موضوع : گزارشکار شیمی تجزیه2 نویسنده معین تاریخ ارسال دوشنبه 2 خرداد1390 در ساعت 23:16
هدف:
اندازه گيري غلظت مس توسط باز قوي (NaOH)
مقدمه و تئوري:
انواع روش های اندازه گيری پتانسيومتری: 1- روش مستقيم : الف)- منحنی کاليبراسيون ب)- افزايش محلول استاندارد 2- روش غير مستقيم: الف(تيتراسيون های پتانسيومتری ب)- تيتراسيون های ديفرانسيلی تيتراسيون های PH- سنجی در اين نوع تيتراسيون حجم معينی از محلول مجهول(اسيد يا باز) در بشر می ريزيم.
در داخل محلول الکترود ترکيبی PH را قرار می دهيم. از بورت بهn محلول بشر قطره قطره محلول استاندارد(باز يا اسيد) اضافه می کنيم به ازاء هر افزايش محلول استاندارد، PH را می خوانيم. از روی نمودار PH بر حسب حجم محلول استاندارد، نقطه هم ارزی تعيين می کنيم..
الکترود شيشه ای ترکيبی شامل: الکترودهای شيشه ای، الکترودهای مرجع داخلی و خارجی است. Ag │AgCl (s) │Cl-(aq) ││H+(aq) H+(aq) , Cl-(aq) │ Ag (aq) │AgCl (s) │Ag الکترود مرجع داخلی الکترود مرجع خارجی E = L – 0591/0 PH
پتانسيل سنجي potentiometric اندازه گيري اختلاف پتانسيل ما بين دو الکترود شناساگر و الکترود مرجع . الکترود شناساگريا انديکاتور: پتانسيل آن وابسته به غلظت گونه در تماس با آن است. الکترود مرجع، الکترودي که پتانسيل دقيقاً معيني دارد.
اهمیت استفاده از شناساگر مناسب در تیتراسیون
با استفاده از انواع شناساگر ، میتوان PH یک محلول را تعیین کرد. برای این کار لازم است محدوده PH تغییر رنگ شناساگر را بدانیم. در تیتراسیونهای اسید و باز هم لازم است که PKa شناساگر مورد استفاده به PH محلول مورد نظر نزدیک باشد، در غیر اینصورت آزمایش همراه با خطا خواهد بود. اگر شناساگر قبل از نقطه همارزی تغییر رنگ دهد، حجم نقطه پایان کمتر از نقطه همارزی )خنثی شدن اسید یا باز( است و اگر شناساگر بعد از نقطه هم ارزی تغییر رنگ دهد، حجم نقطه پایان بیشتر از نقطه هم ارزی است.
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 الکترودهاي شناساگر : الکترودهاي فلزي ، الکترودهاي غشایی
انواع الکترودهای فلزی: الکترودهاي مرتبه يک (کاتيون ها(Ag │Ag+ ( X M) الکترودهاي مرتبه دو (آنيون ها( Ag │KCl, AgCl الکترودهاي مرتبه سه (اکسايشي – کاهشي( Pt │Fe3+ (X M)
انواع الکترودهاي غشائي : 1- الکترود شيشه PH ، 2-يون گزين (ساير کاتيونها) 3- مايع غشائي 4- جامد و رسوبی 5-حساس به گاز
وسايل و مواد مورد آزمايش:
دستگاه PHمتري- هيتر- بورت- بشر- پيپت و پوآر- قيف- سولفات مس- NaOH- آب مقطر- مگنت-
شرح انجام آزمايش:
ابتدا يك بشر را بر مي داريم و داخل آن 25 ميلي ليتر سولفات مس مي ريزيم. بعد داخل بورت NaOH 0.05 نرمال مي ريزيم. دستگاه PH متري را داخل بشر قرار مي دهيم و تا جايي كه سر PH متري داخل محلول قرار گيرد آب مقطر اضافه مي كنيم(40 ميلي ليتر) . داخل بشر يك مگنت مي اندازيم. بعد در ادامه به ازاي هر 2 ميلي ليتر NaOH كه از بورت مي ريزيم عدد مورد نظر را يادداشت مي كنيم.و اين اعداد كاهش پيدا مي كنند و در يك نقطه جهشي ايجاد مي شود كه در ادامه با توجه به اعداد بدست آمده نمودار را رسم مي كنيم. و نمودار داراي يك پله مي باشد.
محاسبات:
1-غلظت محلول مجهول سولفات مس را با توجه به نقطه اكي والان به دست آوريد؟
۲- علت افزودن الكل اتيليك به محلول مجهول چيست؟
جواب: افزايش الکل اتيليک به محلول موجب مي شود که جهش ، در نقطه خنثي شديدتر باشد بدين دليل که انحلال نمک کم محلول را تقليل می دهد و از تشکيل ذرات کلوئيدي جلوگيري مي كند.
نتيجه گيري:
هر چه اسید وباز قوی تر باشند جهش در نقطه اکی والان زیادتر می شود و هر چه رو به ضعیف تر می رود جهش آن کمتر می شود بطوری که شاید تشخیص آن به سختی انجام شود.
منابع:
1-دستور كار آزمايشگاه تجزيه 2
2-Google- هدايت سنجي
3-كتاب تجزيه ي 1و2 –نويسنده:دكتر مقيمي- انتشارات:پوران پژوهش
4-كتاب روش هاي عملي آزمايشگا هي آلي وگل
مطلب بعدیییییی
موضوع : گزارشکار شیمی تجزیه2 نویسنده معین تاریخ ارسال سه شنبه 3 خرداد1390 در ساعت 11:45
هدف:تعيين غلظت مخلوطي از اسيد ضعيف ( CH3COOH) و اسيدقوي (HCL) توسط باز قوي (NaOH)
مقدمه و تئوري:
محلول هاي يوني مي توانند همانند اجسام رسانا ، الکتريسيته را از خود عبور دهند . وقتي اختلاف پتانسيل متناوب ثابتي را بين دو الکترود شناور در محلول هاي يوني اعمال مي کنند واکنش هاي الکترو شيميايي اکسيداسيون و احيا در سطح الکترود ها ظاهر نشده و جريان فارادي بوجود نمي آيد . ولي جرياني از محلول عبور مي کند که از مهاجرت متناوب يون ها در ميدان الکتريکي موجود بين دو الکترود نشات مي گيرد .اين شدت جريان معياري از هدايت الکتريکي يا رسانايي محلول بوده مقدار آن تابع غلظت است ، تحرک و بار الکتريکي يون هاي موجود در محلول و برخي ويژگي هاي حلال ، نظير ويسکوزيته ي آن مي باشد .
رسانايي محلول تابع قانون اهم بوده و با عکس مقاومت محلول برابر است : X=1/R بايد دانست که در ايجاد رسانايي محلول ها ، تمام ذرات باردار موجود در محلول شرکت نموده و جايگزيني يکي از آن ها با يک يون ديگر موجب تغيير رسانايي محلول مي گردد . اين امر اجازه مي دهد پيشرفت واکنش هايي را که در جريان آن ها ترکيب يوني محيط دستخوش تغيير مي شود با اندازه گيري مداوم رسانائي محيط دنبال نموده و با رسم منحني تغييرات X=F به تشخيص نقطه ي پايان موفق شدچنين روشي را به نام تعيين عيار هدايت سنجي مي نامند که از آن در تشخيص نقطه ي پايان اندازه گيري هاي اسيد _باز ، اکسيداسيون _ احيا ، ته نشيني ،پيدايش کمپلکس و نيز واکنش هاي مبادله ي يون و استخراج بهره مي گيرند .
بر اساس این جدول ، محلول های حاوی اسید های قوی ، بیشترین رسانایی را خواهند داشت ، در حالی که محلول های حاوی اسید های ناتوان از رسانایی کمتری بر خوردارند . از سوی دیگر رسانایی اسید های قوی در جریان خنثی کردن آن ها بوسیله باز های قوی به تدریج کاهش یافته ، در نقطه ی پایان به کمترین حد خود می رسد و پس از آن با افزایش باز قوی ، مجددا رسانایی محلول افزایش می یابد در حالی که در جریان خنثی کردن اسید های ناتوان به وسیله ی باز های قوی ،رسانایی محلول از ابتدا افزایش یافته و پس از نقطه ی پایان ، این افزایش تشدید می شود .
برای اندازه گیری رسانای محلول ها ،از هدایت سنج استفاده می شود . این دستگاه پل وتستونی است که یکی از بازو های آن را الکترود یا سلول هدایت سنج تشکیل می دهد . سه بازوی دیگر پل وتستون در درون دستگاه تعبیه شده است.
