X
تبلیغات

طراحی سایت

قالب وبلاگ

شیمی برای زندگی

طراحی سایت


شیمی برای زندگی
 
تقدیم به تمام علاقه مندان به شیمی
نوشته شده در تاريخ جمعه سیزدهم شهریور 1388 توسط ارمان عزیزیان

نام آزمايش : تجزيه كيفي – شناسايي كاتيون هاي گروه

هدف آزمايش :

هدف از اين آزمايش تشخيص و شناسايي كاتيون هاي گروه  مي باشد . در اين آزمايش علاوه بر اين هدف ، هدف هايي چون آشنايي با تركيبات كاتيون هاي اين گروه ، محلول يا نامحلول بودن اين تركيبات ، آشنايي با واكنش هاي جانشيني متقابل و همچنين مهارت هايي نظير جدا كردن رسوبات توسط سانتريفوژ و سشت و شوي رسوب را كسب كرديم .

نتيجه ي آزمايش :

در اين آزمايش كاتيون هاي گروه  شناسايي شدند . بدين ترتيب كه كاتيون سرب  ، توسط رسوبات زرد رنگ سرب كرومات و سفيد سرب سولفات . كاتيون جيوه  ، توسط رسوب سياه جيوه و  و كاتيون نقره ، توسط رسوب سفيد رنگ نقره كلريد شناسايي شد .

به اين ترتيب در نمونه ي شماره ي 2 ، سرب  و جيوه  و نقره  موجود مي باشد .

ابزار مواد مورد نياز :

4 لوله ي آزمايش – همزن شيشه اي – سانتريفوژ – مجموعه ي حمام بن ماري – كاغذ     سنج عمومي – نمونه ي مورد آزمايش (شماره ي 2) – اسيد نيتريك 6 مولار – اسيد كلريدريك 6 مولار – آب مقطر – كرومات پتاسيم 1 مولار – اسيد سولفوريك 3 مولار – آمونياك 15 مولار – اسيد نيتريك 16 مولار .

 مقدمه :

محلول ها :

محلول ها مخلوط هايي همگن هستند ، محلول ها را معمولاً بر حسب حالت فيزيكي آن ها طبقه بندي مي كنند . محلول هاي گازي ، محلول هاي مايع و محلول هاي جامد را مي توان تهيه كرد . قانون فشار هاي جزئي دالتون رفتار محلول هاي گازي را ، كه هوا متداول ترين آنهاست ، بيان مي كند . بعضي از آلياژ ها محلول هاي جامدند . سكه هاي نقره اي محلول هايي از مس و نقره اند و برنج محلولي جامد از روي در مس است . هر آلياژي محلول جامد نيست بعضي از آلياژ ها مخلوط‌ هايي ناهمگن اند و بعضي ديگر در زمره ي تركيب هاي بين فلزي به شمار مي آيند . محلول هاي مايع متداولترين محلول ها هستند و احتمالاً بيشترين كاربرد را توسط شيمي دانان در بررسي هاي شيميايي دارند . غالباً مقدار ماده اي كه در حلال معيني حل مي شود محدود است . انحلال پذيري يك ماده در يك حلال مخصوص و در دماي معين ، بيشترين مقدار از آن ماده است كه در مقدار معيني از آن حلال حل مي شود و يك سيستم پايدار تشكيل مي دهد .

يكي از مهمترين حلال ها در شيمي ، آب است كه به واسطه قطبي بودنش اغلب تركيبات يوني و قطبي در آن انحلال پذيري خوبي دارند . اما بهر حال تمام مواد در آب به اندازه اي قابل حل شدن مي باشند ( هر چند خيلي كم و در حد تعداد انگشت شماري واحد سازنده شان ) .

دسته اي از مواد هم كه محلول هاي آبي آن ها كاربرد هاي زيادي در شيمي دارند ، نمك ها هستند . نمك ها كه از اجزاء آنيون-كاتيوني ساخته شده اند در آب به هنگام انحلال ( به طوري كه انرژي شبكه شان از انرژي آبپوشي آن ها كمتر باشد ) شبكه آن ها در هم فرو مي ريزد و يون ها در بين ملكول ها ي آب قرار مي گيرند .  

