شیمی - بازرسی فنی

وبلاگ هر هفته یک حدیث به آدرس www.hadis89.blogsky.com منتظر مشتاقان احادیث پیامبر و ائمه معصومین (ع) می باشد.

شیمی - بازرسی فنی

وبلاگ هر هفته یک حدیث به آدرس www.hadis89.blogsky.com منتظر مشتاقان احادیث پیامبر و ائمه معصومین (ع) می باشد.

اندازه گیری سختی آب (اندازه گیری کلسیم و منیزیم به روش کمپلکسومت

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:

١. ایجاد سوء هاضمه.

٢. کدر کردن آب جوش.

٣. گوارایی آب را کم میکند.

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

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

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

٧. مصرف پاک کننده بیشتر برای شستشو.

نمکهای کلسیم و منیزیم موجب سختی آب شده و در هنگام شست و شو تولید صابونهای نامحلول می کند که معمولاً از نوع اولئات  ها و استئارات های کلسیم و منیزیم می باشند. صابونهای نامحلول حاصل در پارچه رسوب کرده و زیر دست را خشن میکند و از سوی دیگر  به صورت نایکنواخت رسوب کرده و در نتیجه باعث نایکنواختی رنگرزی می شود. بعلاوه یونهای کلسیم و منیزیم میتوانند بعضی از رنگها را از محیط عمل خارج کرده و رسوب دهند.

سختی کل آب را به دو دسته تقسیم می کنند: کربنات های کلسیم و منیزیم در آب نامحلول  می باشند ولی زمانی که دی اکسید کربن در کنار آنها قرار میگیرد آنها را به صورت بیکربنات های محلول در آب در می آورد. حال اگر با جوشاندن دی اکسید کربن را از آب خارج کنیم  بیکربنات های محلول مجدداً به صورت کربنات نامحلول در آمده و رسوب می کنند و از آب خارج می شوند. به این دسته از مواد موجود در آب که با جوشاندن خارج می شوند سختی موقت گویند. مابقی نمکهای منیزیم و کلسیم باقی مانده در آب که با جوشاندن از بین نمی روند را سختی دائم گویند. این مواد کلرور ها ، سولفات ها و یا نیترات های کلسیم و منیزیم میباشد.

آب را می توان از لحاظ سختی مطابق جدول زیر به گروه های گوناگون تقسیم بندی کرد.

جدول شماره ١

آب نرم

Hardness =< 50

نسبتا نرم

50 < Hardness <100

کمی سخت

100 < Hardness <150

نسبتا سخت

150 < Hardness 250

سخت

250 < Hardness 350

بسیار سخت

350 < Hardness

به منظور اندازه گیری یونهای کلسیم و منیزیم موجود در آب ابتدا با کمک هیدروکسید آمونیوم  pH  محیط را به ١٠ رسانده و سپس  معرف اریوکروم را به آن اضافه می کنیم. اگر هیچ یون فلزی از کلسیم و منیزیم در آب موجود نباشد این معرف در این شرایط به رنگ آبی است ولی کمپلکس های فلزی آن به رنگ قرمز شرابی و یا نارنجی میباشند. پس اگر رنگ محیط قرمز شود یونهای فلزی در آن وجود دارد. اگر به چنین محلول قرمز رنگی محلول EDTA اضافه شود ابتدا با کلسیم سپس منیزیم  متصل به اریوکروم  کمپلکس تشکیل داده و از آنجایی که این کمپلکس ها از کمپلکس های فلز با رنگ پایدار تر هستند اریوکرم  کاملاً از قید یونهای فلزی  آزاد شده و آبی می شود .پس لحظه آبی شدن محلول زمانی است که تمامی یونهای فلزی با EDTA  واکنش داده اند. از آنجایی که تشکیل کمپلکس کلسیم و منیزیم محیط را اسیدی میکند به منظور حفظ pH   محیط بین ٩ تا ١٠ که در آن معرف آبی رنگ است از هیدروکسید آمونیوم و یا محلول بافر کلرور آمونیوم استفاده میشود.

شرح آزمایش

تعیین سختی کل

مواد و وسایل مورد نیاز: محلول بافر، محلول بازدارنده سدیم سولفید، معرف EBT، محلول EDTA ٠١/٠ مولار، آب نمونه، آب دوبار تقطیر شده،دی اتیل آمین،معرف کالکن، بورت، ارلن، پیپت حبابدار و...

