.
مقاومت نوری معدنی پیوندهای ظرفیتی در ترکیبات معدنی در مقابلuv پایدارتر از پیوندهای ظرفیتی ترکیبات آلی هستند.
پایداری حرارتی معدنی ترکیبات آلی اندکی در دمای یا بالاتر پایدارهستند اغلب در دماهای پایین تجزیه شده یا ذوب می‌شوند.
عمل ضد خورندگی معدنی تمام رنگدانه‌های ضد خورنده معدنی هستند.


تصویر

کاربرد عمده پیگمانها

موارد استعمال عمده پیگمانها در لاکها ، رنگهای روغنی ، ورنی‌ها ، رنگهای سلولزی ، رنگهای پلاستیکی ، مرکبهای چاپ و رنگرزی کاغذ و تاسیسات آهنی می‌باشد. صنایع پوششی عمده‌ترین موارد استعمال پیگمانها می‌باشد. امروزه پوشش سطح وسایل فلزی و چوبی بناها ، وسایل نقلیه و … اهمیت فراوانی دارد زیرا این وسایل توسط رنگ از عوامل مختلف مثل هوا ، رطوبت و ترکیبات شیمیایی محافظت می‌شوند. در رنگ زدن اشیا به زیباتر شدن آنها کمک می‌کند.

رنگدانه‌ها ، مواد غیرمحلول معدنی و آلی هستند که بطور وسیع در پوششهای سطحی بکار می‌روند. این مواد در صنایع مرکب سازی ، پلاستیک ، سرامیک ، لاستیک و کاغذ سازی کاربرد دارد. رنگدانه‌ها بسته به رنگ و خواص ، کاربردهای فراوان دارند. رنگدانه‌های سفید ، یکی از پُر استفاده‌ترین رنگداانه‌ها هستند.

پیگمانهای سفید (رنگدانه‌های سفید)

رنگدانه‌های سفید بجز تیتان ، از قدیمی‌ترین رنگدانه‌های پوششی محسوب می‌شوند که امروزه مصرف تعدادی از آنها تقریبا منسوخ شده است، زیرا نوع جدیدتر و بهتری جانشین آنها شده است که به دی‌اکسید تیتان معروف است. بجز دی‌اکسید تیتان که مهمترین رنگدانه سفید است، رنگدانه‌های سفید سربی هم کم و بیش کاربرد دارند که از جمله آنها می‌توان به کربنات ، سولفات ، اکسید روی ، اکسید روی سربدار ، اکسید آنتیموان لیتوپن را نام برد.

دی‌اکسید تیتانیوم

دی‌اکسید تیتانیوم ، از مهمترین رنگدانه‌های سفید بوده ، به دو شکل بلوری آناتاز و روتایل پایدار وجود دارد. تقریبا تمامی مصرفی در رنگسازی از نوع روتایل است. آناتاز را با حرارت دادن در 700-950 درجه سانتی‌گراد می‌توان به روتایل تبدیل کرد. به صورت وسیع در سطوح خارجی و همچنین در لعابها مصرف می‌شود.

ترکیب رنگ سفید مصرفی درسطوح خارجی
20%
تالک 60%
میکا 20%

این بهترین فرمولاسیون برای جلوگیری از کج شدن و ترک خوردگی است، ضمنا رنگ دوام بیشتری خواهد داشت.

روش تهیه صنعتی رنگدانه سفید تیتانیوم

برای تهیه رنگدانه دو روش صنعتی مهم وجود دارد.


روش سولفات

فرآیند سولفات ، شامل واکنش بین اسید سولفوریک غلیظ و کانی ایلمنیت است. واکنش بسیار شدید است و بجز محصول اصلی مقدار زیادی ، و بخار آب تولید می‌شود که وقتی وارد جو شوند، موجب آلودگی هوا خواهند شد. بنابراین استفاده از تصفیه کننده در کارخانه‌ها ضروری است. از ضایعات دیگر این روش باز ، تولید اسید سولفوریک مصرف شده بدون برگشت آن به چرخه تولید می‌باشد.

فرایند اصلاح شده سولفات

در فرایند اصلاح شده با استفاده از اسید سولفوریک رقیق سعی شده است که آلوده کننده‌ها به حداقل برسند. واکنش نسبتا آهسته صورت می‌گیرد و مقدار بخار آب و اسید سولفوریک و اسیدهای گوگرد تولید شده کمتر است و اسید مصرفی دوباره به چرخه تولید برمی‌گردد.

تصویر

واکنشهای انجام گرفته در خط تولید

  • واکنش کافی (کانی ایلمنیت) با اسید سولفوریک و تولید این

  • هیدرولیز (که بستگی به کیفیت ، غلظت آن و PH محیط دارد) و تولید ،

  • با حرارت دادن دی‌اکسید تیتانیوم آبدار در 800_1000 درجه سانتی‌گراد ، پیگمان سفید دی‌اکسید تیتانیوم تولید می‌شود.

  • فرایند کلرید ، شامل روتایل (روتایل طبیعی یا سنتزی) و گاز کلرو کک می‌باشد. محصول به دست آمده در این فرایند ، تتراکلرید تیتانیوم است. برای خالص سازی آن را تقطیر کرده و تتراکلرید تیتانیوم خالص را با اکسیژن هوا در شعله‌ای با دمای 1500 درجه سانتی‌گراد اکسید می‌کنند (واکنش سوختن). دراین فرایند دانه‌های بسیار ریز دی‌اکسید تیتانیوم و گاز کلر ایجاد می‌شود. کلر تولید شده دوباره وارد چرخه تولید می‌شود.