بيشتر اجسام همانطور كه ذكر شد حداقل به ميزان كمي در آب حل مي شوند . چنانچه ماده اي نامحلول يا كم محلول در آب قرار داده مي شود موقعي كه سرعت انحلال يون ها از جامد برابر سرعت رسوب كردن يون ها از محلول سير شده گردد يك حالت تعادل برقرار مي شود . مانند قرار گرفتن نقره كلريد در آب :

ثابت تعادل براي ربطه ي بالا بصورت زير است .

از آنجا كه غلظت يك جامد خالص مقدار ثابتي است ،  را ممكن است با يكي كرد ، در نتيجه خواهيم داشت .

ثابت حاصلضرب انحلال پذيري ناميده مي شود غلظت هاي يوني در اين رابطه غلظت هاي مربوط به يك محلول سير شده در دماي مرجع هستند .

، از آنجا كه انحلال پذيري به دما بستگي دارد ، با تغييرات دما تغيير مي كند .

براي نمك هايي كه به ازاي واحد فرمولي ، بيش از دو يون دارند بايد غلظت يون ها به توان ضريب شان برسد . هرگاه مقدار يون هاي محلول را از طريق رابطه آخر محاسبه كنيم ، محلوليت بدست مي آيد كه نوع ماده را مشخص مي كند . بدين ترتيب كه :

محلوليت كمتر از  نشانگر اجسام كم محلول و نامحلول و محلوليت بيشتر از  نشانگر مواد محلول مي باشد .

تجزيه :

هدف از تجزيه ي شيميايي اين است كه اجزاء سازنده ي يك ماده ي طبيعي يا مصنوعي مشخص شود .

تجزيه معمولاً در طي دو مرحله ي مجزا انجام مي شود . در ابتدا بايد تجزيه كيفي انجام داد تا بدين طريق اجزاي سازنده ي يك نمونه مشخص شوند و به دنبال آن تجزيه ي كمي انجام مي شود تا مقدار نسبي هر يك از اجزاء تعيين شود . در اين گزارش تنها تجزيه ي كيفي بررسي مي شود .

تجزيه ي كيفي :

در تجزيه ي كيفي معمولاً از دو روش استفاده مي شود ، روش خشك ، كه بر روي نمونه هاي جامد و معمولاً در دماي بالا انجام مي پذيرد و ديگري روش هاي تر ، كه شامل نمونه هاي حل شده و محلول هاي واكنش گر مي باشد تغيير يا عدم تغيير شيميايي مشاهده شده ، براي روشن ساختن وضعيت اجزاء تشكيل دهنده ي نمونه به كار برده مي شود .

در تجزيه ي كيفي از واكنش هايي كه محلول هاي يوني انجام مي دهند مي توان به مواد موجود در نمونه پي برد .

شكل عمومي واكنش ها به صورت واكنش هاي جانشيني متقابل مي باشد .

يعني در اين نوع واكنش ها ، آنيون ها و كاتيون هاي دو ماده ي واكنش دهنده ، يون مقابل خود را با هم تعويض مي كنند .

حال بايد به اين نكته توجه كنيم كه چه موقع مي توان گفت كه اين واكنش ها انجام شده اند ، اگر مواد موجود در آب محلول باشند و مواد حاصل نيز همچنان در آب محلول باقي بمانند مي توان گفت كه واكنش انجام نشده است .

به اين ترتيب واكنش جانشيني متقابل هنگامي صورت مي گيرد كه يك رسوب يا يك گاز نامحلول و يا يك الكتروليت ضعيف حاصل شود .

پس براي تعيين انجام پذير بودن واكنش ها بايد شرايط بالا را براي هر واكنش در نظر بگيريد .

1 _ مواد نامحلول : براي تعيين محلول يا نامحلول بودن يك تركيب يوني يا به عبارتي براي تشخيص اينكه در يك واكنش رسوب تشكيل مي شود يا نه مي توان از جدول زير استفاده كرد .

البته در جدول زير فقط به نمك هاي پركاربرد اشاره شده است و جدول كامل نمي باشد در ضمن از ذكر كمپلكس ها نيز صرف نظر شده ولي براي اكثر واكنش ها جدول زير كامل مي باشد .