ابتدا با پبپت حبابدار مقدار ٢٠ میلی لیتر آب نمونه (آب شهر) را به داخل ارلن ریخته و توسط آب دوبار تقطیر شده و تا حجم ٨٠ میلی لیتر رقیق می نماییم، بهتر است که این محلول را تا دمای حدود ٤٠ درجه سانتی گراد گرم کنیم، بعد از اینکه محلول را گرم کردیم ٢ میلی لیتر محلول بافر، ٢ میلی لیتر محلول بازدارنده و ٦  قطره معرف EBT افزوده و فورا با محلول استاندارد EDTA ٠١/٠ مولار که از قبل آماده کرده و داخل بورت ریخته شده تا ظهور رنگ آبی تیتر می کنیم. در اینجا مقدار EDTA  مصرفی برابر ٨٠/١٨ میلی لیتر بود(V1=18.80 )

برای تعییین سختی کل می توان از رابطه زیر استفاده کرد:

(VEDTA)(FEDTA)(100)(1000) / Vsample = Hardness       (1)

VSample : حجم آب نمونه

FEDTA : غلظت EDTA

تعیین میزان کلسیم در آب سخت در حضور منیزیم

مطابق آزمایش قبل ٢٠ میلی لیتر آب نمونه را در ارلن تا حجم ٨٠ میلی لیتر  رقیق می کنیم. این بار ٥ میلی لیتر دی اتیل آمین اضافه می کنیم تا pH به ٥/١٢ برسد. سپس ١ میلی لیتر محلول بازدارنده سدیم سولفید و ٦ قطره معرف کالکن اضافه کرده و با محلول استاندارد EDTA تیتراسیون را آغاز کرده تا ظهور رنگ آب تیتراسیون را ادامه می دهیم. این بار حجم EDTA  مصرفی برابر ٣/١٣ میلی لیتر بود. (V2=13.30)

می توان با استفاده از روابط ٢ و ٣ میزان کلسیم و منیزیم موجود در آب را محاسبه نمود.

Ca (mg) = V2 (0.4008)          (2)

Mg (mg) = (V1-V2)(02432)           (3)

با توجه به محاسبات و نتایج بدست آمده و همچنین جدول شماره ١ می توان گفت که آب نمونه مورد استفاده در این آزمایش در گروه آب های بسیار سخت قرار دارد. (سختی کل=٩٥٠)

حفاظت کاتدی

همانگونه که میدانید اصول خوردگی براساس خواص فعل و انفعالات الکتروشیمیایی است که در آند تولید الکترون و در کاتد مصرف الکترون صورت می پذیرد . واکنش های الکترو شیمیایی انحلال فلز و آزاد شدن گاز هیدروژن ، بر طبق معادلات زیر است :

 

M → Mn+ + ne

2H + +2e → H2

در پروسه خوردگی لوله مدفون درخاک ، نقاط آندی و کاتدی در هر حال موجود هستند و با انتقال جریان الکتریسیته از نواحی آندی از فلز به محیط اطراف خوردگی رخ می دهد و در نقاط کاتدی که جریان از محل اطراف به فلز می رسد خوردگی صورت نمی گیرد . به همین دلیل فلز را می توان به طور جزئی بوسیله استفاده از پوشش ها حفاظت نمود. اگر پوشش ها دائمی بودند و هنگام نصب و یا کار آسیب نمی دیدند لوله های فلزی هرگز خورده نمی شدند . پیدایش عیوب در لایه های محافظ یا وجود سوراخ ها، حتی اگر اتفاقی باشد ما را ملزم می کند که حفاظت نوع دومی را هم برای فلزات مدفون در خاک بکار بریم . روش عمومی استفاده از حفاظت کاتدی است.

در این روش با وارد شدن یک پتانسیل کاتدی ، قطعه مهندسی به یک کاتد ( قطب منفی) تبدیل می گردد؛ در حقیقت جریان از طرف محیط به تمام سطح لوله می رسد پس در حقیقت دیگر خوردگی نخواهیم داشت و لوله محافظت می گردد.

حفاظت کاتدی را میتوان به تنهایی هم بکار برد ولی به مقدار جریان زیادی نیاز است. بنابراین بهترین روش آن است که از یک لایه محافظ مناسب استفاده کرد و بعدا بوسیله حفاظت کاتدی آنرا تقویت نمود.

حفاظت کاتدی به دو شیوه اعمال می گردد:

1- جریان اعمالی Impressed current

2- آند فدا شونده  sacrificial anode

حفاظت کاتدی بوسیله جریان اعمالی:

ادامه مطلب ...

ممانعت کننده ها Inhibitors

ممانعت کننده ها افزودنی هایی هستند که با ایجاد تغییر و تحول بر روی سطح فلزات ، محیط و یا هر دو خوردگی را تحت کنترل در آورده ، شیوه عمل آنها ایجاد تغییرات در واکنش های آندی ، کاتدی و یا هر دو آنها است . ممانعت کننده های بسیار زیادی  با ترکیبات مختلف موجود می باشند ؛ اکثر این مواد با آزمایشات تجربی پیدا شده  و اصلاح یافته اند و بسیاری از آنها با نام های تجاری عرضه می گردند و ترکیب شیمیایی آنها مخفی نگه داشته می شود . به همین دلیل فرآیند حفاظت به این روش به طور کامل مشخص و روشن نیست . ممانعت کننده ها را می توان بر حسب مکانیزم و ترکیب طبقه بندی نمود . با توجه به ترکیب ممانعت کننده ها به دو دسته اصلی معدنی ( Inorganic) و آلی ( Organic) تقسیم می گردند . بر حسب مکانیزم عمل دو نوع مشخص بازدارنده  وجود دارد :

نوع A : که لایه یا فیلمی محافظ روی سطح فلز تشکیل داده یا نوعی واکنش با فلز انجام می دهند ( مثلا روئین کردن )

نوع B : موادی که قدرت خورندگی محیط را کم می کنند.