عوامل موثر بر روی هدایت :
هدایت وابسته به غلظت ، بار و هدایت یونی معادل یون مورد نظر می باشد * هدایت یونی معادل بخاطر برهم کنش های یونی و تفاوت در میزان تحرک یون های مختلف بوجود می آید و در واقع وابسته به ماهیت یون مورد نظر می باشد . * هدایت یونی محلول حاوی یک اکی والان از یون مورد نظر که در الکترود به فاصله ی یک سانتی متر از هم قرار دارند . * ثابت سل ، نسبت فاصله ی دو سل هدایت سنج به مساحت آنها . * جایی سراغ هدایت سنج می رویم که در خلال آزمایش تحول گونه های یونی را از حیث یا ماهیت داشته باشیم .تیتراسیون هدایت سنجی یعنی کاربرد روش هدایت سنجی برای تعیین نقطه ی هم ارزی یک تیتراسیون
برای داشتن تیتراسیون موفق باید 4 شرط در آن برقرار باشد :
-1 شرط سینتیکی (سرعت مناسب) 2 -شرط ترمودینامیکی _ کمی بودن واکنش -3 مناسب از لحاظ استوکیومتری -4 داشتن شناساگر مناسب جهت تعیین نقطه ی هم ارزی
اگر هرکدام از شرایط بالا برقرار نباشد نمی توان تیتراسیون را انجام داد و باید از روش غیر مستقیم برای مشخص کردن نقطه ی هم ارزی استفاده کرد . هدایت سنجی از روش های غیر مستقیم الکترو شیمیایی است و در آن بر اساس تغییرات هدایت درون محلول می توان مقدار ماده ی مورد نظر را اندازه گیری کرد . رسانایی الکتریکی برای اجسام بسته به نوع آنها متفاوت خواهد بود : 1_ الکترونی خواهد بود برای فلزات 2_ الکترولیتی خواهد بود برای الکترولیت ها . برای هر دو مورد رسانایی الکتریکی دارای قانون یکسانی خواهد بود ، و آن قانون یکسان قانون اهم است . R=E/I
وسايل و مواد مورد آزمايش:
دستگاه هدايت سنج- هيتر- بورت- بشر- پيپت و پوآر- قيف- HCL- NaOH- CH3COOH- آب مقطر- مگنت-
شرح انجام آزمايش:
ابتدا يك بشر را بر مي داريم و داخل آن 40 ميلي ليتر 0.01M CH3COOH و 10 ميلي ليتر HCL
0.01M مي ريزيم. بعد داخل بورت NaOH 0.1M مي ريزيم. دستگاه هدايت سنج را داخل بشر قرار مي دهيم و تا جايي كه سر هدايت سنج داخل محلول قرار گيرد آب مقطر اضافه مي كنيم و حجم آن را يادداشت مي كنيم(40 ميلي ليتر).داخل بشر يك مگنت مي اندازيم. بعد در ادامه به ازاي هر 0.5 ميلي ليتر NaOH كه از بورت مي ريزيم عدد مورد نظر را يادداشت مي كنيم.و اين اعداد در ابتدا كاهش پيدا مي كند و بعد افزايش مي يابد.در ادامه با توجه به اعداد بدست آمده نمودار را رسم مي كنيم.
نتيجه گيري:
از اين آزمايش نتيجه مي گيريم وقتي كه مخلوطي از اسيد قوي(HCL) و اسيد ضعيف(CH3COOH) را با NaOH 0.1M تيتر مي كنيم در ابتدا H اسيد قوي مصرف مي شود و نقطه اكي والان اول مربوط به HCL مي باشد و نقطه دوم مربوط به مصرف H اسيد استيك مي باشد و بعد در ادامه Na باعث افزايش هدايت مي شود.
منابع:
1-دستور كار آزمايشگاه تجزيه 2
2-Google- هدايت سنجي
3-كتاب تجزيه ي 1و2 – نويسنده:دكتر مقيمي- انتشارات:پوران پژوهش
4-كتاب روش هاي عملي آزمايشگا هي آلي وگل
مطلبب بعدیییییییی
موضوع : گزارشکار شیمی تجزیه2 نویسنده معین تاریخ ارسال دوشنبه 2 خرداد1390 در ساعت 23:16
هدف:
اندازه گيري غلظت مس توسط باز قوي (NaOH)
مقدمه و تئوري:
انواع روش های اندازه گيری پتانسيومتری: 1- روش مستقيم : الف)- منحنی کاليبراسيون ب)- افزايش محلول استاندارد 2- روش غير مستقيم: الف(تيتراسيون های پتانسيومتری ب)- تيتراسيون های ديفرانسيلی تيتراسيون های PH- سنجی در اين نوع تيتراسيون حجم معينی از محلول مجهول(اسيد يا باز) در بشر می ريزيم.
در داخل محلول الکترود ترکيبی PH را قرار می دهيم. از بورت بهn محلول بشر قطره قطره محلول استاندارد(باز يا اسيد) اضافه می کنيم به ازاء هر افزايش محلول استاندارد، PH را می خوانيم. از روی نمودار PH بر حسب حجم محلول استاندارد، نقطه هم ارزی تعيين می کنيم..
الکترود شيشه ای ترکيبی شامل: الکترودهای شيشه ای، الکترودهای مرجع داخلی و خارجی است. Ag │AgCl (s) │Cl-(aq) ││H+(aq) H+(aq) , Cl-(aq) │ Ag (aq) │AgCl (s) │Ag الکترود مرجع داخلی الکترود مرجع خارجی E = L – 0591/0 PH
پتانسيل سنجي potentiometric اندازه گيري اختلاف پتانسيل ما بين دو الکترود شناساگر و الکترود مرجع . الکترود شناساگريا انديکاتور: پتانسيل آن وابسته به غلظت گونه در تماس با آن است. الکترود مرجع، الکترودي که پتانسيل دقيقاً معيني دارد.
اهمیت استفاده از شناساگر مناسب در تیتراسیون
با استفاده از انواع شناساگر ، میتوان PH یک محلول را تعیین کرد. برای این کار لازم است محدوده PH تغییر رنگ شناساگر را بدانیم. در تیتراسیونهای اسید و باز هم لازم است که PKa شناساگر مورد استفاده به PH محلول مورد نظر نزدیک باشد، در غیر اینصورت آزمایش همراه با خطا خواهد بود. اگر شناساگر قبل از نقطه همارزی تغییر رنگ دهد، حجم نقطه پایان کمتر از نقطه همارزی )خنثی شدن اسید یا باز( است و اگر شناساگر بعد از نقطه هم ارزی تغییر رنگ دهد، حجم نقطه پایان بیشتر از نقطه هم ارزی است.
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 الکترودهاي شناساگر : الکترودهاي فلزي ، الکترودهاي غشایی
انواع الکترودهای فلزی: الکترودهاي مرتبه يک (کاتيون ها(Ag │Ag+ ( X M) الکترودهاي مرتبه دو (آنيون ها( Ag │KCl, AgCl الکترودهاي مرتبه سه (اکسايشي – کاهشي( Pt │Fe3+ (X M)
انواع الکترودهاي غشائي : 1- الکترود شيشه PH ، 2-يون گزين (ساير کاتيونها) 3- مايع غشائي 4- جامد و رسوبی 5-حساس به گاز
وسايل و مواد مورد آزمايش:
دستگاه PHمتري- هيتر- بورت- بشر- پيپت و پوآر- قيف- سولفات مس- NaOH- آب مقطر- مگنت-
شرح انجام آزمايش:
ابتدا يك بشر را بر مي داريم و داخل آن 25 ميلي ليتر سولفات مس مي ريزيم. بعد داخل بورت NaOH 0.05 نرمال مي ريزيم. دستگاه PH متري را داخل بشر قرار مي دهيم و تا جايي كه سر PH متري داخل محلول قرار گيرد آب مقطر اضافه مي كنيم(40 ميلي ليتر) . داخل بشر يك مگنت مي اندازيم. بعد در ادامه به ازاي هر 2 ميلي ليتر NaOH كه از بورت مي ريزيم عدد مورد نظر را يادداشت مي كنيم.و اين اعداد كاهش پيدا مي كنند و در يك نقطه جهشي ايجاد مي شود كه در ادامه با توجه به اعداد بدست آمده نمودار را رسم مي كنيم. و نمودار داراي يك پله مي باشد.