کاربرد

تقریبا 50% این رنگدانه در صنعت رنگ سازی و لعاب سازی مورد استفاده قرار می‌گیرد. 23% آن در کاغذ سازی مصرف دارد. کاربرد مهم دیگر آن در صنعت پلاستیک‌سازی است

روشهای سنتز صنعتی رنگدانه سیاه

با توجه به کاربرد وسیع رنگدانه سیاه در صنعت ، امروزه روشهای مختلفی برای تولید آن ابداع شده است و قطر ذرات بدست آمده با توجه به نوع کاربرد متفاوت می‌باشد. سه روش اصلی برای تهیه این رنگدانه وجود دارد که عبارتند از:

فرایند کانالی

در این فرایند ، شعله گاز طبیعی وارد یک کانال آهنی به طول 20 الی 25 سانتیمتر می‌شود. دوده حاصل را از این کانال خارج می‌کنند. قطر ذرات بدست آمده با این روش 10 تا 300 نانومتر می‌باشد.

تصویر

فرایند دمایی ( Internal black proces )

در این روش گاز طبیعی در دمای 1100 تا 1650 درجه سانتی‌گراد ، به هیدروژن و کربن شکسته می‌شود. قطر ذرات بدست آمده در این روش 140 تا 500 نانومتر است.

فرایند کوره‌ای روغن

در این فرایند از روغنهای آروماتیک استفاده می‌شود. در بعضی موارد هم مشتقات قیر را بکار می‌برند. این فرایند در راکتور فولادی صورت می‌گیرد. باید توجه کرد که دوده بر روی فلزات خاصیت فعال‌کنندگی دارد، بنابراین برای جلوگیری از خوردگی فلزات ، آن را مستقیما روی فلز مصرف نمی‌کنند.


+ نوشته شده در  شنبه 1387/05/26ساعت 5:29 PM  توسط م.ر. قیصری  | 

تهيه پتاسیم متاپريدات و تعيين درصد خلوص آن

هدف از اين آزمايش تهيه پتاسیم متاپريدات با استفاده از پتاسیم يدات، پتاسیم پرسولفات، پتاسیم هيدروکسيد و نيتريک اسيد غليظ 1:1 و تعيين درجه خلوص آن با استفاده از سنجش مقدار I2 به وسيله پتاسیم تيوسولفات با نرماليته مشخص می باشد.

اکسی اسيدهای هالوژن دار فراوانی از قبيل HIO ، HIO3 ، HIO4 ، H5IO6 و H4I2O  وجود دارند. پريدات ها را از اکسايش يدات ها به وسيله هيپوکلريت در محلول های غليظ سديم هيدروکسيد تهيه می کنند و دی سديم پاراپريدات که انحلال پذيری بسيار کمی دارد و رسوب می کند.

 

2 Na+ + IO3- + OCl- + OH- + H2O    Na2H3IO6 + Cl-

 

پريديک اسید در محلول آبی به صورت يون چهار وجهی IO4- و همچنين به چندين شکل آب پوشيده وجود دارد. تعادل های اصلی در محلول های اسيدی عبارتند از:

 

H5IO6    H+  +  H4IO6-

 

H4IO6-    H+  +  H3IO6

 

H4IO6-    IO4-  +  2 H2O

 

در محلول های آبی پريديک اسید به صورت H5IO6 وجود دارد. بخش قابل توجهی از آنيون های يک ظرفيتی منفی، آب از دست داده و به شکل متا، يعنی IO4- در می آيد. نمونه های آب پوشيده اصطلاحاً اُرتوپريدات ناميده می شود. تعادل هايی که به pH بستگی دارند به سرعت برقرار می شوند.

 

متاپريديک اسيد را می توان در فلوئوريدريک اسيد بی آب، فلوئور دار کرد و فلوئور و پريديک به دست آورد.

 

HIO4 + F2    IO3F + HF + ½ O2

 

تترايدنانو اکسيد (I4O9) از واکنش بين ارتو فسفريک اسيد و يديک اسيد به دست می آيد و در اثر هيدروليز، به HIO3 و I2 تبديل می شود.

 

5 I4O9 + 9 H2O    18 HIO3 + I2

 

می توان گفت که ترکيب بايد به صورت يد(III) يدات، I(IO3)3 ، فرمول بندی شود. دی يدوپنتو اکسيد، I2O5 را می توان با گرم کردن يديک اسيد تا 20 °C تهيه کرد.

2 HIO3    H2O + I2O5

 

اين ترکيب غير فرّار بلورين می باشد و تا دمای 300 °C تجزيه نمی گردد. اين ترکيب عامل اکسنده قوی است و در تعيين کربن منو اکسيد در مخلوط های گازی به کار می رود.

I2O5 + 5 CO    I2 + 5 CO2

 

واکنش در دمای 70 °C کمی است و يد توليد شده را با روش های حجم سنجی استاندارد کنيد. I2O5 با آب و قليا واکنش می دهد و يون يدات (IO3)- توليد می کند. در حالت جامد، شواهد يک اتم اکسيژن به صورت پلی بين دو گروه IO2 را تائيد می کند.

 

 

ساختار H5IO6

H5IO6

 

H5IO6 در اثر گرما، آب از دست داده و ابتدا به پيروپريديک اسيد (H4I2O9) و سپس به پريديک اسيد (HIO4) و سرانجام به يديک اسيد تجزيه می شود.

 

2 H5IO6          H4I2O9          2 HIO4          2 HIO3 + O2

 

در محلول های قليايی پريدات دیمِر (دوپار) می شود.

 

2IO4- + 2OH-    H2I2O104-

 

پريديک اسيد اکسيدکننده قوی است. بنابراين برای اکسايش يون منگانو به پرمنگنات مناسب است. در واکنش، ممکن است اوزون آزاد شود ولی هيدروژن پراکسيد تشکيل نمی شود.