اين جدول داراي دو قسمت مي باشد . قسمت اول در مورد مواد نامحلول است ، يعني اينكه نمك هايي كه آنيون هاي قسمت اول تشكيل مي دهند اغلب محلول هستند و نمك هاي نامحلول آن ها در اقليت مي باشند كه در جدول ذكر شده اند ، در قسمت دوم نيز به مواد محلول اشاره شده يعني اينكه نمك آنيون هاي قسمت دوم اغلب نامحلول هستند و نمك هاي محلول آن ها در اقليت مي باشند كه در جدول اشاره شده اند .

نامحلول ها

آنيون ها

كاتيون ها

همگي محلولند

همگي محلولند

همگي محلولند

محلول ها

آنيون ها

كاتيون ها

گروه   -

گروه  -   

گروه  -

گروه  -

گروه  -

        - ستاره دار ها مواد كم محلول هستند .

2 _ گاز هاي نامحلول : جدول بعدي در مورد گاز هايي مي باشد كه در واكنش هاي جانشيني متقابل آزاد مي شوند و امكان پذير بودن واكنش ها را مشخص مي كنند .

نام گاز

طريقه ي تشكيل

 - ( محلول نمك سولفيد + اسيد)  + نمك

 - ( محلول نمك كربنات + اسيد)  + نمك

 - ( محلول نمك سولفيت + اسيد)  + نمك

 - ( محلول نمك آمونيوم+ هيدركسيد قوي + گرما)  + نمك

 

3 _ الكتروليت ضعيف : در ادامه با توجه به شرايطي كه گفته شد علاوه بر رسوب ها و گاز هاي نامحلول تشكيل الكتروليت ضعيف هم انجام پذير بودن واكنش را نشان مي دهد . پس در جدول زير هم برخي از الكتروليت هاي ضعيف همراه الكتروليت هاي قوي معرفي مي شوند .

 

نام الكتروليت هاي قوي

نام الكتروليت هاي ضعيف

اسيد

- - - - - -

- -

باز

هيدروكسيد هاي گروه  و - و

ديگر هيدروكسيد ها

موارد ديگر

محلول نمك ها

آب

 

در مورد روش هاي تجزيه روش مورد استفاده ي ما روش تر مي باشد .

همان طور كه گفته شد اين روش شامل نمونه هاي حل شده مي باشد پس اولين قدم انحلال نمونه است .

براي انحلال نمونه به ترتيب از مواد زير استفاده مي شود ، يعني هرگاه ماده ي اول نتوانست نمونه را حل كند از ماده ي بعدي استفاده مي شود .

آب  سولفوريك اسيد رقيق  سولفوريك اسيد غليظ  نيتريك اسيد رقيق  نيتريك اسيد غليظ  تيزآب ( اختلاطي از 3 حجم كلريدريك اسيد و يك حجم نيتريك اسيد )  ذوب قليايي .

براي نمونه هاي ما فعلاً آب حلال مناسبي است و در ضمن نمونه ي مورد نظر ما به صورت محلول مي باشد .

روش تر تجزيه ي كيفي خود به دو طريق انجام مي شود .

1 _ : اين روش به سه اسم ديگر خوانده مي شود كه مي توان از اين نام ها براي توصيف اين روش استفاده كرد .

الف )‌ لكه گذاري  به اين دليل اين روش را لكه گذاري مي نامند كه نمونه محلول را روي كاغذ صافي يا كاغذ سلولزي همراه شناساگر قرار مي دهند و پس از خشك شدن حالت خاصي كه به خود مي گيرد مي تواند در تشخيص اجزاء نمونه به ما كمك كند .

ب ) قطره اي  دليل اين نام گذاري به خاطر استفاده از حجم هاي قطره اي در اين روش مي باشد .

ج ) انحصاري  اين نام گذاري به خاطر تعريفي است كه ، از اين روش موجود مي باشد :

"به شناسايي يك جزء در حضور بقيه ي اجزاء ، در يك شرايط و با استفاده از يك واكنش       گويند ."