ضمنا بازدارنده های AB هم وجود دارند که هم می توانند با فلز واکنش انجام داده و هم قدرت خورندگی محیط را کم کنند ، ولی همیشه یکی از خاصیت ها حاکم بر دیگری است. بازدارنده های نوع  A بسیار متداول بوده در حالیکه بازدارنده های نوع B کمتر متداول هستند . انواع اصلی بازدارنده ها به ترتیب زیر طبقه بندی می شوند :

نوع ІA: بازدارنده هایی که سرعت خوردگی را کم می کنند ولی کاملا مانع آن نمی شوند .

نوع ІІA : بازدارنده هایی که باعث به تاخیر انداختن حمله خوردگی برای مدت زیادی می شوند . به طوری که فلز در مقابل خوردگی مصونیت موقتی پیدا می کند.

نوع ІІІA : بازدارنده های روئین کننده که لایه های روئین بر سطح فلز تشکیل می دهند . این لایه ها غالبا اکسید یا نمک های غیر محلول فلزی هستند ، مانند فسفات و کرمات برای فولاد . اگر مقدار بازدارنده ای که به محلول اضافه می گردد کم باشد لایه های ناپیوسته تشکیل می گردد که ممکن است خوردگی حفره ای یا حمله تسریع شده موضعی بوجود آید.

نوع ІB : بازدارنده هایی هستند که واکنش خوردگی را آهسته می کنند . بدون آنکه کاملا مانع آن شوند . این بازدارنده ها غالبا در ضمن عمل حفاظت مصرف می شوند . مانند هیدرازین و سولفیت سدیم .

نوع ІІB : بازدارنده هایی هستند که در اثر ترکیب با موادی که باعث خوردگی در یک محیط مشخص می شوند  ، خوردگی را به تاخیر می اندازند.

به طور کلی بازدارنده های نوع ІA ، ІІA ، ІІB ترکیبات آلی هستند و انواع ІІІA و  ІB مواد معدنی .

موارد عمده کاربرد ممانعت کننده ها مربوط به 4 محیط زیر است :

1- محلول های آبی از اسید هایی که در فرآیند های تمیز کردن فلزات بکار می روند مثل اسید شویی

2- آب های طبیعی ، آب های تهیه شده برای سرد کردن در مقیاس صنعتی با PH طبیعی

3- محصولات اولیه و ثانویه از نفت و پالایش و حمل و نقل آن

4- خوردگی گازی و اتمسفری در محیط های محدود در حین حمل و نقل و انبار کردن و موارد مشابه

صنایعی همانند نفت که با H2S و CO2  در ارتباط اند . در مجاورت آب و بخصوص آب شور و دیگر ناخالصی ها مشکلات ناشی از خوردگی را دو چندان می نمایند . ممانعت کننده هایی همانند نفتنیک ، آمین و دی آمین های ( RNH(CH2)n) بکار گرفته می شوند که R یک زنجیر هیدرو کربوری و n = 2-10 است.

لازم به ذکر است که ممانعت کننده ها از نظر فلز ، محیط خورنده ، درجه حرارت و غلظت معمولا منحصر به فرد هستند. غلظت و نوع ممانعت کننده ای که در یک محیط خورنده بایستی استفاده شوند  با آزمایش و تجربه تعیین می گردند و اینگونه اطلاعات را معمولا از تولید کننده گان آن مواد می توان دریافت نمود .  در صورتی که غلظت ممانعت کننده کمتر از اندازه کافی باشد ، ممکن است خوردگی تسریع شود ، مخصوصا خوردگی های موضعی مثل حفره دار شدن .

لذا در صورتی که غلظت ممانعت کننده ها کمتر از اندازه کافی باشد ، خصارت بیشتر از موقعی خواهد بود که ممانعت کننده اصلا بکار برده نشود . برای پرهیز از این خطر بایستی غلظت ممانعت کننده همواره بیش از مقدار مورد نیاز باشد و غلظت آن به طور متناوب تعیین گردد . موقعی که دو یا چند ممانعت کننده به یک سیستم خورنده اضافه گردند ، تاثیر آنها گاهی اوقات بیشتر از تاثیر هر کدام به تنهایی است .

 اگرچه در موارد بسیاری از ممانعت کننده ها به خوبی می توان استفاده نمود ، ولی محدودیت هایی نیز برای این نوع محافظت از خوردگی وجود دارد . ممکن است اضافه کردن ممانعت کننده  به سیستم بخاطر آلوده کردن محیط عملی نباشد . به علاوه بسیاری از ممانعت کننده ها سمی بوده و کاربرد آنها محدود به محیط هایی است که به طور مستقیم یا غیر مستقیم در تهیه مواد غذلیی یا محصولات دیگری که مورد استفاده انسان قرار می گیرد ، نمی باشند.