عنوان : محلول سازی

هدف آزمایش :  تهیه ی محلول با غلظت مشخص توسط نمونه ی جامد و مایع

مقدمه و تئوری :

محلول ؟

محلول ها، مخلوط های همگن اند. محلول ها را اغلب بر اساس حالت فیزیکی آنها طبقه بندی می کنند ؛ محلول های جامد، گازی، و مایع

حلال ؟

معمولاً جزئی از یک محلول را که از لحاظ مقدار بیش از اجزای دیگر است را حلال می نامند. البته کاربرد این واژه اختیاری است و دقت چندانی ندارد. گاهی آسانتر است که جزئی از محلول را با آنکه مقدارش کم است حلال بنامیم. در توصیف محلول های گازی کاربرد واژه های حلال و حل شونده اهمیت چندانی ندارد.

حل شونده ؟

معمولاً جزئی از یک محلول که از لحاظ مقدار کمتر از اجزای دیگر است را حل شونده می نامند.

غلظت ؟

مقدار ماده ی حل شده در مقدار مشخصی حلال یا محلول را گویند.

محلول رقیق: محلولی که غلظت ماده ی حل شده در آن نسبتاً کم باشد.

محلول غلیظ: محلولی که غلظت ماده ی حل شده در آن نسبتاً زیاد باشد.

انحلال پذیری:بیشترین مقدار از یک ماده که در مقدار معینی حلال حل می شود و سیستم پایداری به وجود می آورد.

محلول سیر شده ( اشباع شده ) : محلولی که در آن سرعت حل شدن ماده ی حل شونده ی خالص برابر با سرعت خارج شدن ماده ی حل شده از محلول است. که در نتیجه غلظت ماده ی حل شده، در حال تعادل، ثابت می ماند.

محلول سیر نشده : در این محلول، غلظت ماده ی حل شده، کمتر از غلظت آن در یک محلول سیر شده است.

محلول فوق سیر ( فوق اشباع ) : فقط در صورتی که ماده ی حل شونده جامد باشد، میتوان محلولی تهیه کرد که غلظت ماده ی حل شده در آن بیشتر از غلظت یک محلول سیر شده است. این نوع محلول ها نیم پایدارند و اگر مقدار بسیار کمی از حل شونده به آن افزوده شود، مقدار اضافی رسوب می کند.

 ○غلظت یک ماده ی حل شده در یک محلول را به شیوه های گوناگون می توان بیان کرد.

انواع غلظت :

- مولاریته (M)

 تعداد مول های ماده ی حل شده در یک لیتر از محلول.

مولاریته یکی از پرکاربرد ترین مفاهیم غلظت در شیمی تجزیه می باشد.

این تعریف بر اساس حجم کل محلول استوار است. وقتی غلظت محلول بر حسب مولاریته بیان می‌شود، محاسبه مقدار ماده حل شده موجود در یک نمونه معین از محلول آسان است. تعداد مولهای جسم حل شده از تقسیم کردن وزن آن بر حسب gr به وزن فرمولی آن (وزن مولکولی ، وزن اتمی ، وزن یونی) بدست می‌آید.                                                             

- درصد وزنی – حجمی (%W/V)

این غلظت برای بیان ترکیب محلولهای آبی رقیق و واکنشگرهای جامد به کار می رود بنابراین یک محلول آبی 5% از نیترات نقره محلولی می باشد که ازحل کردن 5 گرم نیترات نقره درمقدارکافی آب مقطر برای تولید 100 میلی لیتر محلول استفاده شده است.

وزن ماده ی حل شده به گرم

100× ــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ =  W/V  %

حجم محلول به میلی لیتر

- نرمالیته (N)

تعداد هم ارز گرم های ( اکی والان های ) ماده ی حل شده در یک لیتر محلول.

نرمالیته ی یک محلول مانند مولاریته با تغییر دما اندکی تغییر میکند.

 - گرم بر لیتر (C)

عبارت است از مقدارگرمهای جسم حل شده دریک لیترمحلول.

