name of GOD

هدف آزمایش:

هدف از این آزمایش تشخیص و شناسایی کاتیون‌های گروه می‌باشد. در این آزمایش علاوه بر این هدف، هدف‌هایی چون آشنایی با ترکیبات کاتیون‌های این گروه، محلول یا نامحلول بودن این ترکیبات، آشنایی با واکنش‌های جانشینی متقابل و همچنین مهارت‌هایی نظیر جدا کردن رسوبات توسط سانتریفوژ و سشت و شوی رسوب را کسب کردیم.

نتیجهٔ آزمایش:

در این آزمایش کاتیون‌های گروه شناسایی شدند. بدین ترتیب که کاتیون سرب، توسط رسوبات زرد رنگ سرب کرومات و سفید سرب سولفات. کاتیون جیوه، توسط رسوب سیاه جیوه و و کاتیون نقره، توسط رسوب سفید رنگ نقره کلرید شناسایی شد.

به این ترتیب در نمونهٔ شمارهٔ ۲، سرب و جیوه و نقره موجود می‌باشد.

ابزار مواد مورد نیاز:

۴ لولهٔ آزمایش – همزن شیشه‌ای – سانتریفوژ – مجموعهٔ حمام بن ماری – کاغذ سنج عمومی – نمونهٔ مورد آزمایش (شمارهٔ ۲) – اسید نیتریک ۶ مولار – اسید کلریدریک ۶ مولار – آب مقطر – کرومات پتاسیم ۱ مولار – اسید سولفوریک ۳ مولار – آمونیاک ۱۵ مولار – اسید نیتریک ۱۶ مولار.

 مقدمه:

محلول‌ها:

محلول‌ها مخلوط‌هایی همگن هستند، محلول‌ها را معمولاً بر حسب حالت فیزیکی آن‌ها طبقه بندی می‌کنند. محلول‌های گازی، محلول‌های مایع و محلول‌های جامد را می‌توان تهیه کرد. قانون فشار‌های جزئی دالتون رفتار محلول‌های گازی را، که هوا متداول‌ترین آنهاست، بیان می‌کند. 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 ناهمگن‌اند و بعضی دیگر در زمرهٔ ترکیب‌های بین فلزی به شمار می‌آیند. محلول‌های مایع متداول‌ترین محلول‌ها هستند و احتمالاً بیشترین کاربرد را توسط شیمی دانان در بررسی‌های شیمیایی دارند. غالباً مقدار ماده‌ای که در حلال معینی حل می‌شود محدود است. انحلال پذیری یک ماده در یک حلال مخصوص و در دمای معین، بیشترین مقدار از آن ماده است که در مقدار معینی از آن حلال حل می‌شود و یک سیستم پایدار تشکیل می‌دهد.

یکی از مهم‌ترین حلال‌ها در شیمی، آب است که به واسطه قطبی بودنش اغلب ترکیبات یونی و قطبی در آن انحلال پذیری خوبی دارند. اما بهر حال تمام مواد در آب به اندازه‌ای قابل حل شدن می‌باشند (هر چند خیلی کم و در حد تعداد انگشت شماری واحد سازنده‌شان).

دسته‌ای از مواد هم که محلول‌های آبی آن‌ها کاربرد‌های زیادی در شیمی دارند، نمک‌ها هستند. نمک‌ها که از اجزاء آنیون-کاتیونی ساخته شده‌اند در آب به هنگام انحلال (به طوری که انرژی شبکه‌شان از انرژی آبپوشی آن‌ها کمتر باشد) شبکه آن‌ها در هم فرو می‌ریزد و یون‌ها در بین ملکول‌ها ی آب قرار می‌گیرند.