محاسبات:
1-غلظت محلول مجهول سولفات مس را با توجه به نقطه اكي والان به دست آوريد؟
۲- علت افزودن الكل اتيليك به محلول مجهول چيست؟
جواب: افزايش الکل اتيليک به محلول موجب مي شود که جهش ، در نقطه خنثي شديدتر باشد بدين دليل که انحلال نمک کم محلول را تقليل می دهد و از تشکيل ذرات کلوئيدي جلوگيري مي كند.
نتيجه گيري:
هر چه اسید وباز قوی تر باشند جهش در نقطه اکی والان زیادتر می شود و هر چه رو به ضعیف تر می رود جهش آن کمتر می شود بطوری که شاید تشخیص آن به سختی انجام شود.
منابع:
1-دستور كار آزمايشگاه تجزيه 2
2-Google- هدايت سنجي
3-كتاب تجزيه ي 1و2 –نويسنده:دكتر مقيمي- انتشارات:پوران پژوهش
4-كتاب روش هاي عملي آزمايشگا هي آلي وگل
یک محلول الکترولیتی حامل جریان الکتریسیته بوده و می توان قانون اهم را (E=IR) در مورد آن به کار برد . I شدت جریان عبور کرده از محلول بر حسب آمپر ، E اختلاف پتانسیل اعمال شده بر حسب ولت و و R مقاومت محلول بر حسب اهم می باشد . هدایت (conductance)محلول ، معکوس مقاومت محلول تعریف شده و با علامت c نشان داده می شود . C = 1/R
هدایت محلول بستگی به ابعاد الکترود هایی داردکه جریان الکتریسیته از آن عبور می کند هدایت محلول متناسب با معکوس فاصله بین دو الکترود (L ) و هم چنین متناسب با مساحت سطح مقطع الکترود(A)می باشد . C = K A/L
ثابت K هدایت مخصوص (specific conductance ) نامیده می شود و واحد آن ) ohm-1 (cm-1 می باشد . نسبت l/A که اندازه ای از ابعاد سل محتوی الکترولیت می باشد ، ثابت سل نامیده می شود و با علامت θ نشان داده می شود : = L/A θ
بدیهی است که ثابت θ می تواند cm-1 باشد . معادله C = K A/L می تواند به صورت زیر بازنویسی شود : C = K / θ
به عبارت دیگر حاصل ضرب هدایت محلول در ثابت سل ، هدایت مخصوص محلول را می دهد .
همانطور که میدانیم یونهای موجود در هر محلول سبب هدایت جریان الکتریسیته توسط آن محلول می شوند و چون یونهای مختلف از نظر قابلیت هدایت جریان الکتریسیته با هم اختلاف دارند باید کمیتی برای جریان الکتریسیته در نظر گرفت تا بر میبنای آن بتوان قابلیت هدایت یونها ی مختلف را با هم مقایسه کرد و نسبت به هم سنجید .
کمیت انتخاب شده برای این منظور را به نام هدایت اکی والان نامیده و با λ نمایش می دهند . می توان آنرا به صورت زیر تعریف نمود :
هدایت اکی والان یک یون ، عبارت است از هدایت حجمی از محلول که شامل یک اکی والان گرم از آن یون ، به شرط آنکه این حجم بین دو الکترود موازی که فاصله آنها از هم برابر یک سانتی متر و سطح هر یک از آنها از نظر عددی برابر حجم محلول بر حسب میلی لیتر باشد واقع شود .
باید توجه داشت که در محلول یک الکترولیت بیش از یک یون وجود دارد و به همین دلیل کمیتی که به عنوان مرجع برای سنجش قابلیت هدایت محلول یک الکترولیت در نظر میگیرند هدایت اکی والان محلول آن الکترولیت است که با0 Λ نمایش داده شده و به صورت زیر تعریف می شود :
چنانچه محلولی شامل یک اکی والان گرم از یک الکترولیت بوده و حجم آن به اندازه ای باشد که سبب رقت زیاد و در نتیجه تفکیک کامل الکترولیت شود ، در این صورت هدایت مربوط به این حجم محلول هدایت ای والان آن است . به شرطی که حجم فوق بین دو الکترود موازی به فاصله یک سانتی متر و سطح مساوی با مقدار حجم ( عددی ) محلول واقع شود .
از آنجایی که قابلیت هدایت یک خاصیت جمعی است باید هدایت اکی والان یک لیتر را برابر مجموع هدایت های اکی والان یونهای سازنده آن الکترولیت دانست . به عنوان نمونه در مورد الکترولیت AB می توان نوشت : BλΛο = λA +
قدرت هدایت یونها در یک اکی والان گرم از یک الکترولیت با کاهش غلظت الکترولیت ، زیاد می شود و به یک حدی در محلولهای خیلی رقیق می رسد . اینمقدار به عنوان هدایت اکی والان در رقت بی نهایت ، با علامت Λο و گاهی ∞Λ ، شناخته می شود . اندیس های ο و ∞ به ترتیب دلالت بر غلظت صفر و رقت بی نهایت محلول دارد . بر طبق قانون کوهلروش (kohlyauschs low ) ، مهاجرت یونها در محلول مستقل از یکدیگر بوده و می توان نوشت : BλΛο = λA +
سلول هدایت سنج :
آنچه به نام سلول همراه یک دستگاه هدایت سنج می باشد و به دستگاه وصل می شود ، تا با فرو بردن آن در محلول هدایت مخصوص را اندازه گیری کنید در واقع دو الکترود است . برای ثابت ماندن مقدار و شکل هندسی و حجمی از محلول که در آنها قرار می گیرد ، کارخانه های سازنده آنها را روی سطوح شیشه ای ثابت کرده و به صورت یک واحد در اختیار قرار می دهند .
حال اگر فاصله دو الکترود یک سلول برابر L سانتیمتر و سطح الکترود آن S سانتی متر مربع فرض شود ، هدایت مربوط به حجمی از محلول که در این سلول جای می گیرد ، به صورت زیر داده می شود :
نسبت S/L به نام ثابت سلول نامیده می شود و به علت ثابت بودن L و S مقداری است ثابت .
هدایت مخصوص محلول = ثابت سلول × K c
ثابت سلول از مشخصات آن سلول بوده و معمولا با ذکر ابعاد مربوط در روی آن نوشته شده است . چنانچه ثابت سلول را در دستگاه ذکر نکرده باشند ، می توان با استفاده از محلولی با هدایت مخصوص معلوم آن را تعیین کرد .
Kc یعنی هدایت مخصوص از مشخصات هر محلول است و عبارت است از هدایت مربوط به یک سانتی متر مکعب از آن محلول ، نه هدایت مربوط به حجمی از آن محلول که سلول را پر کرده است و به همین دلیل درجه بندی اغلب دستگاههای هدایت سنج با در نظر گرفتن سلولی که همراه دستگاه است و مورد استفاده قرار می گیرد ، تنظیم می شود تا ضمن اندازه گیری مستقیما هدایت مخصوص محلول مورد اندازه گیری روی صفحه دستگاه خوانده شود .
دستگاه هدایت سنجی که در این آمایش مورد استفاده قرار می گیرد به جای اهم با زیمنس درجه بندی شده
است .
K = زیمنس × Cm -1
اجزای زیمنس که در دستگاه درجه بندی شده اند عبارتند از :
میلی زیمنس mS = 10-3 S
میکرو زیمنس mμ = 10-6 S
در مورد الکترولیت های قوی تجربه نشان می دهد :
Λο=Λ∞-kc√c
که kc یک ثابت تجربی می باشد . شکل زیر بستگی هدایت اکی والان الکترولیت های مختلف را با جذز غلظت نشان می دهد .. براساس بستگی هدایت اکی والان با جذز غلظت ، مطابق شکل دو نوع الکترولیت قابل تشخیص می باشد : الکترولیت های قوی ، نظیر اغلب نمکها و اسید هایی همچون هیدروکلریک ، نیتریک و سولفات که دارای هدایت اکی والان بالا بوده و به ملایمت با افزایش رقت محلول زیاد می شود و الکترولیت های ضعیف نظیر اسید استیک و دیگر اسید های آلی و محلول آبی ، آمونیاک ، که دارای هدایت اکی والان خیلی کمتری در غلظت بالا می باشند ، لاکن مقدار آن با افزایش رقت محلول ، خیلی زیاد افزایش می یابد .