 

وسايل مورد نياز:

قيف، بشر 250 ml، ارلن 250 ml، بورت 250 ml، پيپت 10 ml، حمام آبی، استوانه مدرج، کاغذ تورنسل، ترازو، هیتر، کاغذ صافی، هم زن

 

مواد مورد نياز:

پتاسيم يدات (KIO3)، پتاسيم پرسولفات، پتاسيم هيدروکسيد (KOH)، نیتریک اسيد 1:1 (HNO3)، بوريک اسيد (H3BO3)، پتاسيم يديد (KI)، سدیم تيوسولفات 0.1 N (Na2S2O3)، کلريدريک اسید غليظ (HCl)، محلول چسب نشاسته، یخ

 

روش کار

1.25 gr پتاسيم يدات (KIO3) را در 15 ml آب مقطر گرم در يک بشر 250 ml حل کنيد. به آن 2 gr آمونیوم پرسولفات اضافه کنيد. 2.5 gr پتاسيم هیدروکسید دانه ای را دانه دانه اضافه کنيد و به آرامی هم بزنید. مخلوط را به مدت 20 min در حمام آب گرم قرار دهيد رسوب تشکيل شده (پتاسيم سولفات) را با افزایش 15 ml آب حل کرده و محلول را به دمای محیط (25-30°C) می رسانیم. پتاسیم دی فروپريدات به فرمول K4I2O9 تشکيل می شود. در صورت وجود مواد نامحلول، محلول را صاف کنيد.

 

محلول را در حمام يخ قرار دهيد و ضمن به هم زدن از طریق یک بورت به آن قطره-قطره نيتريک اسید 1:1 می افزاییم. (برای تهیه نیتریک اسید 1:1 حدود 10 ml آب مقطر و 10 ml نیتریک اسید را با هم ترکیب می کنیم). ادامه می دهیم تا رنگ کاغذ تورنسل قرمز شود.

سپس دوباره 1 ml از محلول نیتریک اسید اضافه کرده و رسوب سفید، پتاسیم متاپريدات (KIO4)، را به کمک قيف بوخنر جدا کنيد. پس از شستشو با کم ترین مقدار آب مقطرِ سرد، آن را در هوا خشک کنيد.

 

تعیین درصد خلوص پتاسیم متاپریدات

اسید های پریدیک جزء اکسنده های قوی و فعال می باشند. با استفاده از این خاصیت می توان میزان خلوص اسید تهیه شده را تعیین کرد. پریدیک اسید (HIO4) در محیط اسیدی بر اساس واکنش زیر تجزیه می شود:

 

IO4-  +  2 H+  +  2 I-    I2  +  IO3-  H2O

 

ید آزاد شده در واکنش را می توان با استفاده از یون سدیم تیوسولفات (Na2S2O3) سنجید. در محیط اسیدی یدات ایجاد شده مطابق واکنش زیر تجزیه می شود:

 

IO3-  +  5 I-  +  6 H+    3 I2  +  3 H2O

 

در این مرحله نیز می توان ید آزاد شده در واکنش را با استفاده از یون سدیم تیوسولفات (Na2S2O3) سنجید.

واکنش ید با تیوسولفات را می توان به صورت زیر در نظر گرفت:

 

2 S2O32-  +  I2    2I-  +  S4O62-

 

روش کار

دقیقاً 0.1 gr از نمک خشک، پتاسیم متاپریدات (KIO4)، را در ارلن مایر 250 ml در 100 ml آب مقطر حل کنيد. به آن 2 gr بوراکس (Na2B4O7) اضافه و بعد از حل شدنِ بوراکس، تا حد اشباع بوريک اسيد (H3BO3) اضافه کنيد. سپس 3 gr پتاسیم يديد (KI) افزوده و مجموعه را به مدت 5 min به حال خود بگذاريد. در اين مرحله پريدات به يدات و يديد به ید تبديل می شود. يد آزاد شده را به وسيله محلول تيوسولفات 0.1 N تیتر کنید تا آخرین نشانه رنگ زرد از بین برود. حجم تيوسولفات مصرف شده را يادداشت کنيد(v1).

برای کامل شدن واکنش به اين محلول 1 ml کلريدريک اسید غليظ اضافه کنيد تا يدات با يديد و کلريدريک اسيد ترکيب شده و يد آزاد شود. يد آزاد شده را مجدداً به وسيله محلول تيوسولفات 0.1 N بسنجيد. تيتراسيون را ادامه دهيد تا رنگ زرد از بين برود. حجم دوم را يادداشت کنيد(v2).

برای تيتراسيون از محلول چسب نشاسته به عنوان معرف استفاده کنيد.

با استفاده از حجم محلول تیوسولفات مصرف شده (V = v1 + v2) مقدار پتاسیم پریدات به دست می آید.

 

+ نوشته شده در  شنبه 1387/04/29ساعت 11:12 AM  توسط م.ر. قیصری  | 

تهيه اسيد بوريک از بوراکس و بررسی برخی از خواص آن

هدف از انجام اين آزمايش تهيه اسيد بوريک از بوراکس می باشد. ابتدا بوراکس را در آب گرم حل کرده و در مرحله بعد عمل خنثی سازی را با استفاده از اسيد کلريدريک انجام دهيد.

اسيد بوريک (اسيد ارتوبوريک) اسيدی بسيار ضعيف است که از بورات ها و يا هيدروليز هاليد های بور با هيبريداسيون sp2 به دست می آيد. اين اسيد به صورت بلور های سفيد سوزنی شکل است که در آن واحد های B(OH)3  از طريق پيوند های هيدروژنی به يکديگر متصل شده اند و لايه های نامحدودی (با فاصله 3.18Å) با تقارن تقريباً شش ضلعی تشکيل می دهند. این امر سهولت متورق شدن بلور ها را توجیه می کند.

 

B2O3  یک اکسید اسیدی است. زیرا اغلب اکسید نافلزات با آب واکنش می دهند و اکسی اسید تولید می کنند:

 

B2O3  +  H2O    H3BO3

 

اسيد بوريک در آب تا حدودی حل شده و انحلال پذيری آن با افزايش دما زياد می شود. اين اسيد تک بازی و ضعیف است و به عنوان پروتون دهنده عمل نمی کند بلکه به عنوان اسید لوییس (پذیرنده یون هیدروکسید) عمل می کند.