بیشتر اجسام همانطور که ذکر شد حداقل به میزان کمی در آب حل می‌شوند. چنانچه ماده‌ای نامحلول یا کم محلول در آب قرار داده می‌شود موقعی که سرعت انحلال یون‌ها از جامد برابر سرعت رسوب کردن یون‌ها از محلول سیر شده گردد یک حالت تعادل برقرار می‌شود. مانند قرار گرفتن نقره کلرید در آب:

ثابت تعادل برای ربطهٔ بالا بصورت زیر است.

از آنجا که غلظت یک جامد خالص مقدار ثابتی است، را ممکن است با یکی کرد، در نتیجه خواهیم داشت.

ثابت حاصلضرب انحلال پذیری نامیده می‌شود غلظت‌های یونی در این رابطه غلظت‌های مربوط به یک محلول سیر شده در دمای مرجع هستند.

، از آنجا که انحلال پذیری به دما بستگی دارد، با تغییرات دما تغییر می‌کند.

برای نمک‌هایی که به ازای واحد فرمولی، بیش از دو یون دارند باید غلظت یون‌ها به توان ضریبشان برسد. هرگاه مقدار یون‌های محلول را از طریق رابطه آخر محاسبه کنیم، محلولیت بدست می‌آید که نوع ماده را مشخص می‌کند. بدین ترتیب که:

محلولیت کمتر از نشانگر اجسام کم محلول و نامحلول و محلولیت بیشتر از نشانگر مواد محلول می‌باشد.

تجزیه:

هدف از تجزیهٔ شیمیایی این است که اجزاء سازندهٔ یک مادهٔ طبیعی یا مصنوعی مشخص شود.

تجزیه معمولاً در طی دو مرحلهٔ مجزا انجام می‌شود. در ابتدا باید تجزیه کیفی انجام داد تا بدین طریق اجزای سازندهٔ یک نمونه مشخص شوند و به دنبال آن تجزیهٔ کمی انجام می‌شود تا مقدار نسبی هر یک از اجزاء تعیین شود. در این گزارش تنها تجزیهٔ کیفی بررسی می‌شود.

تجزیهٔ کیفی:

در تجزیهٔ کیفی معمولاً از دو روش استفاده می‌شود، روش خشک، که بر روی نمونه‌های جامد و معمولاً در دمای بالا انجام می‌پذیرد و دیگری روش‌های‌تر، که شامل نمونه‌های حل شده و محلول‌های واکنش گر می‌باشد تغییر یا عدم تغییر شیمیایی مشاهده شده، برای روشن ساختن وضعیت اجزاء تشکیل دهندهٔ نمونه به کار برده می‌شود.

در تجزیهٔ کیفی از واکنش‌هایی که محلول‌های یونی انجام می‌دهند می‌توان به مواد موجود در نمونه پی برد.

شکل عمومی واکنش‌ها به صورت واکنش‌های جانشینی متقابل می‌باشد.

یعنی در این نوع واکنش‌ها، آنیون‌ها و کاتیون‌های دو مادهٔ واکنش دهنده، یون مقابل خود را با هم تعویض می‌کنند.

حال باید به این نکته توجه کنیم که چه موقع می‌توان گفت که این واکنش‌ها انجام شده‌اند، اگر مواد موجود در آب محلول باشند و مواد حاصل نیز همچنان در آب محلول باقی بمانند می‌توان گفت که واکنش انجام نشده است.

به این ترتیب واکنش جانشینی متقابل هنگامی صورت می‌گیرد که یک رسوب یا یک گاز نامحلول و یا یک الکترولیت ضعیف حاصل شود.

پس برای تعیین انجام پذیر بودن واکنش‌ها باید شرایط بالا را برای هر واکنش در نظر بگیرید.

۱ _ مواد نامحلول: برای تعیین محلول یا نامحلول بودن یک ترکیب یونی یا به عبارتی برای تشخیص اینکه در یک واکنش رسوب تشکیل می‌شود یا نه می‌توان از جدول زیر استفاده کرد.