2 _ روش سيستماتيك : اين روش ، روش كاملي است كه به طريق آن مي توان اغلب اجزاء يك نمونه را تشخيص داد .

به طور مثال براي تشخيص كاتيون هاي موجود در يك نمونه به طريق زير انجام مي پذيرد .

طبق اين روش ابتدا با برخي مواد و تشكيل رسوب ها كاتيون ها را دسته دسته تفكيك مي كنند و براي هر يك نامي مي گذارند سپس به تفكيك اجزاء هر دسته مي پردازند . مزيت اين كار اين است كه مزاحمت ساير يون ها در تشخيص يك يون را كم مي كند . براي تفكيك هم از ته نشيني استفاده مي كنند .

كاتيون ها :

در كل 24 كاتيون داريم كه بنا به  تشكيل رسوب با برخي مواد دسته بندي مي شوند ، براي اينكه محلولي از 24 يون در يكجا داشته باشيم از محلول نمك نيترات آن ها استفاده مي شود . زيرا كه نيترات ها همگي محلول هستند . از اين 24 يون 21 يون توانايي تشكيل نمك نيترات دارند و مشكلي ندارند ، ولي 3 يون آنتيموان ، قلع ، آرسنيك  اصلا نمي توانند نمك نيترات تشكيل دهند . براي تشكيل محلول اين يون ها همراه 21 يون ديگر به ترتيب از تركيبات  و  و  كه در آب انحلال پذير مي باشد استفاده مي شود .

دسته بندي كاتيون ها در روش سيستماتيك به شرح زير است :

كاتيون هاي گروه :

اين گروه شامل جيوه  و نقره  و سرب  مي باشد كه اضافه كردن يون  در محيط اسيدي بر روي مجموع 24 يون ، تشكيل رسوب هاي  ( سفيد ) ،  ( سفيد ) ،  ( سفيد ) مي دهد .

اين رسوب ها به ترتيب داراي محلوليت هاي و  و   مي باشد . همان طور كه ملاحظه مي شود  نسبت به بقيه داراي انحلاليت بيشتري است و در دماي بالا تا حدودي در آب محلول است .

گروه هاي ديگر كاتيوني در گزارشات بعدي معرفي مي شوند .

از آنجا كه براي جداسازي اين گروه  وارد محلول مي كنيم ، بايد از يك منبع مناسب  استفاده كنيم . در زير چند مورد از منابع  را بررسي مي كنيم :

الف ) : اگر از اين منبع استفاده كنيم ديگر نمي توانيم وجود يا عدم وجود يون را در نمونه بررسي كنيم .

ب )  : اين منبع براي  خوب است زيرا  يكي از يون هايي است كه شناسايي آن از همان ابتدا و قبل از واكنش ها انجام مي پذيرد .

ج )‌  : اين منبع  از همه بهتر است زيرا علاوه بر تامين  شرط اسيدي بودن محيط را نيز برقرار مي سازد .

دليل اينكه چرا محيط بايد اسيدي باشد در سه بند بيان مي شود :

1 _ كاتيون هاي داراي خاصيت اسيدي قوي اگر در محيط غير اسيدي قرار بگيرند هيدروليز انجام مي دهند و رسوب هيدروكسيد تشكيل مي دهند مانند :

اگر محيط اسيدي باشد طبق اصل لوشاتليه واكنش تعادلي بالا به سمت چپ جابجا مي شود و از تشكيل رسوب قهوه اي رنگ  جلوگيري مي كند .

2 _ دو يون  و  در محيط هاي غير اسيدي با يون كلريد تشكيل اكسي كلريد هاي نامحلول مي دهند . مانند :

كه همچنان طبق اصل لوشاتليه ، محيط اسيدي از تشكيل رسوبات سفيد رنگ اكسي كلريد بيسموت جلوگيري مي كند .

3 _ در محيط هاي غير اسيدي آنيون ها با خيلي از كاتيون ها مواد كم محلول مي دهند . مانند آرسنيت ها ، اكسالات ها ، فسفات ها و كربنات ها . ولي در محيط اسيدي اين آنيون ها به     اسيد هاي خود تبديل مي شوند كه تفكيك پذيري كمتري دارند و آنيون ها ي آزاد را از محيط جمع آوري مي كنند .