گرم جسم حل شده

ـــــــــــــــــــــ = C

لیترمحلول

- مولالیته (m)

تعداد مول های ماده ی حل شونده در یک کیلوگرم حلال

تعداد مول های ماده ی حل شونده

                             ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ = مولالیته ( m)

وزن حلال بر حسب کیلوگرم

مولالیته یک محلول عبارت است از عدد مولهای حل شده در  1000 گرم حلال. مولالیته یک محلول آبی بسیار رقیق همان مولاریته آن محلول است زیرا  1000 گرم آب تقریبا  1000 گرم حجم اشغال می کند.

-کسر مولی ( X)

کسر مولی یک جزء از محلول برابر با نسبت عدّه ی مول های آن جزء بر کل مول های تمام موارد موجود در محلول است.                                          

که در آن  کسر مولی A    و   ,... عده ی مول های C , B , A و ... است. مجموع کسر مولی تمام اجزای موجود در محلول باید 1 باشد.

-درصد وزنی (%W)

درصد وزنی یک ماده حل شده دریک محلول عبارتست از:

                                                                            گرم های جسم حل شده

100×  ــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ%W =

                                                                     گرم های حلال + گرم های جسم حل شده

» روش کار «

وسایل :

بشر 100-ml - هم زن شیشه ای - ظرف توزین – پیپت – دو عدد بالن ژوژه 250-ml – ترازو با دقت 1/0 گرم

مواد : محلول HCl غلیظ ، NaOH جامد

1- بالن حجم سنجی را با آب و مایع ظرف شویی شسته و با آب مقطر آبکشی می کنیم.

2- ظرف توزین را شسته و با آب مقطر آبکشی کرده و برای خشــک کردن آن را در دمای 100 در جه ی سانتیگراد ، به مدت یک ساعت درون اتوکلاو قرار می دهیم.

   سپس 30 تا 45 دقیقه آن را درون دسیکاتور می گذاریم تا سرد شود و به دمای اتاق برسد.

3- مقداری از نمونه ی جامد را که برای تهیه محلول با غلظت معین محاسبه کرده ایم را به دقت وزن کرده؛

  و سپس با مقدار کمی آب مقطر به داخل بالن ژوژه انتقال می دهیم.

4- درِ بالن ژوژه را می بندیم و آن را تکان می دهیم تا نمونه به طور کامل حل شود. بعد آن را با آب مقطر به حجم می رسانیم ( باید خط نشانه ی ظرف، مماس بر گودترین نقطه ی سطح هلالی محلول باشد ) مجدداً درِ بالن را بسته و آن را تکان می دهیم تا محلول به طور کامل همگن شود.

5- اگر ماده ی اولیه ی محلول مورد نظر مایع است، حجم آن را از روی مشخصات شیشه محاسبه می کنیم و با یک پیپت دقیق، مقدار لازم را در بالن ژوژه میریزیم و آن را به حجم می رسانیم.

» بحث و نتیجه گیری«

محاسبات مربوط به این آزمایش :

در آزمایش محلول سازی توسط نمونه ی جامد (NaOH )

هدف ساختن 100ml محلول سود 0.1 M از سود 98% بود :

در آزمایش محلول سازی توسط نمونه ی مایع ( HCl )

هدف ساختن 100ml محلول HCl ،  0.5 M از اسید غلیظ 37% با چگالی 1/19 است.

نتیجه :   درپایان بحث، بهترین نتیجه ای که می شود از این آزمایش گرفت این است که ما میتوانیم از یک نمونه ی مایع یا جامد، با کمک گرفتن از روابط شیمیایی و همچنین کار در محیط آزمایشگاه، محلولی با غلظت مشخص بسازیم.

عنوان: تعيين دماي انحلال پتاسيم نيترات

تئوری:

گرماي انحلال گرمايي است که به هنگام حل شدن مواد درحلال بامحيط اطراف مبادله مي شود . بااندازه گيري تغيير دماي حلال پس از انحلال ماده مي توان گرماي انحلال را محاسبه نمود.

انحلال مواد درحلال طي سه مرحله انجام مي پذيرد.

درمرحله اول جاذبه بين بعضي از ذرات حلال ازبين مي رود  ،درنتيجه اين مرحله گرماگير است.

درمرحله دوم جداشدن ذرات حل شونده صورت مي گيرد که اين مرحله نيز گرماگير خواهد بود .