البته در جدول زیر فقط به نمک‌های پرکاربرد اشاره شده است و جدول کامل نمی‌باشد در ضمن از ذکر کمپلکس‌ها نیز صرف نظر شده ولی برای اکثر واکنش‌ها جدول زیر کامل می‌باشد.

این جدول دارای دو قسمت می‌باشد. قسمت اول در مورد مواد نامحلول است، یعنی اینکه نمک‌هایی که آنیون‌های قسمت اول تشکیل می‌دهند اغلب محلول هستند و نمک‌های نامحلول آن‌ها در اقلیت می‌باشند که در جدول ذکر شده‌اند، در قسمت دوم نیز به مواد محلول اشاره شده یعنی اینکه نمک آنیون‌های قسمت دوم اغلب نامحلول هستند و نمک‌های محلول آن‌ها در اقلیت می‌باشند که در جدول اشاره شده‌اند.

 - ستاره دار‌ها مواد کم محلول هستند.

۲ _ گاز‌های نامحلول: جدول بعدی در مورد گاز‌هایی می‌باشد که در واکنش‌های جانشینی متقابل آزاد می‌شوند و امکان پذیر بودن واکنش‌ها را مشخص می‌کنند.

ن

 

۳ _ الکترولیت ضعیف: در ادامه با توجه به شرایطی که گفته شد علاوه بر رسوب‌ها و گاز‌های نامحلول تشکیل الکترولیت ضعیف هم انجام پذیر بودن واکنش را نشان می‌دهد. پس در جدول زیر هم برخی از الکترولیت‌های ضعیف همراه الکترولیت‌های قوی معرفی می‌شوند.

 
 

 

در مورد روش‌های تجزیه روش مورد استفادهٔ ما روش‌تر می‌باشد.

ه‌مان طور که گفته شد این روش شامل نمونه‌های حل شده می‌باشد پس اولین قدم انحلال نمونه است.

برای انحلال نمونه به ترتیب از مواد زیر استفاده می‌شود، یعنی هرگاه مادهٔ اول نتوانست نمونه را حل کند از مادهٔ بعدی استفاده می‌شود.

آب سولفوریک اسید رقیق سولفوریک اسید غلیظ نیتریک اسید رقیق نیتریک اسید غلیظ تیزآب (اختلاطی از ۳ حجم کلریدریک اسید و یک حجم نیتریک اسید) ذوب قلیایی.

برای نمونه‌های ما فعلاً آب حلال مناسبی است و در ضمن نمونهٔ مورد نظر ما به صورت محلول می‌باشد.

روش‌تر تجزیهٔ کیفی خود به دو طریق انجام می‌شود.

۱ _: این روش به سه اسم دیگر خوانده می‌شود که می‌توان از این نام‌ها برای توصیف این روش استفاده کرد.

الف) ‌ لکه گذاری به این دلیل این روش را لکه گذاری می‌نامند که نمونه محلول را روی کاغذ صافی یا کاغذ سلولزی همراه شناساگر قرار می‌دهند و پس از خشک شدن حالت خاصی که به خود می‌گیرد می‌تواند در تشخیص اجزاء نمونه به ما کمک کند.

ب) قطره‌ای دلیل این نام گذاری به خاطر استفاده از حجم‌های قطره‌ای در این روش می‌باشد.

ج) انحصاری این نام گذاری به خاطر تعریفی است که، از این روش موجود می‌باشد:

 «به شناسایی یک جزء در حضور بقیهٔ اجزاء، در یک شرایط و با استفاده از یک واکنش گویند.»

۲ _ روش سیستماتیک: این روش، روش کاملی است که به طریق آن می‌توان اغلب اجزاء یک نمونه را تشخیص داد.

به طور مثال برای تشخیص کاتیون‌های موجود در یک نمونه به طریق زیر انجام می‌پذیرد.