در اولين مرحله كه رسوب گذاري كاتيون ها ي گروه  انجام مي پذيرد براي اطمينان از رسوب تمام كاتيون ها ي گروه  بعد از اولين سانتريفوژ ، قطره اي  اضافي ، دوباره به محلول اضافه مي كنيم اين قطره هاي اضافي كاتيون هاي باقي مانده را رسوب مي دهد .

همانطور كه رابطه ي بالا نشان مي دهد كمي  اضافي طبق اصل لوشاتليه تعادل را به سمت تشكيل رسوب جابجا مي كند . كه به اين ، اثر مثبت يون مشترك گويند . اما اگر چنانچه بيش از اندازه  وارد محيط شود ممكن است موجب تشكيل كمپلكس هايي مانند كمپلكس زير شود و مواد رسوبي را دوباره در آب حل كند .

به اين پديده هم اثر منفي يون مشترك گويند .

در مرحله ي شستشوي رسوب براي اينكه يون هاي گروه هاي ديگر ، كه شايد در بين رسوب ها باقي مانده باشند ، را از رسوب جدا كنيم از آب استفاده مي كنيم . البته بايد توجه داشته باشيم كه با افزايش آب به رسوب چون  توانايي انحلاليت بيشتري نسبت به  و  دارد بايد در مقابل 10 قطره آب يك قطره هم  در شستشو استفاده كنيم تا بر طبق اصل لوشاتليه تعادل  به سمت تشكيل رسوب جابجا شود و هنگام شستشو يون هاي سرب شسته نشوند .

در ادامه ي مطلب واكنش هايي را كه طي آزمايش براي تشكيل رسوب اتفاق افتاده اند را ذكر مي كنيم :

الف ) واكنش هايي كه از اضافه كردن  به محلول 24 يون انجام شده ، تنها سه واكنش تشكيل رسوب ، براي كاتيون هاي گروه  مي باشد .

                                                                ( سفيد)

                                                                ( سفيد)

                                                                ( سفيد)

 ب ) بعد از جدا كردن  توسط انحلال در آب گرم ، يون سرب از يون هاي جيوه  و نقره  جدا مي شود و با آزمايش هايي روي محلول سرب كلريد مي توان وجود سرب را تشخيص داد .

                                                                     ( سفيد )

                                                                      ( زرد )                    

                                                                                               

ج ) در ادامه به منظور جداكردن نقره  و جيوه  از همديگر آمونياك به رسوب اضافه مي كنيم :

و واكنش هاي زير را داريم :

 كه رسوب تشكيل شده توسط جيوه  سياه مايل به خاكستري است و باز مي توان اين دو يون را از هم جدا نمود . واكنش رسوب جيوه در بالا يك واكنش تسهيم نامتناسب است كه در آن جيوه هم اكسايش يافته و هم كاهش .

د ) در انتها براي شناسايي يون نقره ي موجود ، به مايع نهايي نيتريك اسيد اضافه مي كنيم و در اين مرحله نيز واكنش زير را داريم :

يون آمونيوم توليد شده هم با  موجود در محلول تشكيل  مي دهد كه مي توان دود خاكستري رنگ آمونيوم كلريد را حين آزمايش مشاهده كرد .

در نهايت با توضيح مختصري درباره ي عناصر اين گروه بحث را خاتمه مي دهيم .

توصيف عنصري كاتيون هاي گروه  :

كاتيون هاي اين گروه كلريدهاي نامحلولي تشكيل مي دهند . سرب كلريد به مقدار جزئي در آب محلول مي باشد ، بنابراين در هنگام افزودن هيدروكلريك اسيد رقيق به نمونه كاملاً رسوب نمي كند ، يون هاي سرب باقي مانده در محلول ، همراه با كاتيون هاي گروه دوم با هيدروژن سولفيد در محيط  اسيدي رسوب مي كنند و از نظر كيفي شناسايي مي شوند .

در بين سولفات هاي اين گروه سرب سولفات عملاً نامحلول است ، در صورتي كه نقره سولفات به مقدار بيشتري حل مي شود ، حلاليت جيوه  سولفات در بين اين دو قرار مي گيرد . برميد ها و يديد هاي اين گروه نامحلول هستند ، گرچه رسوب گيري سرب هاليد ها كامل نيست و در آب جوش به آساني حل مي شوند . سولفيد هاي اين گروه نامحلولند . استات هاي گروه  حلاليت بيشتري دارند . هرچند ممكن است نقره استات از محلول هاي غليظ تر رسوب داده شود . در صورتي كه مقدار يكساني از واكنش گر استفاده شود ، هيدروكسيد ها و كربنات ها رسوب مي كنند .

سرب : سرب با جرم اتمي 19/207 ، فلزي خاكستري رنگ متمايل به آبي است و با چگالي بالا ( در دماي اتاق ) مي باشد .

اين فلز در واكنش با اسيد ها نظير سولفوريك اسيد و كلريدريك اسيد و نيتريك اسيد به   واسطه ي تشكيل نمك متبلورش در سطح خود سرعت فرايند انحلالش را كاهش مي دهد .

جيوه : جيوه با جرم اتمي 59/200 ، فلزي سفيد – نقره اي است كه در دماي معمولي مايع بوده و چگالي آن  در  مي باشد . هيدروكلريك اسيد و سولفوريك اسيد رقيق بر آن بي تاثيرند . اما با نيتريك اسيد به آساني واكنش مي دهد و نيتريك اسيد سرد با غلظت متوسط با مقادير زياد جيوه ، يون هاي جيوه  ايجاد مي كند . هرگاه مقدار اسيد زياد و داغ باشد يون هاي جيوه  ايجاد مي شوند .

نقره : نقره با جرم اتمي 868/107 ، فلزي است سفيد رنگ با جلاي فلزي كه قابليت مفتول شدن دارد . چگالي آن  بالا مي باشد و در  ذوب مي شود . در هيدروكلريك اسيد و سولفوريك اسيد رقيق يا نيتريك اسيد رقيق نامحلول است . در نيتريك اسيد غليظ يا در سولفوريك اسيد غليظ و داغ حل مي شود و يون  ايجاد مي كند .

وقتي نقره به صورت يون يك ظرفيتي در مي آيد ، محلول بي رنگ مي شود .

تركيبات نقره  ناپايدارند ، اما نقش مهمي در فرايند اكسايش–كاهش (كاتاليزور نقره) دارند . نقره نيترات به آساني در آب حل مي شود ، استات و نيتريت و سولفات نقره از حلاليت كمتري برخوردارند . تركيبات ديگر نقره نامحلول مي باشند . كمپلكس هاي نقره محلولند . هاليدهاي نقره نسبت به نور حساس مي باشند و از اين ويژگي در عكاسي بسيار استفاده مي شود .

مهارت های آزمایشگاهی :

سانتریفوژ کردن : از این روش برای جداسازی رسوب های جامد از محلول استفاده می شود . در این روش مواد بر اساس خواص فیزیکی مانند جرم و دانسیته و ... از هم جدا می شوند . در استفاده از این دستگاه ، که بر اساس نیروی گریز از مرکز کار می کند ، باید موازنه ی لوله های آزمایش را رعایت کنیم .

شست و شوی رسوب : برای این منظور ، بعد از تشکیل رسوب ، روی آن از شوینده مورد نظر می ریزیم و آن را سانتریفوژ می کنیم . به این ترتیب رسوب از شوینده جدا می شود و می توانیم پساب رویی را سرریز کنیم .

تنظیم  توسط کاغذ تورنسل : برای این منظور ، همزن را به محلول مورد نظر آغشته می کنیم و سپس آن را روی کاغذ  سنج عمومی قرار می دهیم . از تغییر رنگ کاغذ بر طبق جدول مربوطه  محلول را تخمین می زنیم .

 

 

 

 

 

فهرست منابع :

1 – شيمي عمومي مورتيمر – چارلز مورتيمر .

2 – تجزيه ي كيفي معدني – جي . اسولا – ترجمه ي آزاده تجردي .

3 – نكات و مطالب ذكر شده توسط استاد مربوطه .


.: Weblog Themes By Pichak :.


تمامی حقوق این وبلاگ محفوظ است | طراحی : پیچک