اما درمرحله سوم بين ذرات حلال وحل شونده جاذبه برقرار مي شود،که درنتيجه آن گرما آزاد خواهد شد .

مجموع گرماي اين سه مرحله گرماي انحلال ناميده مي شود ،لازم بتذکر است که علاوه بر عامل انرژي نقش عامل بي نظمي را در انحلال پذيري  مواد  بايد درنظرداشت.انحلال اغلب مواد جامد درآب باافزايش بي نظمي همراه است .مواد جامد يوني ضمن انحلال درآب  يون هاي آبپوشيده تشکيل مي دهند        و  مواد کوالانسي  مولکولي  نظير الکل ، اوره  و شکر به کمک پيوند هيدروژني. 

گرماي امحلال از جمع جبري مقدار انرژي مصرف شده در مراحل 1 و2 (مقادير مثبت) و مقدار انرژي آزاد شده در مرحله 3 (مقادير منفي) به  دست مي آيد .

 توجه :  اگر گرماي مصرف شده در مراحل 1 و2 بيش از گرماي آزاد شده در مراحله 3 باشد ، انحلال گرماگير است و اگر مقدار گرماي آزاد شده در مرحله 3 بيش از گرماي مصرف شده در مراحل 1 و2 باشد ، انحلال گرماده مي باشد .

= مجموع گرماي تشكيل واكنش دهنده ها - مجموع گرماي تشكيل فراورده ها

وسايل و مواد مورد نياز :

1. بشر پلاستيكي 250

2. بشر 500

3. استوانه مدرج  100

4. همزن شيشه اي

5. پشم و شيشه(آزبست)

6. پتاسيم نيترات

7. سود

8. آب مقطر

9. ترازوي ديجيتالي

10. ليوان پلاستيكي

11. دما سنج

توجه : ابتدا وسايل مورد نياز را با آب شهري و سپس با آب مقطر مي شوييم تا از تمييز بودن آن اطمينان حاصل شود .

شرح آزمايش :

مقداري پشم و شيشه را به عنوان ماده ي عايق درون بشر مي گذلريم و سپس ليوان را روي آن قرار مي دهيم . در پوشي را روي ليوان تعبيه مي كنيم كه روي آن دو سوراخ كوچك يكي براي قرار دادن دما سنج درون ليوان بدون برخورد به ته ليوان و ديگري براي عبور همزن .به چنين وسيله اي كالري متر گفته مي شود.

   آب مقطر را با استوانه مدرج اندازه گرفته و آن را در كالري متر مي ريزيم و شروع به هم زدن آن مي كنيم. بعد از اندكي صبر و برقراري تعادل دماي تعادل را يادداشت مي كنيم كه برابر با   است.

 پتاسيم نيترات  را با ترازوي ديجيتال  وزن مي كنيم و آن را در كالري متر مي ريزيم و آن را هم مي زنيم. پس از مدتي صبر تا برقراري تعادل دما را يادداشت مي كنيم كه برابر  است.

يك بار ديگر  آب مقطر را با استوانه مدرج اندازه گرفته و آن را در كالري متر مي ريزيم و شروع به هم زدن آن مي كنيم. بعد از اندكي صبر و برقراري تعادل دماي تعادل را يادداشت مي كنيم كه برابر با   است.

 سود  را با ترازوي ديجيتال  وزن مي كنيم و آن را در كالري متر مي ريزيم و آن را هم مي زنيم. پس از مدتي صبر تا برقراري تعادل دما را يادداشت مي كنيم كه برابر است.

عنوان : اندازه گيری سختی آب (1)

هدف آزمایش :  اندازه گيري يون هاي كلسيم و منيزيم موجود در آب هاي قابل شرب شهري – آشنايي با انواع سختي آب

مقدمه و تئوري:

سختي آب : ناشي از املاح كلسيم و منيزيم و به ميزان كمتر ناشي از املاح آلومينيم ، روي ، منگنز، آهن و .. است.

اهمیت سختی آب

مقدار سختی آب ، علاوه بر اینکه در آبهای صنعتی اهمیت وافر دارد، از نظر بهداشت عمومی نیز اهمیت خاصی دارد. کلسیم که یکی از عوامل سختی آب است، در رشد استخوان و حفظ تعادل بدن دخالت داشته، ولی به همان اندازه ، سولفات کلسیم به علت کمی قابلیت هضم ، ناراحتی هایی در دستگاه هاضمه بوجود می‌آورد.

گاهی توصیه می‌شود که جهت تامین بهداشت و سلامت مصرف کنندگان ، آهک به آب آشامیدنی افزوده شود. بعضی دانشمندان معتقدند، بهتر است کلسیم و منیزیم لازم بدن توسط غذا تامین شود و حتی‌الامکان از آبهای سبک برای شرب استفاده شود. باید توجه داشت که بدن نسبت به سنگینی موجود در آب مورد مصرف خود حساسیت دارد، چنانچه این نوشیدنی تغییر یابد، ممکن است در دستگاه گوارش ایجاد اخلال نماید و این موضوع را به اصطلاح آب به آب شدن می‌گویند.

زیانهای سختی آب:

1- ایجاد سوء هاضمه.

2- کدر کردن آب جوش.

3- گوارایی آب را کم میکند.

4- دیر شدن پخت و پز به ویژه در مورد حبوبات و سبزیجات.

5- سختی آب در واکنش با صابون، رسوبهایی ایجاد میکند که در منافذ پوست باقی می‌ مانند و باعث زبری پوست میشوند

6- ایجاد رسوب و اتلاف انرژی در لوله و دستگاههایی که آب گرم دارند.

7- مصرف پاک کننده بیشتر برای شستشو.

سختي موقت : سختی موقت (Temporary Hardner) را سختی کربناتی (Carbonate Hardner) نیز می‌نامند. این سختی ، مولود بی‌کربنات کلسیم و منیزیم است که عمدتا به کمک حرارت و یا استفاده از كربنات كلسيم از بين ميرود.

در اينجا بي كربنات ها به شكل كربنات رسوب كرده و سختي از بين مي رود.

سختي دائم : سختی دائم (Permanent Hardner) را سختی غیرکربناتی (Noncarbonate Hardner) نیز می‌نامند. این سختی ، با حرارت دادن قابل حذف نیست.

مولود كلريد، سولفات ، نيترات، هيدروكسيد، منيزيم ، و كلسيم است. براي از بين بردن سختي دائم از نرم كننده هاي يوني ( تبادل كننده هاي يوني ) مثل فسفات سديم استفاده مي شود.

سختي آب را بر حسب ppm كربنات كلسيم ( ميلي گرم كربنات كلسيم در 1 ليتر آب ) گزارش مي دهند.

وسایل :

بورت 25 ml – بشر 150 ml – بشر 250 ml – ارلن ماير 250 ml – پيپت حجم سنجي

مواد :

محلول كلريدريك اسيد 0.1 M استاندارد – شناساگر متيل اورانژ – يك نمونه از آب سخت

روش کار :

1- ارلن را شسته و 25 ميلي ليتر آب شهر ( آب سخت؛ تيتر شونده ) را در ارلن ميريزيم.

2- دو قطره متيل اورانژ ( شناساگر ) را به آن اضافه ميكنيم. ( متيل اورنژ براي تشخيص نقطه ي پاياني مورد استفاده قرار ميگيرد. ) مشاهده مي شود كه محلول به رنگ زرد در خواهد آمد.

3- بورت را با كمي HCl شستشو داده  و سپس بورت را با حجمي دلخواه ، از HCl  با غلظت 0.1 M پر مي كنيم.

4- HCl ( تيترانت ) را با بورت قطره قطره به محلول ارلن اضافه ميكنيم. مشاهده مي گرد كه محلول به رنگ نارنجي در خواهد آمد.

متيل اورانژ در محلول بازي به رنگ زرد و در محلول اسيدي نارنجي مي شود.

محاسبه :

نتيجه : طبق جدول زير به دست آوردن عدد 800 براي سختي آب غير طبيعي است. در اين آزمايش به علت عدم شستشوي كامل بورت و در نتيجه وجود مقداري از محلولي ديگر در آن باعث اشتباه در اندازه گيري ها شد.