گزارش کار کامل آزمایش محلول سازی مایعات

مقدمه

ديد کلي در مورد محلول ها

محلول ها ، مخلوط هايي همگن هستند. محلول ها را معمولا بر حسب حالت فيزيکي آنها طبقه بندي مي‌کنند : محلول هاي گازي ، محلول هاي مايع و محلول هاي جامد . درمحلول گاز - مايع يا جامد - مايع معمولا مايع ، حلال و جز ديگر ماده حل شونده مي‌باشد. اما دريک مخلوط مايع - مايع انتخاب جز حلال و حل شونده دشوار است. مگر اينکه مقدار يکي بيشتر از ديگري باشد. وقتي در مورد محلول ها بحث مي‌شود. اولين چيزي که به ذهن مي‌آيد غلظت آنها مي‌باشد. غلظت عبارت است از مقادير نسبي اجزا موجود در يک محلول. مثلا محلولي که شامل مقدار کمي ماده حل شده باشد، محلول رقيق مي‌باشد يا اگر مقدار ماده حل شده بيشتر شود، محلول غليظ ناميده مي‌شود. خواص محلول ها به مقادير نسبي ماده حل شده در حلال بستگي دارد. براي همين است که درکارهاي کمي مربوط به محلول ها ابتدا بايد غلظت ها را مشخص کرد. محلول هاي مايع متداولترين محلول ها هستند و بيشترين کاربرد را در بررسي هاي شيميايي دارند. هوا هم مثالي براي محلول هاي گازي مي‌باشد.

ماهيت محلول ها

در يک محلول ، معمولا جزئي که از لحاظ کميت بيشترين مقدار را دارد ، حلال و ساير اجزا را مواد حل شده (حل شونده) مي‌گوييم. اما گاهي آسان تر آن است که جزئي از محلول را با آنکه مقدارش کم است، حلال بناميم و گاهي اصولا اطلاق نام حلال و حل شونده به اجزاي يک محلول (مثلا محلول هاي گازي ) چندان اهميتي ندارد. بعضي از مواد به هر نسبت در يکديگر حل مي‌شوند.

امتزاج پذيري کامل از ويژگي هاي اجزاي تمام محلول هاي گازي و بعضي از اجزاي محلول هاي مايع و جامد است. ولي غالبا ، مقدار ماده اي که در حلال معيني حل مي شود، محدود است. انحلال پذيري يک ماده در يک حلال مخصوص و در دماي معين ، بيشترين مقداري از آن ماده است که در مقدار معيني از آن حلال حل مي شود و يک سيستم پايدار به وجود مي آورد.

غلظت محلول ها

براي يک محلول معين ، مقدار ماده حل شده در واحد حجم حلال يا در واحد حجم محلول را غلظت ماده حل شده مي‌گوييم. مهمترين نوع غلظت ها که در آزمايشگاه به کار مي‌رود مولاريته و نرماليته است. مولاريته عبارت است از تعداد مول هاي يک ماده که در يک ليتر محلول وجود دارد. به همين دليل آن را مول بر ليتر يا مي‌گيرند. نرماليته يک محلول عبارت است از تعداد هم ارز گرم هاي (اکي والان گرم هاي) ماده موجود در يک ليتر محلول. نرماليته را با N نشان مي‌دهند. در مورد این مفاهیم در ادامه توضیح داده خواهد شد .

انواع محلول ها

محلول سير شده

اگر مقدار ماده حل شده در يک محلول برابر با انحلال پذيري آن در حلال باشد، آن محلول را محلول سير شده مي‌ناميم. اگر به مقداري از يک حلال مايع ، مقدار زيادي ماده حل شونده ( بيشتر از مقدار انحلال پذيري آن ) بيفزاييم ، بين ماده حل شده و حل شونده باقيمانده تعادل برقرار مي‌شود. ماده حل شونده باقيمانده ممکن است جامد ، مايع يا گاز باشد. در تعادل چنين سيستمي ، سرعت انحلال ماده حل شونده برابر با سرعت خارج شدن ماده حل شده از محلول است. بنابراين در حالت تعادل ، غلظت ماده حل شده مقداري ثابت است.

محلول سير نشده

غلظت ماده حل شده در يک محلول سير نشده کمتر از غلظت آن در يک محلول سير شده است.

محلول فراسيرشده

مي‌توان از يک ماده حل شونده جامد ، محلول فراسير شده تهيه کرد که در آن، غلظت ماده حل شده بيشتر از غلظت آن در محلول سير شده است. اين محلول ، حالتي نيمه پايدار دارد و اگر مقدار بسيار کمي از ماده حل شونده خالص بدان افزوده شود، مقداري از ماده حل شده که بيش از مقدار لازم براي سيرشدن محلول در آن وجود دارد، رسوب مي‌کند.