هدف آزمايش : تیتراسیون PH متری NaOH و HCl و رسم منحنی تیتراسیون
مقدمه :
ا لکتروشيمي چيست؟ الکتروشيمي مبحثي در شيمي است که درمورد تبديل انرژي شيميايي به الکتريکي و بالعکس بحث مي کند. در سلول هاي گالواني، انرژي شيميايي به الکتريکي تبديل مي شود. در سلول هاي الکتروليز انرژي الکتريکي به شيميايي تبديل مي شود. سلول شيميايي : هر سلول شيميايي در واقع يک واکنش اکسايشي - کاهشي است. هر واکنش اکسايشي -کاهشي شامل دو نيم واکنش است. هر نيم واکنش يک الکترود مي باشد. نيم واکنش اکسايش، آند ونيم واکنش کاهش،کاتد نام دارد. مثال در مورد يک سلول الکتروشيميايي : يک ظرف شامل محلول سولفات مس که در آن تيغه مسي قرار دارد. Cu² + 2e →Cu يک ظرف شامل محلول سولفات روي که در آن تيغه اي از روي قرار دارد. Zn → Zn² + 2e اگر ظرف ها را با پل نمکي به هم و دو تیغه را نیز بهم وصل کنيم ، جريان برق توليد مي شود. Cu² + Zn → Zn² + Cu
تئوری آزمایش:
پتانسیل سنجی potentiometric
اندازه گیری اختلاف پتانسیل ما بین دو الکترود شناساگر و الکترود مرجع . الکترود شناساگریا اندیکاتور: پتانسیل آن وابسته به غلظت گونه در تماس با آن است. الکترود مرجع: الکترودی که پتانسیل دقیقاً معینی دارد. انواع الکترودهای مرجع : الکترود استاندارد هیدروژن - کالومل و نقره - نقره کلرید انواع الکترودهای شناساگر : الکترودهای فلزی ، الکترودهای غشایی
انواع الکترودهای فلزی: الکترودهای مرتبه یک (کاتیون ها( Ag │Ag+ (X M) الکترودهای مرتبه دو (آنیون ها( Ag │KCl, AgCl) الکترودهای مرتبه سه (اکسایشی – کاهشی) ( Pt │Fe3+ (X M)انواع الکترودهای غشائی :1- الکترود شیشه PH ، 2-یون گزین (سایر کاتیونها) 3- مایع غشائی 4- جامد و رسوبی 5-حساس به گاز انواع روش های اندازه گیری پتانسیومتری:1- روش مستقیم : الف)- منحنی کالیبراسیون ب)- افزایش محلول استاندارد 2- روش غیر مستقیم: الف)تیتراسیون های پتانسیومتری ب)- تیتراسیون های دیفرانسیلی تیتراسیون های PH- سنجی در این نوع تیتراسیون حجم معینی از محلول مجهول(اسید یا باز) در بشر می ریزیم. در داخل محلول الکترود ترکیبی PH را قرار می دهیم.nml از بورت به محلول بشربه صورت قطره قطره محلول استاندارد(باز یا اسید) اضافه می کنیم به ازاء هر افزایش محلول استاندارد، PH را می خوانیم. از روی نمودار PH بر حسب حجم محلولn استاندارد، نقطه هم ارزی تعیین می کنیم.
الکترود شیشه ای ترکیبی شامل:الکترودهای شیشه ای، الکترودهای مرجع داخلی و خارجی است. Ag │AgCl (s) │Cl-(aq) ││H+(aq) H+(aq) , Cl-(aq) │ Ag (aq) │AgCl (s) │Ag
نکات اولیه در PH سنجی: باید طبق دستورالعمل شرکت سازنده الکترود را نگهداری کرد. قبل از استفاده کردن از الکترود از سالم و پر بودن از محلول الکترولیت اطمینان حاصل کرد. دستگاه PH متر را بر اساس دستورالعمل های شرکت سازنده، با محلول های بافر با PH دقیقاً معلوم درجه بند ی(کالیبره) نمود. خطاها در اندازه گیری PH :خطای قلیایی در 9خطا در محلول های خنثی، تعادل دیر برقرار می شود. انواع تیتراسیون های PH سنجی:اسید قوی - باز قوی؛ مثل اسید کلرید ریک با سود و یا بالعکس اسید ضعیف - باز قوی؛ مثل اسید استیک با سود و یا بالعکس باز ضعیف - اسید قوی؛ مثل آمونیاک با اسید کلرید ریک اسید ضعیف - باز ضعیف؛ مثل آمونیاک با اسید استیک روش های تعیین نقطه هم ارزی در تیتراسیون های PH متری و پتانسیل سنجی: الف)- رسم نمودار PH یا ( E اختلاف پتانسیل) بر حسب حجم تیترا نت ب)- رسم نمودار بر حسب حجم تیترانت (V) ج)- رسم نمودار بر حسب حجم تیترانت(V) د)-روش Gran با توجه به شکل نمودار ،انتخاب روش صحییح تعیین نقطه هم ارزی
روش های تعیین نقطه هم ارزی در نمودارهای PH بر حسب V :1-روش نصف کردن 2-روش رسم بهتدین دایره 3- روش رسم متوازی الاضلاع با توجه به شکل نمودار PH یاE(اختلاف پتانسیل) برحسب V باید یکی از روش های فوق را انتخاب نمود.
کالیبراسیون PH متر:
برای کالیبراسیون PHمتر ابتدا باید دمای محلول بافر را به دستگاه بدهیم زیرا PH با تغییر دما تغییر می کند چون غلظت با دما تغییر می کند. سپس دو بافر با PH4 و 9 را در 2 بشر می سازیم و الکترود دستگاه را در بافر 4 قرار داده و با دکمه ی Standard ، PH را بر روی 4 تنظیم می کنیم و سپس با بافر PH 9 هم این کار را انجام می دهیم . و بعد از انجام کالیبراسیون الکترود را با آب مقطر شسته و درون آب مقطر نگه داری می کنیم و تا آخر آزمایش دستگاه را خاموش نمی کنیم. (در این جا ما براي كاليبراسيون از بافر 4 و 7 استفاده کردیم).
مواد مورد نیاز:
1- اسید قوی (مجهول) ، سود 0.1 مولار
2- بشر و ارلن
3- استوانه مدرج
4- مگنت
5- بورت
6- دستگاه PH متر و دستگاه همزن برقي
7- شناساگر متیل اورنژ
8- پیست پر از آب مقطر
9- گیره
10- الكترود شيشه
شرح آزمايش :
ابتدا اسید HClمجهول را داخل ارلن 100سی سی ريختيم و بوسیله آب مقطر به حجم رسانديم . سپس بوسیله استوانه مدرج 25 سی سی از اسید مجهول را برداشتيم و داخل بشر ريختيم و 2قطره شناساگر متيل اورنژ اضافه كرديم كه رنگ محلول قرمز رنگ شد. مگنت را در بشر انداختيم.50 سی سی هم آب مقطربه داخل بشر اضافه كرديم بشرراروی دستگاه همزن قرار داديم. سپس الكترود شيشه را وصل کرديم و سر آنرا داخل بشر قرار داديم آنگاه دستگاه PHمتر را بوسيله ي محلول بافر داراي ph=7 وPH=4 كاليبره كرديم. دستگاه همزن را روشن كرديم تا مگنت شروع به چرخش کند( بايد دقت كنيم كه مگنت با سر كالومل برخورد نكند) دستگاه PH متررا روشن كرديم . قبل از شروع تیتراسیون PH را خوانديم.برای انجام تیتراسیون ابتدا یک بورت تمیز که با آب مقطرآبکشی شده بود و داخل آن سود ریخته بوديم را بوسیله پایه دربالای بشرقرار داديم بطوریکه زمانیکه شیر بورت را باز می کنیم ، قطرات سود داخل بشر بریزد و بعد تیتراسیون را شروع كرديم ، از یک تا 10 سی سی را 1 سی سی 1 سی سی طی كرديم و بعد از10 سی سی را بصورت 0.2 سی سی طی كرديم.برای اینکه بتوانیم جهش هارا رویت کنیم . سپس از 13سي سي به بعد باز دوباره 1 سي سي 1سي سي اضافه كرديم(فقط یک جهش داریم).
(رنگ محلول بعد از اضافه كردن ميلي ليتر از سود به نارنجي تغيير يافت)PH های بدست آمده را یادداشت می کنیم.نمودارها را رسم می كنيم:
تکالیف:
نقطه اکی والان را مشخص كنيد(با كمك نمودارهاي رسم شده)و با نقطه اكي والان حاصل از معرف شيميايي مقايسه كنيد؟
نقطه اکی والان به وسيله ي نمودار بر حسب سود مصرفي برابر 11ميلي ليتر بود اما نقطه اكي والان حاصل از معرف شيميايي برابر ميلي ليتر سود مصرفي بود.
غلظت اسيد مجهول را به روش استوكيومتري بدست آوريد؟
موارد خطا :
زمانی که مقادیر یک میلی لیتر محلول درون بورت را در بشر اضافه می کنیم باید کمی صبر نمود تا محلول درون بشر کمی هم زده شود و عدد نمایشگر PH ثابت شود سپس آن را یاد داشت می نماییم.