طبق این روش ابتدا با برخی مواد و تشکیل رسوب‌ها کاتیون‌ها را دسته دسته تفکیک می‌کنند و برای هر یک نامی می‌گذارند سپس به تفکیک اجزاء هر دسته می‌پردازند. مزیت این کار این است که مزاحمت سایر یون‌ها در تشخیص یک یون را کم می‌کند. برای تفکیک هم از ته نشینی استفاده می‌کنند.

کاتیون‌ها:

در کل ۲۴ کاتیون داریم که بنا به تشکیل رسوب با برخی مواد دسته بندی می‌شوند، برای اینکه محلولی از ۲۴ یون در یکجا داشته باشیم از محلول نمک نیترات آن‌ها استفاده می‌شود. زیرا که نیترات‌ها همگی محلول هستند. از این ۲۴ یون ۲۱ یون توانایی تشکیل نمک نیترات دارند و مشکلی ندارند، ولی ۳ یون آنتیموان، قلع، آرسنیک اصلا نمی‌توانند نمک نیترات تشکیل دهند. برای تشکیل محلول این یون‌ها همراه ۲۱ یون دیگر به ترتیب از ترکیبات و و که در آب انحلال پذیر می‌باشد استفاده می‌شود.

دسته بندی کاتیون‌ها در روش سیستماتیک به شرح زیر است:

کاتیون‌های گروه:

این گروه شامل جیوه و نقره و سرب می‌باشد که اضافه کردن یون در محیط اسیدی بر روی مجموع ۲۴ یون، تشکیل رسوب‌های (سفید)، (سفید)، (سفید) می‌دهد.

این رسوب‌ها به ترتیب دارای محلولیت‌های و و می‌باشد.‌‌ همان طور که ملاحظه می‌شود نسبت به بقیه دارای انحلالیت بیشتری است و در دمای بالا تا حدودی در آب محلول است.

گروه‌های دیگر کاتیونی در گزارشات بعدی معرفی می‌شوند.

از آنجا که برای جداسازی این گروه وارد محلول می‌کنیم، باید از یک منبع مناسب استفاده کنیم. در زیر چند مورد از منابع را بررسی می‌کنیم:

الف): اگر از این منبع استفاده کنیم دیگر نمی‌توانیم وجود یا عدم وجود یون را در نمونه بررسی کنیم.

ب): این منبع برای خوب است زیرا یکی از یون‌هایی است که شناسایی آن از‌‌ همان ابتدا و قبل از واکنش‌ها انجام می‌پذیرد.

ج) ‌: این منبع از همه بهتر است زیرا علاوه بر تامین شرط اسیدی بودن محیط را نیز برقرار می‌سازد.

دلیل اینکه چرا محیط باید اسیدی باشد در سه بند بیان می‌شود:

۱ _ کاتیون‌های دارای خاصیت اسیدی قوی اگر در محیط غیر اسیدی قرار بگیرند هیدرولیز انجام می‌دهند و رسوب هیدروکسید تشکیل می‌دهند مانند:

اگر محیط اسیدی باشد طبق اصل لوشاتلیه واکنش تعادلی بالا به سمت چپ جابجا می‌شود و از تشکیل رسوب قهوه‌ای رنگ جلوگیری می‌کند.

۲ _ دو یون و در محیط‌های غیر اسیدی با یون کلرید تشکیل اکسی کلرید‌های نامحلول می‌دهند. مانند:

که همچنان طبق اصل لوشاتلیه، محیط اسیدی از تشکیل رسوبات سفید رنگ اکسی کلرید بیسموت جلوگیری می‌کند.

۳ _ در محیط‌های غیر اسیدی آنیون‌ها با خیلی از کاتیون‌ها مواد کم محلول می‌دهند. مانند آرسنیت‌ها، اکسالات‌ها، فسفات‌ها و کربنات‌ها. ولی در محیط اسیدی این آنیون‌ها به اسید‌های خود تبدیل می‌شوند که تفکیک پذیری کمتری دارند و آنیون‌ها ی آزاد را از محیط جمع آوری می‌کنند.