خواص فيزيکي محلول ها

بعضي از خواص محلول ها به دو عامل ، نوع ماده حل شده و غلظت آن در محلول بستگي دارند. اين مطلب براي بسياري خواص فيزيکي محلول ها از جمله ، محلول هاي آبي درست به نظر مي‌رسد. براي مثال، محلول نمک طعام در آب بي رنگ پرمنگنات پتاسيم در آب، بنفش صورتي است ( در اينجا نوع ماده حل شده مطرح است ). افزون بر اين ، مي‌دانيم که هر چه بر محلول پرمنگنات آب بريزيم و آن را رقيق تر کنيم، از شدت رنگ آن کاسته مي‌شود ( اينجا غلظت محلول مطرح است ).

يکي ديگر از خواص فيزيکي که به اين دو عامل بستگي دارد، قابليت هدايت الکتريکي محلول آبي مواد گوناگون است. چهار خاصه فيزيکي ديگر از محلول ها وجود دارد که به نوع و ماهيت ذرات حل شده بستگي ندارد، بلکه فقط به مجموع اين ذرات وابسته است. به عبارت ديگر ، تنها عامل موثر بر خواص محلول در اينجا ، غلظت است. چنين خواصي از محلول را معمولا "خواص جمعي محلول ها" (خواص کوليگاتيو Colligative properties) مي‌نامند و عبارتند از کاهش فشار بخار ، صعود نقطه جوش ، نزول نقطه انجماد و فشار اسمزي.

محلول سازی

محلول سازي يکي از متداواترين و در عين حال دقيق ترين کارهايي است که در آزمايشگاه انجام مي شود.

محلول سازي به معناي ساختن محلول مورد نظر و لازم از محلول هاي استاندارد مي باشد.

محلول استاندارد محلولی است که در آن ، رابطه بين مقادير ماده حل‌شده و محلول يا رابطه بين مقدار ماده حل‌شده و حلال به نحوي معلوم باشد. با معلوم بودن مقدار ماده حل‌شونده و مقدار حلال تشکيل دهنده محلول ، غلظت محلول مشخص مي‌گردد . بسياري از واکنش‌ها در حالت محلول انجام مي‌شوند و محاسبه‌هاي کمي براي اين‌گونه واکنش‌ها بر مبناي غلظت آن ها صورت مي‌گيرد. براي بيان غلظت ، روش‌هاي گوناگوني وجود دارد و محلول هاي استاندارد را براساس غلظت بيان مي‌کند.

محلول هاي استاندارد کاربردهاي زيادي دارند ، از جمله در تجزيه هاي تيترسنجي (تيتراسيون) ، واکنش‌هاي خنثي شدن و واکنش‌هاي اکسيداسيون-احيا و...

براي محلول سازي بايد ابتدا با واحدها و روش هاي بيان غلظت يک محلول ، آشنايي کامل داشت.

متداولترين اصطلاحات و واحدها در محلول سازی :

درصد جرمي

عبارت است از مقداري ماده حل‌شونده در 100 گرم محلول :

100× ( جرم محلول / جرم ماده حل شونده ) = درصد جرميW %

در صورت و مخرج بايد از يک نوع يکاي جرم استفاده شود. يعني هر دو بايد برحسب ميلي‌گرم ، گرم يا کيلوگرم بيان شوند. درصد وزني معمولا براي بيان غلظت تجارتي محلول هاي آبي در واکنشگرها به کار مي رود و به عنوان مثال اسيدنيتريک به صورت محلول 70% به فروش مي رسد که در100 گرم آن ، 70 گرم اسيدنيتريک وجود دارد.

درصد حجمي

عبارت است از ليترجسم حل شده برليترمحلول ضرب در100.

100× ( ليترمحلول / ليتر جسم حل شده ) = درصد حجمی V%

درصد جرمی - حجمي

وزن ماده ی حل شده به گرم

100× ــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ = W/V %

حجم محلول به میلی لیتر

اين غلظت براي بيان ترکيب محلول هاي آبي رقيق و واکنشگرهاي جامد به کار مي رود بنابراين يک محلول آبي 5% از نيترات نقره ، محلولي مي باشد که ازحل کردن 5 گرم نيترات نقره درمقدار کافي آب مقطر براي توليد 100 ميلي ليتر محلول استفاده شده است.

کسرمولي

کسرمولي يک جزء سازنده محلول ، نسبت عده مول هاي آن جزء به تعداد کل مول هاي تمام اجزاء موجود درمحلول مي باشد.

کل مول هاي اجزاء محلول … nC+ nB+ nA+ / تعدادمول جسم nA = کسرمولي جسم A

ppm

براي محلول‌هاي بسيار رقيق ، معمولا غلظت بر حسب قسمت در ميليون (ppm) بيان مي‌شود و عبارت است از وزن جسم حل شده برحسب ميلي گرم در يک ليتر از محلول .

ليتر محلول / ميلي گرم ماده حل شونده = ppm

از ppm براي بيان مقادير بسيار کم کاتيون‌ها و آنيون‌ها در آب دريا ، بدن جانداران ، بافت‌هاي گياهي و ميزان آلاينده‌هاي هوا و به طور کلي ، در مواردي که مقدار ماده حل‌شونده خيلي جزئي باشد ، استفاده مي‌شود.

گرم در ليتر ( غلظت معموليC )

در اين محلول‌ها ، مقداري ماده حل‌شونده در يک ليتر محلول وجود دارد.

حجم محلول به ليتر/ مقدار ماده حل شونده به گرم = C

غلظت مولار ( مولاریته CM)

غلظت مولار رايج‌ترين روش براي بيان غلظت است و مولاريته يک محلول عبارت است از مقدار مول هاي جسم حل شده در يک ليتر از محلول. اين غلظت را به صورت ميلي مول حل شده در ميلي ليتر هم بيان مي‌کنند و يکي از پر کاربردترين مفاهيم غلظت در شيمي تجزيه مي‌باشد. اين تعريف بر اساس حجم کل محلول استوار است. وقتي غلظت محلول بر حسب مولاريته بيان مي‌شود، محاسبه مقدار ماده حل شده موجود در يک نمونه معين از محلول آسان است. تعداد مول هاي جسم حل شده از تقسيم کردن وزن آن بر حسب گرم به وزن فرمولي آن (وزن مولکولي ، وزن اتمي ، وزن يوني) بدست مي‌آيد.

حجم محلول (ليتر) / مقدار ماده حل شونده (مول) = غلظت مولار (M)

غلظت مولال ( مولالیته m )

محلولي که در آن يک مول ماده حل‌شونده در يک کيلوگرم حلال حل شده باشد ، محلول مولال ناميده مي‌شود. از غلظت مولال در مطالعه خواص کوليگاتيو محلول‌ها به کار مي‌رود.

کيلوگرم حلال / مقدار ماده حل شونده (مول) = غلظت مولال (m)

غلظت نرمال ( N )

محلول نرمال ، محلولي است که يک اکي والان گرم ماده حل‌شونده در يک ليتر آن و يا يک ميلي‌اکي‌والان گرم در هر میلی ليتر آن حل شده باشد.

مفهوم اکي والان گرم : مقدار وزن اکي والان مواد مختلف طبق رابطه زير به دست مي‌آيد:

که در آن M جرم مولکولي و n ( ظرفيت ) براي مواد مختلف به قرار زير بدست مي‌آيد:

مقدار n براي اسيدها برابر تعداد هيدروژن‌هاي اسيدي H و براي بازها ، برابر تعداد -OH ، براي نمک‌ها برابر ظرفيت فلز ضرب‌در تعداد فلز و براي واکنش‌هاي اکسايش- کاهش برابر درجه کاهش يا اکسايش است.

با بدست آوردن مقدار E (وزن اکي والان) مي‌توان تعداد اکي‌والان را از رابطه زير حساب کرد:

وزن اکي والان/ جرم ماده برحسب گرم = = تعداد اکي والان

در نتيجه ، نرماليته يک محلول بيانگر تعداد اکي‌والان‌ها در يک ليتر محلول يا تعداد ميلي‌اکي ‌والان در هر ميلی لیتر محلول است و از رابطه زیر محاسبه می گردد :

[ D (دانسیته) ، a(درصد جرمی) ، E(اکی والان گرم) ]

حال با توجه به روابط بالا می توان از طریق رابطه زیر حجم و نرمالیته محلول های رقیق را با داشتن حجم و نرمالیته محلول های غلیظ محاسبه نمود و بالعکس :

مطالبی که تا اینجا گفته شد برخی از مفاهیمی بود که برای روند کار محلول سازی در آزمایشگاه به کار می رود ، بدین ترتیب برای شروع فرآیند محلول سازی دانستن و یادگیری این مفاهیم لازم است.

» روش کار «

وسایل :

بالن ژوژه - پیپت

مواد : محلول HCl غلیظ

- 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.

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

- 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.

» بحث و نتیجه گیری«

محاسبات مربوط به این آزمایش :

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.

نظرات شما عزیزان:

محمد