 

B(OH)3 + H2O    B(OH)4-  +  H+ (aq)               pk = 9.25

 

B(OH)4-  در غلظت های کمتر از M 025/0 فقط به صورت نمونه های يک هسته ای B(OH)3  و  B(OH)4- وجود دارند ولی در غلظت های بالاتر قدرت اسيدی افزايش می يابد و اندازه گيری pH مويد تشکيل نمونه های بسپار مانند است.

 

3 B(OH)3    B3O3(OH)4-  +  H+  +  2 H2O         pk = 6.84

 

در محلول های مختلف اسيد بوريک و بورات ها بسپار هايی مانند B3O3(OH)4-   را طبق معادله زير می دهند.

 

2 B(OH)3  + B(OH)4-     B3O3(OH)4- + 3H2O       pk = 110

 

به نظر می رسد که بسپار اصلی حلقوی باشد و وجود چنين حلقه هايی در بورات های متبلور مانند 2B2O3 و Cs2O محرز است.

 

از تعادل سريعی که بين اسيد بوريک نشان دار شده با اکسیژن - 18 و بورات ها انجام می شود، می توان نتيجه گرفت که در محلول تعادل به سرعت روی می دهد. اين ترکيب ها با پلی اولها مانند گليسرول و α  - هيدروکسی کربوکسيليک اسيد ها کمپلکس هايی به نسبت 1:1 تشکيل داده، قدرت اسيدی اسيد بوريک افزايش يافته و اندازه گيری مستقيم آن با سود (NaOH) امکان پذير می شود. گلیسرول یک ماده کمپلکس دهنده که اگر غلظت آن را کمتر کنیم تعداد کمپلکس های پایدار کمتر می شود و در نتیجه قدرت اسیدی بوریک اسید کمتر افزایش می یابد در نتیجه با حجم کمتری از سدیم هیدروکسید (NaOH) تیتر می شود.

 

بورات ها مشتق از سه اسید می شوند. اسید اورتوبوریک(H3BO3)  اسید پیروبوریک(H2B4O7)  اسید متابوریک(HBO2).

در اثر گرما در 100 تا 140 درجه سلسیوس اسيد بوريک به ترتیب به صورت زير تجزيه می گردد و در حرارت های بالاتر  B2O3  بدست می آید:

 

H3BO3      HBO2      H2B4O7      B2O3

 

وسايل مورد نياز:

قيف بوخنر، لوله آزمايش، کاغذ صافی، نوار کاغذ يونيورسال، اسپاتول، ميله چينی يا شيشه ای، بشر250 ميلی ليتری، کريستاليزور

 

مواد مورد نياز:

بوراکس، اسيد کلريدريک 25% ، اسيد سولفوريک غليظ، پودر منيزيم يا نوار منيزيم، معرف تورنسل، محلول نيترات نقره، متيل الکل، محلول سولفات مس، محلول سولفات آلومينيم

 

روش کار:

 

1) 12 گرم بوراکس را در ml 25 آب مقطر گرم حل کرده و محلول حاصل را با اسيد کلريدريک 25% خنثی کنيد. محلول را به آرامی سرد کرده و جسم بلورين حاصل را با استفاده از قيف بوخنر صاف کنيد. اسيد بوريک را بر روی کاغذ صافی خشک کنيد و محلول زيرين را جهت گرفتن مابقی اسيد، تغليظ نمائيد.

 

Na2B4O7 + 2HCl + 5H2O    4B(OH)3 (s) + 2NaCl

 

2) در یک بشر کوچک مقدار 1.8 گرم بوراکس را در 4 میلی لیتر آب جوش حل کرده و به آن 2 میلی لیتر اسید سولفوریک 3 مولار می افزاییم. مخلوط را به هم زده و در تشتک آب یخ قرار می دهیم. رسوب را صاف کرده و خشک می کنیم.

 

Na2B4O7 + H2SO4 + 5H2O    4B(OH)3 (s) + Na2SO4

 

شناسايی

1- مقداری از بلور های اسيد بوريک را در آب گرم حل کرده و محلول را به سه لوله آزمايش منتقل نمائيد. سپس به داخل يکی از لوله آزمايش ها 5-3  قطره محلول تورنسل خنثی اضافه کنيد و تغيير رنگ محلول را مشاهده نمائيد. تکه ای از کاغذ يونيورسال را در داخل لوله آزمايش دیگر به مدت چند ثانيه نگهداريد. رنگ آن را با رنگ استاندارد مقايسه کنيد و pH  اسيد بوريک را حدس بزنيد.

 

2- ميله ای شيشه ای و يا از جنس چينی را در شعله حرارت دهيد. ميله داغ را در پودر اسيد بوريک وارد کنيد و مجدداً روی شعله بگيريد و تغيير رنگ شعله را به دقت مشاهده کنيد.

 

3- چند عدد از بلور بوراکس، Na2B4O7  را در داخل يک بوته چينی قرار داده و روی آن 3-2 قطره اسيد سولفوريک غليظ بريزيد. سپس 6-5  قطره متيل الکل به مخلوط اضافه کنيد و مخلوط را با يک ميله شيشه ای خوب بهم بزنيد و ميله شيشه ای را روی شعله بگيريد. نور حاصل از تری متيل بورات B(OCH3)3  و همچنين رنگ شعله را مشاهده کنيد.

 

4- چند قطره از محلول اشباع بوراکس را در سه لوله آزمايش بريزيد. در لوله آزمايش اول محلول نيترات نقره، در دومی محلول سولفات مس و در سومی محلول سولفات آلومينيم بريزيد. به رنگ رسوب ها توجه کنيد. رسوب های حاصل به ترتيب متابورات نقره، نمک مس Cu(OH)BO2 و هيدروکسيد آلومينيم است.

 

سنجش اسید بوریک

0.5 گرم اسد بوریک را وزن کرده در بالون ژوژه با آب مقطر به حجم 100 میلی لیتر می رسانیم. 10 سی سی برداشته و 30 سی سی گلیسیرین 1 مولار به آن اضافه کنید و با سود 0.1 نرمال تیتر نمایید.

+ نوشته شده در  شنبه 1387/04/29ساعت 11:2 AM  توسط م.ر. قیصری  | 

تهيه یک نمک مضاعف و یک کمپلکس

تهيه یک نمک مضاعف و یک کمپلکس و مقایسه آنها و تهیه زاجها و بررسی رشد بلورهای آنها

 

هدف از انجام اين آزمايش تهيه نمک مضاعف سولفات آمونيم مس(II) و نمک مضاعف سولفات آمونيم نیکل(II) و کمپلکس تترا آمين مس(II) و مقايسه پاره ای از خواص نمک ساده، نمک مضاعف و نمک کمپلکس و همچنین تهيه زاج های کروم، آلومينيوم و آهن با استفاده از واکنشگر های  لازم و بررسی رشد بلوری آن ها می باشد.

 

در کمپلکس ها پيوند بين فلز و گروه های غير فلزی دهنده الکترون (ليگاند) از نوع پيوند کئورديناسيون می باشد. ليگاند ها را بسته به تعداد اتم کئوردينانس شونده، به ليگاند های يک دندانه، دو دندانه و... تقسيم می کنند. ليگاند های کی ليت دهنده می توانند همزمان از بيش از يک موقعيت به فلز متصل شوند. کی ليت ها کمپلکس هايی پايدارند و حلقه های 5 و 6 عضوی آن ها پايدارتر هستند.

 

Fe(CN)2  +  4 KCN    K2Fe(CN)6

 

AgCl  +  2 NH3    Ag(NH3)2Cl

 

پتاسيم هگزا سيانو فرات(II) در آب حل شده و محلولی را می دهد که هيچ نوع واکنش مشخص کننده يون Fe2+ ندارد، زيرا اين يون در محيط آزاد نيست و به صورت [Fe(CN)6]4- وجود دارد. اين يون يک يون کمپلکس است.

 

يک دسته معمول از نمک های مضاعف، زاج ها هستند که در حقيقت سولفات مضاعف پتاسيم و آلومينيم هستند.(KAl(SO4)2,12H2O)

 

در کمپلکس اوربيتال ليگاند انرژی کمتری از اوربيتال فلز دارند، در نتيجه پيوند ها تا حدودی خصلت يونی دارند و اوربيتال های مولکولی پيوندی به اوربيتال های گروه ليگاند شبيه ترند.

 

کمپلکس ها به دو نوع کمپلکس های ورنر (کمپلکس هايی که خصلت يونی بيشتر دارند) و کمپلکس های کربونيل فلز و آلی فلزی (پيوند فلز- کربن و بيشتر خصلت کووالانسی دارند) دسته بندی کرده اند.

 

ساختار هایی که در آن مولکول های یک ماده در درون شبکه ای از مولکول های ماده دیگری به دام می افتند را کلاترات می گویند. کلاترات شدن یک مولکول به اندازه آن مولکول بستگی دارد. فرایند تشکیل کلاترات را می توان ناشی از بر هم کنش بین مولکول های میزبان و میهمان در نظر گرفت.

 

زاج ها نوعی نمک های مضاعف هستند. نمک های مضاعف در اثر تبلور همزمان دو نمک با هم به نسبت مولی ساده به وجود می آيند. شکل و سیستم بلوری نمک مضاعف با شکل بلوری دو نمک سازنده يکی است. واحدهای بلوری زاج ها لزومی به شباهت با نمک های سازنده ندارند. در ساختمان زاج دو کمپلکس و نمک های مضاعف يک کمپلکس با يک نمک ساده وجود دارند.

 

پايداری کمپلکس ها وابسته به نوع فلز مرکزی (عدد اکسايش، شعاع) و ليگاند (قدرت نوکلئوفيلی، ممانعت فضايی و الکتروستاتيکی و کی ليت سازی) می باشد.

 

زاج ها دارای فرمول عمومی MIMIII(SO4)2,12H2O هستند. فلز يک ظرفيتی می تواند پتاسيم(K)، روبيديم(Rb)، سزيم(Cs) و آمونيوم(NH4+)، و فلز سه ظرفيتی کبالت(III)، آهن(III)، کروم(III)، آلومينيوم(III)، تيتانيم(III) و اسکانديم(III) است.

 

پايداری زاج ها وابسته به اندازه يون های فلزی است. يون های يک ظرفيتی می توانند زاج های پايداری را تشکيل دهند، ولی هر قدر يون سه ظرفيتی بزرگتر باشد، از پايداری زاج کاسته می شود. دو کمپلکس تشکيل دهنده زاج از طريق يون های سولفات به هم متصل می شوند. (هيبريد فلزات sp3d2 و يا d2sp3 می باشد.)

 

روش های جداسازی کمپلکس ها از محلول:

 

1- تبخير حلال و سرد کردن محلول تغليظ شده (تبلور)

2- استخراج با حلالی که کمپلکس را در خود حل نمی کند.

3- اگر کمپلکس کاتيونی باشد با افزودن آنيون مناسب، نمک نامحلول را می توان جدا کرد. برای کمپلکس آنيونی از کاتيون مناسب استفاده می کنيم.

برای تهيه کمپلکس ها بايستی از خواص فلز و ليگاند آگاهی کامل داشت. نحوه واکنش فلز و ليگاند ها از قواعد ترموديناميک، ممانعت فضايی، فشار الکتروستاتيک و بسياری ديگر از پارامتر ها متأثر خواهد بود.

 

A) تهيه نمک های مضاعف

 

وسايل مورد نياز:

شيشه ساعت، لوله آزمايش، بشر 250 ml ، قيف، پيپت، کاغذ صافی، کاغذ تورنسل

 

مواد مورد نياز:

سولفات مس(II) 5 آبه، سولفات آمونيم، محلول آمونياک، اتانول، آمونياک 6 نرمال

 

روش کار

 

* تهيه نمک مضاعف سولفات آمونیوم مس(II)

 

0.2 گرم سولفات مس(II) 5 آبه را در 5 ml آب مقطر داغ حل کرده و به آن 0.1 گرم سولفات آمونيم اضافه کنيد. آن را با حرارت تغليظ کرده و روی ظرف را با شيشه ساعت پوشانده و در جای مناسبی نگه داريد. بعد از ته نشينی بلور ها، مايع بالايی را به آرامی سر ريز کرده و در نهايت بلور ها را جدا کنيد.

 

CuSO4.5H2O + (NH4)2SO4    (NH4)2Cu(SO4).6H2O

 

* تهیه نمک مضاعف سولفات آمونیوم نیکل(II)

 

2.25 گرم سولفات نیکل(II) را در 15 میلی لیتر آب مقطر داغ حل کنید. 1.5 گرم سولفات آمونیوم را به آن اضافه کنید محلول را گرم کنید و کاملاً به هم بزنید به طوری که تمام مواد با افزودن مقداری آب مقطر حل شوند. محلول را برای بلور گیری کنار بگذارید.

 

* تهيه کمپلکس تتراآمين مس(II)

 

2.5 گرم سولفات مس(II) 5 آبه را کاملاً سائیده و در 5 ml آب مقطر حل کرده (در یک بشر 50 ml) و به آن 10 ml آمونياک غلیظ بيافزائيد تا رسوب Cu(OH)2 کاملاً در آمونياک حل شود. 10 ml اتانول به محلول اضافه کرده تا سطح محلول کاملاً با اتانول پوشیده شود. روی بشر را با یک شیشه ساعت بپوشانید و محلول را به مدت 24 ساعت در محلی قرار دهيد. بلور ها را صاف کرده با کمی الکل شستشو دهيد. بعد آن ها را روی کاغذ صافی خشک کنيد.

 

CuSO4.5H2O  +  4 NH3    [Cu(NH3)4](SO4),H2O  +  4 H2O

 

مقايسه برخی از خواص نمک ساده، نمک مضاعف و نمک کمپلکس

 

1- 500 ميلی گرم سولفات مس 5 آبه را در يک لوله آزمايش حرارت دهيد.(رنگ سفيد) 2-3 قطره آب به آن افزوده و تغيير رنگ را مشاهده کنيد. سپس 5 ml آمونياک 6 مولار را به آن افزوده و تغييرات را مشاهده کنيد. (ابتدا هيدروکسيد مس(II) و سپس کمپلکس تتراآمين مس(II) تشکيل می شود.)

 

2- مقداری از نمک مضاعف تهيه شده در آزمايش قبل را در 5 ml آب حل نمائيد. به روش مشابه محلول کمپلکس تهيه کنيد. رنگ دو لوله آزمايش را مقايسه کنيد. سپس هر دو لوله آزمايش را با 20 ml آب مقطر رقيق کرده و تغييرات را مشاهده نمائيد. (فقط در يکی از آن ها رسوب هيدروکسيد مس آبی رنگ ظاهر می شود.)

 

3- مقدار کمی از نمک ها را جداگانه در لوله آزمايش ريخته و به ملايمت حرارت دهيد. تغييرات رنگ را مشاهده نمائيد. گازی که از آن ها خارج می شود را به کمک کاغذ تورنسل شناسايی کنيد.(آمونياک، آب و تری اکسيد گوگرد خارج می شود و اکسيد مس(II) سياه رنگ به وجود آمده که در نهايت به اکسيد مس(I) قرمز رنگ تبديل می شود.

 

B) تهيه زاج ها

 

وسايل مورد نياز:

چراغ گاز بونزن، بشر 250 ml، کوره الکتريکی، قيف بوخنر، اتوکلاو، تشتک بلوری، شيشه ساعت، کروزه چينی يا پلاتينی، همزن مغناطيسی

 

مواد مورد نياز:

دی کرومات پتاسيم، اسيد سولفوريک غليظ، اتانول، سولفات آهن(II) بلوری، سولفات آمونيوم، اسيد سولفوريک 1 N، اسيد نيتريک غليظ، سولفات آلومينيم آبدار، سولفات پتاسيم، اسيد کلريدريک، تيوسيانات پتاسيم يا آمونيوم، سود، استات آمونيوم، معرف آلومينون، سنگ معدن آلونيت، پتاس 4 N

 

روش کار

 

* تهيه پتاسيم(I) کروم(III) سولفات 12 آبه (زاج کروم)

 

اين ترکيب به نام زاج کروم معروف است. مقدار 3 gr پتاسيم دی کرومات را در 30 ml آب مقطر حل کنيد. در حال هم زدن با افزودن 3.6 ml اسيد سولفوريک غليظ آن را به وسيله 2.5 ml الکل (اتانول) که به آرامی به محلول اضافه می شود در سرما احيا کنيد.(دمای محلول نباید از 50°C تجاوز کند.) مخلوط را در جايی ساکن جهت گرفت بلور های زاج نگهداريد. بلور ها را جدا و بازده را بدست آورید.

 

* تهيه پتاسيم(I) آلومينيم(III) سولفات 12 آبه (زاج آلومینیوم)

 

5 گرم سولفات آلومينيوم آبدار را در 30 ml آب مقطر حل کنيد. مقدار مناسبی از سولفات پتاسيم را در مقدار مناسب آب گرم حل کرده تا محلول سير شده ای بدست آيد. اين محلول را به محلول سولفات آلومينيم اضافه کنيد. محلول را به هم بزنید. با سرد کردن تدريجی محلول حاصل، بلور زاج آلومينيم تشکيل می شود. پس از 24 ساعت بلور ها را جدا کنید و بازده را محاسبه نمایید.

 

* تهيه آمونيوم(I) آهن(III) سولفات 12 آبه (زاج آهن)

 

مقدار 3.16 گرم سولفات فرو متبلور (آهن(II) سولفات آبدار) و 1.5 گرم سولفات آمونيوم را در 10 ml اسيد سولفوريک 1 N حل کرده، چند قطره اسيد نيتريک غليظ به آن اضافه کنيد. محلول را روی حمام آب تا نزدیک نقطه جوش گرم کنید. آهن(II) در اثر گرما و حضور اسيد نيتريک به آهن(III) اکسيد شده و بلور های زاج آهن با سرد کردن تدريجی ظاهر می شوند. بلور های تشکیل شده را بعد از 48 ساعت صاف کرده و بازده عمل را بدست آورید.

 

+ نوشته شده در  شنبه 1387/04/29ساعت 11:0 AM  توسط م.ر. قیصری  | 

تهیه آب اکسیژنه

تهیه آب اکسیژنه و بررسی برخی از خواص آن

هدف از این آزمايش تهیه آب اکسیژنه به وسیله اسیدی کردن پراکسید های فلزات قلیایی یا قلیایی خاکی، بررسی رفتار آن در مقابل برخی واکنش گرها و اندازه گیری ارزش حجمی و وزنی آب اکسیژنه به وسیله تیتراسیون با محلول پرمنگنات 0.1N می باشد.

اولین بار آب اکسیژنه به وسیله آقای تنارد در سال 1818 تهیه شد. وی با اسیدی کردن پراکسید باریم و خارج کردن آب اضافی از طریق تبخیر در خلاء موفق به تهیه آب اکسیژنه شد.

پراکسید مشتقات پراکسید هیدروژن است که در آن به جای هر هیدروژن يک فلز يک ظرفیتی و یا دو ظرفیتی وجود دارد. پراکسید فلزات قلیایی و قلیایی خاکی به ترتیب دارای فرمول M2O2 و MO2 می باشند.

 

پراکسید ها به دو دسته تقسیم می شوند:

1) پلی اکسید ها که با اسيد سولفوريک تولید اکسیژن می کنند.

2) هیپراکسید ها که با اسيد سولفوريک رقیق تبدیل به آب اکسیژنه می شوند. به این دسته نمک های آب اکسیژنه می گویند.

از موارد استفاده آب اکسیژنه می توان به اثر سفید کنندگی در الیاف سلولزی و پارچه ها، ضدعفونی کنندگی و همچنین تولید برخی از مواد شیمیایی اشاره کرد.

آب اکسیژنه خالص تقریباً بی رنگ و در برخی موارد آبی کم رنگ به نظر می آید. دمای ذوب و جوش آن به ترتیب -89°C  و  150°C می باشد. در 20°C در حالت مایع دارای دانسیته 1.438 است. در آب و الکل و اتر به هر نسبتی حل می شود. درجه اکسیداسیون اکسیژن در آب اکسیژنه برابر 1- است. معمولاً پراکسید هیدروژن به صورت محلول 6% ، 12% و یا 30% آن بیان می گردد که معمولاً به صورت پراکسید هیدروژن 20 حجم، 40 حجم و یا 100 حجم نیز گفته می شود. ثابت دی الکتریک آب اکسیژنه بالا می باشد. مایع خالص آن در دمای 25°C ، ε=93  و محلول آبی 60% آن ε=120  می باشد. بنابراین ترکیب جزء حلال های یونی کننده خیلی خوبی هستند ولی به علت قدرت اکسید کنندگی زیاد و نا پایداری، قدرت حل کنندگی آن ها محدود است. محلول مایع آب اکسیژنه به مرور طبق واکنش زیر به آب و اکسیژن تبدیل می شود.

 

2 H2O2    O2 + 2 H2O

 

در غیاب کاتالیزور سرعت تجزیه آب اکسیژنه بسیار ملایم است ولی در مقابل فلزاتی چون Pt ، Ag و یا ترکیباتی چون MnO2 واکنش شدت می گیرد و به همین دلیل آب اکسیژنه را در ظروف غیر فلزی همراه با یک پایدار کننده مانند اوره نگهداری می کنند. برای پایدار کردن، آن را با موادی از قبیل اسيد فسفریک، اسيد سیتریک و گلیسرول که خاصیت ضد کاتالیزوری دارند، مخلوط می کنند. خاصیت اکسید کنندگی آب اکسیژنه به علت سهولت آزاد شدن يک اتم اکسیژن فعال است.

 

H2O2    O + H2O

 

آب اکسیژنه به صورت یک اکسید کننده و یا احیا کننده در محیط های اسیدی و بازی می تواند به کار رود.

 

احیا کننده در محیط اسیدی:

2KMnO4 + 3H2SO4 + 5H2O2    K2SO4 + 2MnSO4 + 8H2O + 5O2

 

اکسید کننده در محیط اسیدی:

2 [Fe(CN)6]4- + H2O2 + 2 H+    2 [Fe(CN)6]3- + 2 H2O

 

احیا کننده در محیط بازی:

2[Fe(CN)6]3- + H2O2 + 2OH-    2[Fe(CN)6]4- + 2H2O + O2

 

اکسید کننده در محیط بازی:

Mn2+  +  H2O2    Mn4+  +  2 OH-

 

سولفور سرب سیاه رنگ در سرما تحت اثر H2O2  به سولفات سفید رنگ تبدیل می شود.

 

4 H2O2    4 O + 4 H2O

 

PbS  +  4 O    PbSO4

 

طرز شناسایی آب اکسیژنه

 

1) یدید پتاسیم را در مجاورت پراکسید هیدروژن اسیدی قرار داده و يد حاصله را با محلول استاندارد تيوسولفات تیتر می کنند.

 

2 KI  +  H2SO4  +  H2O2    K2SO4  +  I2  +  2 H2O

 

2) از افزایش محلول آن به دی اکسید تیتانیوم در مجاورت اسيد سولفوريک، رنگ مربوط به پراکسید تيتانيوم مشاهده می شود.

3) با محلول اسيد کرومیک یا محلول اسیدی بی کرومات رنگ آبی تیره تولید می شود.

 

روش تهیه آزمایشگاهی آب اکسیژنه

 

پراکسید هیدروژن را می توان از اثر اسيد سولفوريک رقیق بر پراکسید سدیم یا پراکسید باریم (BaO2.8H2O) در دمای پایین تهیه کرد.

 

H2SO4  +  BaO2    BaSO4  +  H2O2

 

در تهیه نمک های باریم از باریت ها (BaSO4) مقداری BaO به دست می آید که در اثر حرارت در هوا اکسید می شود و به پراکسید باریم تبدیل می شود. پراکسید باریم با اسيد فسفریک نیز تولید آب اکسیژنه می کند.

 

BaO2  +  H3PO4    BaHPO4  +  H2O2

 

فسفات باریم نا محلول از آن جدا می شود و محلول آبی آب اکسیژنه به دست می آید که به وسیله تقطیر در فشار کم می توان آن را تغلیظ کرد. از عبور گاز دی اکسید کربن در محلول پراکسید باریم نیز آب اکسیژنه بدست می آید.

 

BaO2  +  H2O  +  CO2    BaCO3  +  H2O2

 

روش دیگر بر اساس روش مرک می باشد که در آن پراکسید سدیم با اسيد سولفوريک 20% در دمای پایین واکنش داده و بعد از خارج کردن سولفات سدیم متبلور (Na2SO4.10H2O) بعد از تغلیظ آب اکسیژنه با غلظت 30% بدست می آید.

 

Na2O2  +  H2SO4  +  10H2O    Na2SO4.10H2O  +  H2O2

 

روش تهیه صنعتی آب اکسیژنه

 

فرایند خود اکسایش: يکی از مشتقات آنتراکینون بر اثر واکنش با هیدروژن در مجاورت کاتالیزگر پالادیم به آنتراهيدروکينون تبدیل می شود. با عبور هوا از این ماده، محلول پراکسید هیدروژن 20% وزنی به دست می آید.

روش الکتروليز: از الکتروليز محلول اسيد سولفوريک 50% وزنی یا محلول اسيد سولفوريک و سولفات گمونم با شدت جریان زیاد، پراکسو دی سولفات (و در نهایت از هیدرولیز آن پراکسید هیدروژن) در آند و هیدروژن در کاتد بدست می آید.

 

H2SO4    H+  +  HSO4-

 

2 HSO4-    H2S2O8  +  2 e-

 

H2S2O8  +  H2O    H2SO5  +  H2SO4

 

H2SO5  +  H2O    H2SO4  +  H2O2

 

پراکسید هیدروژن را در دمای بالا و فشار کم جداکرده و پس از تغلیظ سازی، محلول 30%  وزنی بدست می آید.

 

ارزش حجمی پراکسید هیدروژن

 

قدرت پراکسید هیدروژن (ارزش حجمی) عبارت است از حجم اکسیژن که در شرایط متعارفی از يک حجم پراکسید هیدروژن آزاد می شود. مثلاً اگر 10gr پراکسید هیدروژن در شرایط متعارفی تولید 200ml اکسیژن کند، ارزش حجمی این محلول 20 خواهد بود. ارتباط ارزش حجمی پراکسید با نرمالیته آن به صورت زیر می باشد.

6/5 a = N ×

که در آن a ارزش حجمی و N نرمالیته می باشد.

 

روش کار:

مقدار 1gr  از  BaO2  را در یک بشر بریزید و مقدار  2.5ml  آب مقطر سرد شده به آن اضافه کنید و خوب به هم بزنید تا به صورت خمیر درآید و آن را در یک تشتک قرار دهید. مقدار  2ml  سولفوريک اسید 4N  را در یک بشر ریخته و آن را نیز در یک تشتک آب یخ قرار دهید. در این هنگام بشر حاوی اسید را به بشر دیگر اضافه کنید و در همان تشتک یخ بگذارید بماند  و خوب به هم بزنید. به دلیل این که واکنش گرما زا است اسید را به ملایمت و کم کم به اکسید باریم اضافه نمایید و پس از هر بار اضافه کردن بایستی مکث کرد تا درجه حرارت مخلوط به صفر برسد. سپس رسوب حاصله را با کاغذ صافی صاف نموده و با 10ml آب مقطر بشویید. محلول زیر صافی آب اکسیژنه است.

 

BaO2 + H2SO4    H2O2 + BaSO4

 

اندازه گیری پراکسید هیدروژن:

یک روش خوب برای اندازه گیری پراکسید هیدروژن استفاده از پرمنگنات در محیط اسیدی است.

 

2MnO4- + 5H2O2 + 6H+    2Mn2+ + 5O2 + 8H2O

 

در اندازه گیری پراکسید هیدروژن به وسیله پرمنگنات باید مراقب باشیم تا دی اکسید منگنز به وجود نیاید. زیرا  MnO2  به صورت کاتالیزور عمل کرده و پراکسید هیدروژن را تجزیه می کند. جهت رفع این مشکل باید محلول به حد کافی اسیدی باشد و همچنین پرمنگنات را خیلی آهسته به محلول پراکسید هیدروژن اضافه نمود. در صورتی که محلول پرمنگنات خیلی رقیق باشد و یا محلول  H2O2  رنگی باشد در این صورت از معرف  Ferrion  استفاده می گردد. برای تهیه این معرف مقدار  0.6gr  از  FeSO4.5H2O  را با  1.485gr  از  1,10-phenanthro line hydrate  در  100ml  آب مقطر حل می کنیم.

+ نوشته شده در  شنبه 1387/04/29ساعت 10:57 AM  توسط م.ر. قیصری  |