در اولین مرحله که رسوب گذاری کاتیون‌ها ی گروه انجام می‌پذیرد برای اطمینان از رسوب تمام کاتیون‌ها ی گروه بعد از اولین سانتریفوژ، قطره‌ای اضافی، دوباره به محلول اضافه می‌کنیم این قطره‌های اضافی کاتیون‌های باقی مانده را رسوب می‌دهد.

همانطور که رابطهٔ بالا نشان می‌دهد کمی اضافی طبق اصل لوشاتلیه تعادل را به سمت تشکیل رسوب جابجا می‌کند. که به این، اثر مثبت یون مشترک گویند. اما اگر چنانچه بیش از اندازه وارد محیط شود ممکن است موجب تشکیل کمپلکس‌هایی مانند کمپلکس زیر شود و مواد رسوبی را دوباره در آب حل کند.

به این پدیده هم اثر منفی یون مشترک گویند.

در مرحلهٔ شستشوی رسوب برای اینکه یون‌های گروه‌های دیگر، که شاید در بین رسوب‌ها باقی مانده باشند، را از رسوب جدا کنیم از آب استفاده می‌کنیم. البته باید توجه داشته باشیم که با افزایش آب به رسوب چون توانایی انحلالیت بیشتری نسبت به و دارد باید در مقابل ۱۰ قطره آب یک قطره هم در شستشو استفاده کنیم تا بر طبق اصل لوشاتلیه تعادل به سمت تشکیل رسوب جابجا شود و هنگام شستشو یون‌های سرب شسته نشوند.

در ادامهٔ مطلب واکنش‌هایی را که طی آزمایش برای تشکیل رسوب اتفاق افتاده‌اند را ذکر می‌کنیم:

الف) واکنش‌هایی که از اضافه کردن به محلول ۲۴ یون انجام شده، تنها سه واکنش تشکیل رسوب، برای کاتیون‌های گروه می‌باشد.


 ب) بعد از جدا کردن توسط انحلال در آب گرم، یون سرب از یون‌های جیوه و نقره جدا می‌شود و با آزمایش‌هایی روی محلول سرب کلرید می‌توان وجود سرب را تشخیص داد.
 

ج) در ادامه به منظور جداکردن نقره و جیوه از همدیگر آمونیاک به رسوب اضافه می‌کنیم:

و واکنش‌های زیر را داریم:

 که رسوب تشکیل شده توسط جیوه سیاه مایل به خاکستری است و باز می‌توان این دو یون را از هم جدا نمود. واکنش رسوب جیوه در بالا یک واکنش تسهیم نامتناسب است که در آن جیوه هم اکسایش یافته و هم کاهش.

د) در انت‌ها برای شناسایی یون نقرهٔ موجود، به مایع نهایی نیتریک اسید اضافه می‌کنیم و در این مرحله نیز واکنش زیر را داریم:

یون آمونیوم تولید شده هم با موجود در محلول تشکیل می‌دهد که می‌توان دود خاکستری رنگ آمونیوم کلرید را حین آزمایش مشاهده کرد.

در ‌‌نهایت با توضیح مختصری دربارهٔ عناصر این گروه بحث را خاتمه می‌دهیم.

توصیف عنصری کاتیون‌های گروه:

کاتیون‌های این گروه کلریدهای نامحلولی تشکیل می‌دهند. سرب کلرید به مقدار جزئی در آب محلول می‌باشد، بنابراین در هنگام افزودن هیدروکلریک اسید رقیق به نمونه کاملاً رسوب نمی‌کند، یون‌های سرب باقی مانده در محلول، همراه با کاتیون‌های گروه دوم با هیدروژن سولفید در محیط اسیدی رسوب می‌کنند و از نظر کیفی شناسایی می‌شوند.