سوالات استاد :
1) در PHمتر چند نوع الكترود به كار ميرود؟
2) چرا الكترود PHمتر در محيط آبي نگهداري ميشود؟
3) يونهاي مزاحم در PHمتر اسيد و باز چه يونهايي و چرا مزاحم هستند؟
4) علت استفاده از پل نمكي چيست؟ تركيب آن چيست ؟ چرا از اين تركيب استفاده ميشود ؟
5) علت كاليبره كردن الكترود شيشه چيست ؟از چه بافرهايي براي كاليبراسيون استفاده ميشود ؟
6) انواع خطاها در اندازه گيري الكترود شيشه را نام ببريد و توضيح دهيد ؟
7) در الكترود شيشه اي كه با آن كار كرديد الكترود شاخص و الكترود مرجع از چه جنسي بودند ؟
جواب سوالات استاد :
1) دو نوع الكترود به كار ميرود :يك اتكترود انديكاتور(شناساگر) و يك الكترود رفرنس(مرجع)
2) الكترود در حالت عدم استفاده بايد در محلول آبي نگهداري شود .به طوري كه لايه ژل آبدار شيشه خشك نگردد و در نتيجه پاسخ پايداري در مراحل طولاني مدت به دست آيد. در عمل، سطوح يك غشاي شيشه اي بايد آب پوشيده باشد تا اينكه بتواند نسبت به ph فعاليت نشان دهد .البته در صورت خشك شدن ،پس از قرار گرفتن در آب به مدت چند ساعت ،حساسيت آن دوباره برمي گردد.
3) يونهاي مزاحم ،يونهاي فلزات قليايي موجود در محلول بازي هستند مانند يونهاي تك بار مثبت Na چون اندازه كوچك دارند وارد لايه هيدراته ميشوند و جايگزين هيدروژن ميشوند به جاي يون هيدروژن جايگزين ميشوند بنا براين در محاسبه PH خطا ايجاد ميشود .
4) براي اتصال دو نيم سل يك پيل الكتروشيميايي به جاي صفحه تراوا مي توان از پل نمكي استفاده نمود .پل نمكي لوله U شكل ميباشد كه داخل آن پر از محلول اشباع از KCL يا KI و يا KNO3 ميباشد و دو سر آن را با پشم شيشه يا پنبه نسوز(به عنوان صفحه تراوا عمل مي نمايد)مي گذاريم .استفاده از پل نمكي به جاي صفحه تراوا بهتر مي باشد.
5) با استفاده مكرر ممكن است الكترود شيشه كارايي خوب خود را از دست بدهدلذا توصيه ميشود كه در اين شرايط الكترود را با اسيد HF رقيق بشوييم قابليت صحيح كار كردن الكترود شيشه را بايد با استاندارد كردن آن با دو محلول بافر در PHهاي جداگانه(مثلا در 4 و 7) تصحيح نمود كه به اين عمل كاليبره كردن مي گويند.
6) خطاي قليايي :كه در PH بالاتر از 9 رخ ميدهد .بنابراين PH گزارش شده كمتر از مقدار واقعي است .خطاي اسيدي :در PH كمتر از 0.5 رخ مي دهد و PH گزارش شده بيش از مقدار واقعي است .خطا در محلول خنثي :تعادل دير برقرار مي شود
7) الكترود مرجع: الكترودكالومل - الكترود شاخص:الكترود شيشه بود .
نتيجه گيري :
هر چه اسید وباز قوی تر باشند جهش در نقطه اکی والان زیادتر می شود و هر چه رو به ضعیف تر می رود جهش آن کمتر می شود بطوری که شاید تشخیص آن به سختی انجام شود.
گزارشکار آزمایشگاه شیمی فیزیک 2 (شماره 10)
نام آزمایش : دیاگرام فازی سیستم های سه جزیی
یکی دیگر از آزمایشاتی که دانشجویان شیمی باید در درس آزمایشگاه شیمی فیزیک 2 در آزمایشگاه انجام داده و گزارشکار آن را تحویل دهند آزمایش بررسی دیاگرام فازی سیستم های سه جزیی می باشد که در صفحات قبل یک گزارشکار درباره این آزمایش را برای شما عزیزن قرار داده بودیم در اینجا یک گزارشکار دیگر از این آزمایش را برای شما عزیزان قرار داده ایم که در آن سه مایع به کار رفته و نتایج بدست آمده از آن متفاوت با گزارشکار قبلی است امیدوارم مفید واقع شود.
مقدمه و تئوری :
فاز کلمه فاز یک واژه یونانی و به معنی ظاهر است. یک فاز حالتی از ماده است که بطور کامل یکنواخت میباشد، این یکنواختی نه فقط از لحاظ ترکیب شیمیایی است، بلکه شامل حالت فیزیکی هم میشود. از این رو از فازهای جامد ، مایع و گاز یک ماده و از فازهای جامد مختلف آن ماده (مانند فسفر سیاه و فسفر سفید) سخن به میان میآوریم.
جز منظور از جز ، گونه موجود در سیستم ، مانند حل شده و حلال در یک سیستم دوتایی میباشد.
تعداد فازها تعداد فازها در سیستم را با P نشان میدهیم. یک گاز یا یک مخلوط گازی ، یک بلور و بالاخره دو مایع کاملا امتزاج پذیر همگی فقط یک فاز را تشکیل میدهند. گرچه ممکن است یخ به قطعات کوچکتری خرد شود، ولی فقط یک فاز دارد (P =1)، محلول آب و یخ سیستم دو فازی میباشد (2P =)، گرچه مشخص کردن مرز بین این فازها مشکل است. آلیاژی از دو فلز امتزاج یک سیستم دو فازی میباشد (2P =)، در حالی که اگر امتزاج پذیر باشند، یک سیستم یک فازی است (P = 1). از این مثال استنباط میشود که قضاوت در این مورد که آیا سیستمی یک یا دو فاز دارد، همیشه آسان نیست.
تعداد اجزا کمترین تعداد گونههای مستقلی که برای مشخص نمودن ترکیب تمام فازها در سیستم لازم است، را تعداد اجزا مینامیم و آن را با C نمایش میدهیم. اگر گونههای موجود در سیستم ترکیب نشوند، به آسانی میتوان از این تعریف استفاده کرد. برای مثال ، آب خالص سیستم یک جزئی (1C =) و مخلوط آب –اتانول سیستم دو جزئی (C =2) است. اگر گونهها با هم ترکیب شوند و در تعادل قرار گیرند، باید مفهوم تمام فازها در این تعریف را مد نظر داشته باشیم.
قانون فاز
در سیستم یک جزئی (1C =) اگر فقط یک فاز وجود داشته باشد (1P =)، فشار و دما میتوانند بطور مستقل تغییر کنند. اگر واریانس (F) سیستم را به صورت تعداد متغیرهای شدتی تعریف کنیم که میتواند به طور مستقل تغییر کند، بدون آنکه اختلالی در تعداد فازهای در حال تعادل سیستم بنماید، در این صورت است. به عبارت دیگر ، سیستم ما ، سیستم دو وردا یا دو واریانسی میباشد و دو درجه آزادی دارد. گیبس یکی از برازندهترین محاسبات ترمودینامیکی شیمیایی قانون فاز را بدست آورد. این قانون ، رابطه کلی بین واریانس (F) و تعداد اجزا (C) و تعداد فازهای در حال تعادل (P) برای سیستمی با هر ترکیبی برقرار میکند: 2F = C - P +
سیستم یک جزئی
برای سیستم یک جزئی مانند آب خالص چنین داریم: F = 3 - P
اگر فقط یک فاز موجود باشد، در این صورت 2 F = است، یعنی T و P میتواند بطور مستقل تغییر کند. به عبارت دیگر ، یک فاز تنها با یک سطح در نمودار فاز نشان داده میشود. اگر فقط دو فاز در حال تعادل باشد، 1 F = است که در این صورت اگر دما را انتخاب کنیم، فشار به دلخواه تغییر نمیکند. به عبارت دیگر ، تعادل بین دو فاز در نمودار فاز با یک خط نماشی داده میشود. میتوانیم به جای دما ، فشار را انتخاب کنیم، لیکن این کار را باید طوری انجام دهیم که دو فاز در دمای معین به تعادل برسند. بنابراین ، انجماد (یا هر تبدیل فازی) در یک فشار معین در دمای خاصی اتفاق میافتد.
اگر سه فاز در حال تعادل باشند، 0 F = است. این حالت بی واریانس فقط میتواند در شرایط دما و فشار خاصی اتفاق بیافتد. بنابراین تعادل بین سه فاز با یک نقطه به نام نقطه سه گانه در نمودار فاز نشان داده میشود.
در سیستم یک جزئی ، چهار فاز نمیتواند در تعادل باشد، چون F نمیتواند منفی باشد.
سیستمهای دو جزئی
اگر دو جز در سیستم وجود داشته باشد، C =2 و F = 4 - P ، فشار را جهت سهولت ثابت نگه میداریم (برای مثال در 1atm) تا یک درجه آزادی کنار گذاشته شود. در این صورت رابطه را برای واریانس باقیمانده مینویسیم. یکی از درجات آزادی باقیمانده ، دماست و دیگری ترکیب سیستم (کسر مولی یکی از اجزا) میباشد. بنابراین میتوانیم تعادلات فازی سیستم را بر روی نمودار فاز دما _ ترکیب ترسیم کنیم. یک خط عمودی در چنین نمودار فازی ، سیستمی را با ترکیب یکسان و دماهای مختلف نشان میدهد و همترکیب نامیده میشود. ( این واژه ، از کلمه یونانی به معنای مقدار یکسان گرفته شده است.)
نمودارهای فاز مایع _ مایع
ابتدا سیستمهای دو تایی شامل دو مایع با امتزاج پذیری محدود را در نظر میگیریم. دو مایع در چنین سیستمهایی در هر دمایی به هر نسبتی حل نمیشود. هگزان و نیترو بنزن یک نمونه از چنین مواردی است. اگر بخواهیم نمودار دما _ ترکیب دو ماده را رسم کنیم، خواهیم دید که دما بر روی ترکیب دو فاز در حال تعادل اثر دارد. در مورد هگزان و نیترو بنزن ، افزایش دما باعث ازدیاد امتزاج پذیری میشود. از آنجایی که در دمای بالاتر ، غلظت حل شوندهها در فازهای در حال تعادل بیشتر میباشد (یعنی فاز غنی نسبت به B ، A بیشتری در خود دارد و فاز غنی نسبت به A ، B بیشتری دارد)، تفاوت ترکیب دو فاز کمتر است. میتوان با تکرار این مشاهدات در دماهای مختلف و رسم منطقه دو فازی ، نمودار فاز را ترسیم کرد.
نمودارهای فاز مایع _ جامد
فازهای جامد و مایع یک سیستم را میتوان در زیر نقطه جوش با یکدیگر نمایش داد. یک نمونه ، دو فلز است که تا نقاط ذوب خوب تقریبا امتزاح ناپذیرند (مانند آنتیموان و بیسموت). در رسم این نمودارها به مفاهیم مانند نقطه اتکتیک بر میخوریم.
سیستمهای سه جزئی
از آنجائی که برای سیستم سه جزئی ، F = 5- P است، واریانس میتواند به 4 هم برسد. با ثابت نگاه داشتن دما و فشار ، دو درجه آزادی دیگر باقی میماند (کسر مولی دو جز) برای نشان دادن چگونگی تغییر تعادلهای فازی با ترکیب سیستم ، مناسبترین روش ، استفاده از نمودار فاز مثلثی است. نمونهای از یک سیستم سه فازی که میتوان برای آن نمودار مثلثی رسم کرد، ترکیبی از سه مایع با امتزاج پذیری محدود آب ، اسید استیک و کلروفرم است.
اندازه گيري PH يكي از متداولترين تكنيكهاي تجزيه است كه براي تعيين قدرت اسيدي يا بازي يك نمونه مورد استفاده قرار مي گيرد. اين كمييت با استفاده از معرف هاي رنگي اسيد و باز (به صورت كاغذ يا محلول با مقياس رنگي ) وبه روش الكترونيكي مي تواند انجام گيرد. اندازه گيري PH به روش الكترونيكي به كمك يك الكترود انجام مي گيرد.الكترود يك سنسور الكترو شيميائي است كه شامل يك الكترود شناساگر و يك الكترود مرجع ا ست. ولتاژ غشا مطابق PH محلول نمونه تغيير مي كند الكترودهاي معمولي كه امروزه به كار برده مي شوند. طوري ساخته مي شوند كه ولتاژ غشاء انها در 7=PH صفر ميلي ولت است.
تاریخچه:
تاریخچه اندازه گیری مقدار اسیدی مایعات بصورت الکتریکی در سال 1906 آغاز شد زمانیکه ماکس کرمر (Max Cremer) در مطالعات خود بر روی واسط های مایع (بر هم کنش بین مایعات و جامدات) دریافت که واسط بین مایعات می تواند با پف کردن یک حباب کوچک شیشه ای و قرار دادن یک مایع داخل آن و دیگری در بیرون مورد مطالعه قرار گیرد. به این روش ولتاژ الکتریکی ایجاد شد که قابل اندازه گیری بود.
این نظریه توسط فریتز هاربر Fritz Haber (کسی که پیوند بین آمونیاک و کود شیمیایی را بوجود آورد.) و زیگمن کلمسویچ Zygmunt Klemsiewicz کشف کرد که حباب شیشه ای (که او آنرا الکترود شیشه ای نامید) می تواند برای اندازه گیری فعالیت یون هیدروژن استفاده شود و اینکه تابع لگاریتم می باشد.
متخصص بیوشیمی دانمارکی سورن سورنسن Soren Sorensen مقیاس PH را در سال 1909 بوجود آورد.
بدلیل اینکه مقدار مقاومت دیواره شیشه بسیار بالا می باشد ، معمولا بین 10 تا MΩ 100، ولتاژ الکترود شیشه ای تا قبل از اختراع تیوبهای الکترونی نمی توانست دقیقا اندازه گیری شود. بعدها اختراع ترانزیستورهای اثر میدانی (FETs) و مدارات مجتمع(ICs) با جبران حرارتی، اندازه گیری دقیق ولتاژ الکترود شیشه ای را ممکن ساخت.
ولتاژ تولید شده توسط یک واحد PH مثلا از (8.00- 7.00=PH) معمولا حدود mv60 می باشد. اگر چه PH سنجهای کنونی شامل ریزپردازنده هایی هستند که امکان تصحیح دما و کالیبراسیون را دارند، هنوز هم PH سنجهای مدرن مشکل رانش(تغییرات تدریجی) را دارند و ضرورت کالیبراسیون مکرر آنها را باعث میشود.
اصلاحات انجام شده در شیمی شیشه باعث شد تا آلودگیهای ناشی از یونهای نمک و هالوژن متوقف شود. الکترود مرجع، که بطور سنتی از کلرید نقره استفاده میشد(AgCl) با الکترود جیوه سفید(HgCl2) در محلول کلرید پتاسیم(KCl) بعنوان ژل (شبیه ژلاتین) جایگزین شد. اما الکترودها عمر دائمی ندارند و زمانیکه رانش آنها از حد قابل قبول فراتر رفت یا زمان تثبیت طولانی شد باید تعویض شوند.
PH سنج چگونه کار می کند؟
زمانیکه دو فلز باهم تماس پیدا می کنند با توجه به تفاوت تحرک الکترون درآنها اختلاف ولتاژ بوجود می آید. مشابه با این وقتی که یک فلز با یک مایع اسیدی یا نمکی تماس پیدا کند پتانسیل الکتریکی بوجود می آید که منتج به اختراع باطریها شد. به همین ترتیب در تماس دو مایع با یکدیگر نیز پتانسیل الکتریکی ایجاد میشود اما برای جداسازی دو مایع از یکدیگر نیاز به یک غشاﺀ(membrane) می باشد.
یک PH سنج در اصل پتانسیل الکتروشیمی بین یک مایع معلوم در داخل الکترود شیشه ای و یک مایع مجهول در بیرون را اندازه گیری میکند. بدلیل اینکه حباب شیشه ای نازک بیشتر به یونهای کوچک و سریع الانتقال هیدروژن اجازه فعل و انفعال با شیشه را میدهد، الکترود شیشه ای پتانسیل الکتروشیمی یونهای هیدروژن یا پتانسیل هیدروژن را اندازه میگیرد. برای تکمیل مدار الکتریکی به یک الکترود مرجع نیاز می باشد.توجه داشته باشید که دستگاه فقط ولتاژ الکتریکی را می سنجد نه جریان را، با این حال برای تشکیل یک پل هدایت به الکترود شیشه ای نشتی جزئی یونها از الکترود مرجع لازم میباشد. PH سنج نباید برای مایعات عبوری با رسانایی کم استفاده شود(بنابراین اندازه گیری در داخل محفظه های کوچک ترجیح داده می شود).
PH سنج پتانسیل الکتریکی(نقشه را در جهت ساعتگرد از طرف اندازه گیر تعقیب کنید) بین کلرید جیوه در الکترود مرجع و مایع کلرید پتاسیم آن، مایع مجهول، محلول داخل الکترود شیشه ای، و پتانسیل بین این محلول و کلرید نقره را اندازه می گیرد. ولی تنها پتانسیل بین مایع مجهول و محلول داخل الکترود شیشه ای از یک نمونه به نمونه دیگری تغییر میکند. بنابراین مابقی ولتاژها بدون حضور در معادله سنجیده می شوند.
الکترود مرجع جیوه سفید شامل یک تیوب شیشه ای با یک الکترود کلرید پتاسیم(KCl) در تماس نزدیک با المان کلرید جیوه در انتهای المان KCl میباشد. این یک ترکیب شکننده است، که با یک نوک اتصال مایع از جنس سرامیک متخلخل یا ماده ای مشابه در تماس می باشد. این نوع الکترودها به سادگی با فلزات سنگین و سدیم آلوده نمی شوند.
الکترود شیشه ای شامل یک تیوب سفت شیشه ای است که یک حباب شیشه ای نازک به آن متصل می باشد.داخل آن محلول معلوم کلرید پتاسیم(KCl) بعنوان بافر 7=PH می باشد.یک الکترود نقره ای با نوک کلرید نقره اتصال با محلول داخلی را برقرار می سازد. برای کم کردن تداخل الکترونیکی، پراب با یک غلاف ورقه ای محافظت شده است، غالبا در داخل الکترود شیشه ای یافت می شود.
بسیاری از PH سنج های مدرن یک پراب ترمیستور دمایی دارند که اجازه تصحیح خودکار دما زمانیکه PH در اثر دما تغییر می کند را می دهد.
آب مهمترین و معجزه آساترین ماده روی زمین است. مولکولهای آن H-O-H به شکل یک بومرنگ با O- با تمایل به منفی و H2+ با تمایل جزئی به مثبت باردار می شوند. این بومرنگ های باردار شده به سوی همدیگر جذب شده، جزیره هایی از پیوستگی مولکولی تشکیل می دهند، بدینگونه آب در دماهایی که زندگی اوج میگیرد شکل مایع میگیرد، در حالی که باید یک گاز بسیار فرار مانند سولفید هیدروژن(H2S) میشد که تقریبا دو برابر وزن مولکولی آنرا دارا می باشد.نگهداری یک PH سنج به انواع الکترود استفاده شده بستگی دارد.توصیه های شرکت سازنده را مطالعه کنید. وقتی الکترود بطور متناوب استفاده میشود بهتر است که مرطوب نگه داشته شود، نظر به اینکه مرطوب کردن یک الکترود خشک زمان زیادی می گیرد با رانش آشکار همراه خواهد بود.
در سطح زمین، آب در شکل جامد(یخ)، مایع(آب) و شکل گاز(بخار آب یا مه) یافت میشود. در نواحی سرد هر سه حالت پیدا میشوند.
آب همچنین بدلیل دارا بودن دو حالت اسیدی با یونهای (H+) وباز(با یونهای(OH-) منحصر بفرد میباشد.و بدینگونه هر دو حالت اسیدی و بازی در یک زمان، سبب میشوند که در آب به طور طبیعی مقدار یونهای H+ با OH- مساوی باشند. بدلیل پیوستگی مولکولی قوی که آب دارد فقط تعداد کمی از مولکولهای آن به یونهای تشکیل دهنده خود یونهای هیدروژن(H+) و یونهای (OH-) تفکیک میشوند. شیمیدانها مصرند که یونهای H+ همان یونهای H3O+ یا هیدرونیوم می باشند.
با دانستن اینکه یک مول از آب 18 گرم (16+1+1) وزن دارد که معادل ml18 میشود و اینکه این مقدار شامل تعداد بسیار زیادی مولکول می باشد، فقط 0.1 میلیون(7-10) مول در یک لیتر از آب با 7=PH تفکیک(تجزیه) میشوند.
اختلاف ولتاژ بین درون و بیرون الکترود شیشه ای با اکسیدهای سیلیکون در کناره شیشه بوجود می آید.
Si.O- + H3.O+ = Si.O.H+ + H2.O
زمانی که تعادل یونی برقرار شد، اختلاف پتانسیل بین دیواره شیشه و محلول با معدله زیر داده میشود:
E=R*T/(F*ln(a)
که:
E= ولتاژ الکترون(ولت)
R= ثابت مول گازی J/mol/ºK 8.314
F= ثابت فارادی 96485.3ºC
T= دما بر حسب درجه کلوین
a= فعالیت یونهای هیدروژن(یونهای هیدرونیوم)
Ln(a)= لگاریتم طبیعی که به لگاریتم دهدهی تبدیل میشود= Log(a)*2.303
R*T/(F*ln(a)ترکیب
به ازای هر د ه برابر افزایش در یونهای هیدروژن یا یک واحد PH تقریبا(60mV)0.060V می باشد.
PH از محدوده 0 تا 14 برای فعالیت هیدرونیوم از 10 تا 14-10 mol/lit نسبت داده میشود. یک مول از آب 18 گرم وزن دارد.7=PH به اکتیوایی هیدرونیوم 7-10 mol/lit مربوط میشود. چونکه 7=(7-10)log، مقیاس PH یک علامت منفی در بیرون باقی میگذارد.
اگر چه الکترودهای شیشه ای مدرن پیشرفت های قابل توجهی داشته اند، هنوز با مواد با +H پایین مانند: هیدروکسیدهای قلیایی(NaOH و KOH) ، آب مقطر خالص، مواد حکاکی با اسید مانند فلورید، مواد جاذب مانند فلزات سنگین و پروتئین ها سازگاری ندارند.
بسیاری از PH سنج های مدرن با سنسورهای دمایی برای تصحیح خطای دمایی بصورت خودکار در داخل آنها ساخته میشوند تا نتایج همانند زمانی باشد که در دمای استاندارد Cº25 گرفته میشوند.
مقدار خروجی در 7=PH تحت تاثیر دما قرار نمی گیرد، اما خارج از آن به ازای هر یک درجه جابجایی دما 0.003 تغییر خواهیم داشت.Cº/0.003
بنابراین PH گرفته شده در دمای 5 درجه سانتیگراد (20 درجه کمتر از 25 درجه سانتیگراد) که مقدار 4.00 را نشان میدهد باید تصحیح نقصانی بصورت زیر صورت گیرد.
0.18=3.00 * 20 * 0.003
همچنین مقدار PH برابر با 10 باید به همین مقدار تصحیح افزایشی داشته باشد.
————————————————————————————
به هر حال در PH سنج های مدرن برای جلوگیری از خشک شدن الکترودشان با آب شیر یا کلرید پتاسیم شستشو داده میشوند. در صورت اندازه گیری آب دریا، PHسنج می تواند با آب دریا مرطوب نگه داشته شود. به هر حال برای زمانهای طولانی، پیشنهاد میشود تا با محلول کلرید پتاسیم در 4=PH یا با بافر کالیبراسیون اسیدی 4.01=PH مرطوب نگه داشته شود. قرار دادن PH سنجها در آب مقطر توصیه نمی شود.
توجه داشته باشید پراب PHی که در محلول اسیدی مرطوب بماند، اگر قبل از گذاشتن آن در شیشه نمونه شستشو نشود می تواند روی نتایج تاثیر بگذارد. توجه داشته باشید که یک مایع با 4=PH ، 10.000 یون هیدروژن بیشتر از یک مایع با 8=PH دارد، بنابراین یک قطره از 4=PH در شیشه نمونه ای که 400 قطره با 8=PH را اندازه میگیرد اندازه ها را بهم می زند. همچنین به یاد داشته باشیدمحلولهای کالیبراسیون از بافرهای شیمیایی تشکیل می شوند که سعی میشود مقدار PH آنها ثابت نگه داشته میشود، بنابراین آلودگی شیشه نمونه با یک بافر واقعا خطرناک میباشد.
مقیاس PH
زمانی که مقادیر PH با مواد معلوم مقایسه شود، بیشتر قابل فهم میشود. توجه داشته باشید که مقیاس PH لگاریتمی بوده و هر مقدار بعدی 10 برابر کمتر یونهای هیدروژن دارد. 0=PH بیشترین مقدار را دارا بوده و بالاترین میزان اسید را دارد.
نکته مهمي که در مورد استفاده از الکترود pH وجود دارد اين است که از قرار دادن اين الکترود در محلولهايي که با نقره واکنش ميدهند خودداري کنيد.
اگر الکترود pH را به مدت طولاني در آب مقطر قرار دهيد بخاطر اينکه الکترود حاوي KCl است و آب مقطر فاقد آن، به تدريج KCl موجود در الکترود وارد آب مقطر ميگردد و بالطبع باعث ايجاد اختلال در کار الکترود ميشود.
تميز کردن غشاي شيشه اي الکترود pH :
اکثرا براي کاليبره کردن الکترود از بافرهاي استاندارد با pH هاي 4 و 7 استفاده ميشود. اگر الکترود، pH اين بافرها را دقيق نشان نداد يکي از علتهاي آن ميتواند آلوده بودن غشاي شيشه اي الکترود باشد.
براي تميز کردن غشاي شيشه اي الکترود، نوک آن را در محلول 0.1 M اسيد کلريدريک به مدت 15 ثانيه قرار دهيد وبعد با آب مقطر شستشو دهيد. سپس آنرا در محلول 0.1 M سود به مدت 15 ثانيه قرار دهيد و پس از اتمام 15 ثانيه با آب مقطر شستشو دهيد. اين اعمال را چند با تکرار کنيد.
حال دوباره pH بافرها را چک کنيد. اگر باز هم اشکال برطرف نشده باشد، نوک الکترود را به مدت 30 ثانيه در محلول 20% آمونيوم بي فلورايد يا به مدت 15 ثانيه درمحلول 10% هيدروفلوئوريک اسيد قرار دهيد. سپس با آب مقطر شستشو دهيد.در مرحله بعد نوک الکترود را به مدت 30 ثانيه در اسيد کلريدريک غليظ قرار دهيد.(اين عمل براي حذف باقيمانده احتمالي فلوئوريد از روي غشاي شيشه اي است) سپس با آب مقطر بخوبي شستشو دهيد.
الکترود را به مدت يک ساعت در بافر با pH= 4 قرار دهيد. سپس عملکرد الکترود را بيازماييد اگر مشکل برطرف نشده باشد احتمالا بايد الکترود را عوض کنيد.
دانلود فایل نحوه صحیح نگهداری از الکترود
گزارش کارهای آزمایشگاه شیمی تجزیه 2
آزمایش ششم: پتانسیومتری(تیتراسیون نمک سدیم کربنات با اسید قوی)
تئوری:
تيتراسيون پتانسيومتري اسيد ـ باز، دقيقترين و سريعترين روش براي اندازهگيري محلولهاي اسيدي و بازي بهشمار ميرود. ليكن در روشهاي معمولي تيتراسيون پتانسيومتري، امكان اندازهگيري مخلوط اسيدها و بازهايضعيف با ثابت تفكيك نزديك به هم وجود ندارد. با اين وجود ميتوان با استفاده از روشهاي رياضي و آماريچنين مخلوطهائي را تعيين مقدار نمود
در تيتراسيون پتانسيومتري همان عمل تيتر كردن انجام ميگيرد ولي بهجاي شناساگر شيميايي از الكترود شناساگر استفاده ميشود.
اين سيستم شامل دو الكترود است: 1- مرجع 2- شناساگر.
دانلود فایل
[ یکشنبه پانزدهم دی 1392 ] [ 0:53 ] [ رضا حسین بیکی ]
[ نظر بدهید ]
گزارش کارهای آزمایشگاه شیمی تجزیه 2
آزمایش پنجم: پتانسیومتری ( تیتراسیون باز دوظرفیتی توسط اسید قوی)
تئوری:
تيتراسيون پتانسيومتري اسيد ـ باز، دقيقترين و سريعترين روش براي اندازهگيري محلولهاي اسيدي و بازي بهشمار ميرود. ليكن در روشهاي معمولي تيتراسيون پتانسيومتري، امكان اندازهگيري مخلوط اسيدها و بازهايضعيف با ثابت تفكيك نزديك به هم وجود ندارد. با اين وجود ميتوان با استفاده از روشهاي رياضي و آماريچنين مخلوطهائي را تعيين مقدار نمود.
دانلود فایل
[ یکشنبه پانزدهم دی 1392 ] [ 0:53 ] [ رضا حسین بیکی ]
[ یک نظر ]
گزارش کارهای آزمایشگاه شیمی تجزیه 2
آزمایش چهارم: پتانسیومتری(تیتراسیون اسید چند پروتونی با باز قوی)
تئوری:
اسید هاي چند پروتونی اسید هایی هستند که بیش از یک هیدروژن اسیدي در هر مولکول دارند،که فسفریک اسید نیز نمونه اي از این گونه اسید ها می باشد.اسید هاي چند پروتونی به صورت مرحله اي یونیزه می شوند و هر مرحله داراي یک ثابت یونش است. براي مشخص کردن مرحله یونش همراه با هر یک از ثابت ها، عددي به نماد Ka اضافه می شود.
فسفریک اسید سه پروتونی است و طی سه مرحله یونیزه می شود:
به این ترتیب ، در یک محلول آبی فسفریک اسید، سه تعادل همراه با تعادل آب وجود دارد.
دانلود فایل
[ یکشنبه پانزدهم دی 1392 ] [ 0:52 ] [ رضا حسین بیکی ]
[ نظر بدهید ]
گزارش کارهای آزمایشگاه شیمی تجزیه 2
آزمایش سوم: پتانسیومتری(تیتراسیون اسید قوی توسط باز قوی)
تئوري:
محلول هاي يوني مي توانند همانند اجسام رسانا ، الکتريسيته را از خود عبور دهند . وقتي اختلاف پتانسيل متناوب ثابتي را بين دو الکترود شناور در محلول هاي يوني اعمال مي کنند واکنش هاي الکترو شيميايي اکسيداسيون و احيا در سطح الکترود ها ظاهر نشده و جريان فارادي بوجود نمي آيد . ولي جرياني از محلول عبور مي کند که از مهاجرت متناوب يون ها در ميدان الکتريکي موجود بين دو الکترود نشات مي گيرد .اين شدت جريان معياري از هدايت الکتريکي يا رسانايي محلول بوده مقدار آن تابع غلظت است ، تحرک و بار الکتريکي يون هاي موجود در محلول و برخي ويژگي هاي حلال ، نظير ويسکوزيته ي آن مي باشد . رسانايي محلول تابع قانون اهم بوده و با عکس مقاومت محلول برابر است:
X=1/R
دانلود فایل
[ یکشنبه پانزدهم دی 1392 ] [ 0:52 ] [ رضا حسین بیکی ]
[ نظر بدهید ]
گزارش کارهای آزمایشگاه شیمی تجزیه 2
آزمایش دوم: هدایت سنجی آسپرین
تئوری:
محلول هاي يوني مي توانند همانند اجسام رسانا ، الکتريسيته را از خود عبور دهند . وقتي اختلاف پتانسيل متناوب ثابتي را بين دو الکترود شناور در محلول هاي يوني اعمال مي کنند واکنش هاي الکترو شيميايي اکسيداسيون و احيا در سطح الکترود ها ظاهر نشده و جريان فارادي بوجود نمي آيد . ولي جرياني از محلول عبور مي کند که از مهاجرت متناوب يون ها در ميدان الکتريکي موجود بين دو الکترود نشات مي گيرد .اين شدت جريان معياري از هدايت الکتريکي يا رسانايي محلول بوده مقدار آن تابع غلظت است ، تحرک و بار الکتريکي يون هاي موجود در محلول و برخي ويژگي هاي حلال ، نظير ويسکوزيته ي آن مي باشد .
دانلود فایل
[ یکشنبه پانزدهم دی 1392 ] [ 0:52 ] [ رضا حسین بیکی ]
[ نظر بدهید ]
گزارش کارهای آزمایشگاه شیمی تجزیه 2
آزمایش اول: هدایت سنجی(تعیین ثابت سل)
تئوری:
یک محلول الکترولیتی حامل جریان الکتریسیته بوده و می توان قانون اهم را (E=IR) در مورد آن به کار برد . I شدت جریان عبور کرده از محلول بر حسب آمپر ، E اختلاف پتانسیل اعمال شده بر حسب ولت و و R مقاومت محلول بر حسب اهم می باشد . هدایت (conductance)محلول ، معکوس مقاومت محلول تعریف شده و با علامت c نشان داده می شود .
C = 1/R
هدایت محلول بستگی به ابعاد الکترود هایی داردکه جریان الکتریسیته از آن عبور می کند هدایت محلول متناسب با معکوس فاصله بین دو الکترود (L ) و هم چنین متناسب با مساحت سطح مقطع الکترود(A)می باشد .
دانلود فایل
|