در بین سولفات‌های این گروه سرب سولفات عملاً نامحلول است، در صورتی که نقره سولفات به مقدار بیشتری حل می‌شود، حلالیت جیوه سولفات در بین این دو قرار می‌گیرد. برمید‌ها و یدید‌های این گروه نامحلول هستند، گرچه رسوب گیری سرب هالید‌ها کامل نیست و در آب جوش به آسانی حل می‌شوند. سولفید‌های این گروه نامحلولند. استات‌های گروه حلالیت بیشتری دارند. هرچند ممکن است نقره استات از محلول‌های غلیظ‌تر رسوب داده شود. در صورتی که مقدار یکسانی از واکنش گر استفاده شود، هیدروکسید‌ها و کربنات‌ها رسوب می‌کنند.

سرب: سرب با جرم اتمی ۱۹/۲۰۷، فلزی خاکستری رنگ متمایل به آبی است و با چگالی بالا (در دمای اتاق) می‌باشد.

این فلز در واکنش با اسید‌ها نظیر سولفوریک اسید و کلریدریک اسید و نیتریک اسید به واسطهٔ تشکیل نمک متبلورش در سطح خود سرعت فرایند انحلالش را کاهش می‌دهد.

جیوه: جیوه با جرم اتمی ۵۹/۲۰۰، فلزی سفید – نقره‌ای است که در دمای معمولی مایع بوده و چگالی آن در می‌باشد. هیدروکلریک اسید و سولفوریک اسید رقیق بر آن بی‌تاثیرند. اما با نیتریک اسید به آسانی واکنش می‌دهد و نیتریک اسید سرد با غلظت متوسط با مقادیر زیاد جیوه، یون‌های جیوه ایجاد می‌کند. هرگاه مقدار اسید زیاد و داغ باشد یون‌های جیوه ایجاد می‌شوند.

نقره: نقره با جرم اتمی ۸۶۸/۱۰۷، فلزی است سفید رنگ با جلای فلزی که قابلیت مفتول شدن دارد. چگالی آن بالا می‌باشد و در ذوب می‌شود. در هیدروکلریک اسید و سولفوریک اسید رقیق یا نیتریک اسید رقیق نامحلول است. در نیتریک اسید غلیظ یا در سولفوریک اسید غلیظ و داغ حل می‌شود و یون ایجاد می‌کند.

وقتی نقره به صورت یون یک ظرفیتی در می‌آید، محلول بی‌رنگ می‌شود.

ترکیبات نقره ناپایدارند، اما نقش مهمی در فرایند اکسایش–کاهش (کاتالیزور نقره) دارند. نقره نیترات به آسانی در آب حل می‌شود، استات و نیتریت و سولفات نقره از حلالیت کمتری برخوردارند. ترکیبات دیگر نقره نامحلول می‌باشند. کمپلکس‌های نقره محلولند. هالیدهای نقره نسبت به نور حساس می‌باشند و از این ویژگی در عکاسی بسیار استفاده می‌شود.

مهارت‌های آزمایشگاهی:

سانتریفوژ کردن: از این روش برای جداسازی رسوب‌های جامد از محلول استفاده می‌شود. در این روش مواد بر اساس خواص فیزیکی مانند جرم و دانسیته و... از هم جدا می‌شوند. در استفاده از این دستگاه، که بر اساس نیروی گریز از مرکز کار می‌کند، باید موازنهٔ لوله‌های آزمایش را رعایت کنیم.

شست و شوی رسوب: برای این منظور، بعد از تشکیل رسوب، روی آن از شوینده مورد نظر می‌ریزیم و آن را سانتریفوژ می‌کنیم. به این ترتیب رسوب از شوینده جدا می‌شود و می‌توانیم پساب رویی را سرریز کنیم.

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

نظرات شما عزیزان:

نام :

آدرس ایمیل:

وب سایت/بلاگ :

متن پیام:

نظر خصوصی

 کد را وارد نمایید:

 

 

 

عکس شما

آپلود عکس دلخواه: