تبدیل واحدها در محاسبات بر اساس مول

تبدیل واحدها در محاسبات بر اساس مول

مول واحد اصلی اندازه گیری در شیمی است و به صورت زیر تعریف می شود.

یک مول برابر است با تعداد 10²³×022/6 ذره از هر ماده، خواه این ماده عنصر باشد یا ترکیب. مثلا وقتی می گوییم یک مول آلومینیم یعنی مقداری آلومینیم که در آن تعداد 10²³×022/6  اتم از این فلز وجود داشته باشد، یا وقتی می گوییم یک مول آب یعنی مقداری آب که در آن تعداد 10²³×022/6  مولکول آب H2O  وجود داشته باشد. پس مول یک واحد شمارش است و باید بتوانیم در محاسبات آن را بر حسب واحدهای دیگر مثل جرم و حجم بیان کنیم. رابطه واحد مول با واحدهای دیگر به صورت زیر می باشد.

یک مول = تعداد 10²³×022/6 ذره از ماده

یک مول = جرم اتمی یا مولکولی ماده بر حسب گرم

یک مول = حجمی برابر 4/22 لیتر یا 22400  میلی لیتر از یک ماده در حالت گاز در شرایط استاندارد.

مول را با واحدهای دیگری چون اتم گرم ، مولکول گرم و یون گرم نیز بیان می کنند. برای اتمها یک مول با یک اتم گرم برابر است، برای مولکولها یک مول با یک مولکول گرم برابر است و برای یونها یک مول با یک یون گرم برابر است.

مثال :‌ یک مول گاز آرگونA r برابر است با یک اتم گرم گاز آرگونA r .

        یک مول کربن تترا کلرید CCl4 برابر است با یک مولکول گرم کربن تترا کلرید CCl4 .

        یک مول یون Fe³⁺  آهن III  برابر است با یک یون گرم Fe³⁺  آهن III .

بر اساس مطالب بالا می توان رابطه زیر را نوشت که از آن به عنوان کلید تبدیل واحدها استفاده می کنیم :

یک مول = جرم مولی بر حسب گرم = 4/22 لیتر یا 22400 میلی لیتر گاز در شرایط استاندارد = تعداد 10²³×022/6 ذره از هر ماده

 بنابر این با داشتن یکی از مقدارهای داده شده می توان دیگر مقادیر را با استفاده از ضرایب تبدیل بین این واحدها بدست آورد.

مثال : حساب کنید 2/0 مول گاز کربن دی اکسید CO2  ( جرم مولی برابر 44 ) :

آ) چند گرم جرم دارد ؟                 ب) در شرایط استاندارد چند لیتر حجم اشغال می کند ؟                        ج) دارای چند مولکول CO2  می باشد ؟

 جواب قسمت آ : وقتی جرم مولی این گاز برابر 44 ، است. می توان گفت :                                                      44 گرم گاز کربن دی اکسید = یک مول گاز کربن دی اکسید

که ضریب تبدیل از این تساوی با توجه به واحد معلوم یعنی 2/0 مول کربن دی اکسید، بدست می آید.

جواب قسمت ب : بر اساس کلید داده شده در تبدیل واحدها رابطه بین حجم گاز و مول در شرایط استانداد به صورت زیر است.

یک مول گاز کربن دی اکسید = 4/22 لیتر گاز کربن دی اکسید در شرایط استاندارد.

که ضریب تبدیل بر اساس واحد معلوم از آن بدست می آید.                             

جواب قسمت ج : بر اساس کلید داده شده در تبدیل واحدها رابطه بین تعداد مولکولهای کربن دی اکسید و مول آن به صورت زیر است.

یک مول گاز کربن دی اکسید = 10²³×022/6 مولکول گاز کربن دی اکسید CO2 .

که ضریب تبدیل بر اساس واحد معلوم از آن بدست می آید. 

عنصر فلوئور F و تاریخچه کشف آن :

عنصر فلوئور  F و تاریخچه کشف آن :

فلوئور الکترونگاتیوترین عنصر جدول تناوبی است و می تواند با سایر عناصر ترکیب شود.  این عنصر گازی یک ظرفیتی، هالوژن، به رنگ زرد کم رنگ و سمی  بوده و  نوع خالص آن بسیار خطرناک و در صورت تماس با پوست، سوختگیهای شیمیائی شدید ایجاد می‌کند.

 نام فلورین و فلوئور اسپار از کلمه لاتین Fluere به معنی جریان یا فلاکس می ‌باشد. در سال 1525 استفاده از فلوئور اسپار به عنوان فلاکس مطرح گردد.

 فرسمان دانشمند روسی این عنصر را همه چیز خور خوانده است و بی ‌شک تعداد بسیار کمی از اجسام، چه طبیعی و چه ساخته دست انسان، وجود دارند که بتوانند در برابر اثر فلوئور مقاومت کنند.

سرگذشت فلوئور خود حاکی از این خصوصیت آن است. به استثنای گازهای نادر، فلوئور آخرین غیرفلزی بود که به صورت آزاد تهیه شد. یکصد سال از تاریخ پیشگویی وجود چنین عنصری گذشت تا آنکه دانشمندان قادر به تولید آن به صورت گازی شدند. شیمیدانان در طی این دوره , پانزده بار دست به تهیه آن زدند ولی هر بار کوشش‌هایشان بی ‌ثمر ماند و در موارد متعددی حتی جان خود را از دست دادند.

در عین حال کانی طبیعی معروف فلوئور یعنی فلورین از زمانهای بسیار دور برای هر کلکسیونر سنگی آشنا بوده است. نام این کانی بی ‌ضرر در دست نوشته‌های مربوط به قرن شانزدهم هم ذکر شده است.

سال 1771 میلادی، یعنی سال جداسازی اسید فلوئوریدریک  توسط شیله , دانشمند سوئدی را تاریخ کشف فلوئور در نظر می ‌گیرند. خلوص اسید به دست آمده به روش شیله همچنان به عنوان یک مسئله برجای ماند تا آنکه در سال 1809 میلادی، گی‌لوساک و تنار, اسید فلوئوریدریکی نسبتاً خالص به دست آوردند.

فارادی در سال 1834 میلادی, کوشید تا معمای تهیه فلوئور آزاد را حل کند اما او حتی با الکترولیز فلوئوریدهای مذاب هم نتوانست به نتیجه‌ای برسد.

در سال 1836 میلادی برادران ناکس ایرلندی به قصد حل این مشکل به میدان آمدند. آنها در طی پنج سال آزمایشات خطرناکی انجام دادند که هیچ یک به نتیجه‌ای نرسید. این دو برادر در طول کار به شدت مسموم شدند و یکی از آنها، جان خود را از دست داد.

سرانجام لحظه‌ای فرا رسد که مواسان,  دانشمند فرانسوی ( Henri Moissan), سرنوشت فلوئور را در دستهای خود گرفت. او ابتدا خطاهای پیشینیان خود را تحلیل کرد و در روز 26 ژوئن 1886 میلادی , اولین آزمایش موفقت آمیز خود را که ضمن آن در اثر واکنش فلوئور با سیلسیم شعله‌ای مشاهده کرد, انجام داد. پس از آن گزارشی به آکادمی علوم پاریس فرستاد و در آن نظرات مختلفی که در مورد ماهیت این کار امکان داشت مطرح شود, درج کرد. به این ترتیب پس از انجام موفقیت‌آمیز آزمایش در حضور اعضای اکادمی پاریس همگی گواهی بر موفقیت او دادند و سال 1886 میلادی , سالی تاریخی در بیوگرافی فلوئور شد. (تصویر)

کانی (ماده معدنی)  فلورین :

موازنه ی واکنشهای شیمیایی

موازنه ی واکنشهای شیمیایی

ضریب مولی یا ضریب استوکیومتری چیست :

ضریب استوکیومتری عددی است که در سمت چپ نماد شیمیایی یک عنصر یا فرمول شیمیایی یک ترکیب قرار می گیرد و تعداد آن را مشخص می کند. مثلا وقتی می نویسیم ۵Fe  عدد 5 ضریب استوکیومتری یا ضریب مولی آهن را نشان می دهد و مفهوم آن پنج اتم آهن است. یا وقتی می نویسیم ۳H2O ، عدد سه ضریب استوکیومتری آب را نشان می دهد، یعنی سه مولکول آب. ضریب استوکیومتری یک ترکیب علاوه بر آنکه تعداد واحد فرمولی آن ترکیب را نشان می دهد، در شمارش اتمهای سازنده آن ترکیب نیز محاسبه می شود.

مثال :

در 5 مولکول سولفوریک اسید، H2SO4 ، تعداد 10 اتم H هیدروژن ، 5 اتم S گوگرد و 20 اتم O اکسیژن وجود دارد.

موازنه واکنشهای شیمیایی به روش وارسی :

برای موازنه واکنشهای شیمیایی به روش وارسی به این صورت عمل می کنیم.

1- ترکیبی را که بیشترین تعداد اتمها در ساختمان آن وجود دارد ( از بین واکنش دهنده ها یا فرآورده ها ) انتخاب می کنیم.

2- موازنه را از عنصری در این ترکیب آغاز می کنیم که بیشترین شمار اتم را داشته باشد و پراکندگی آن در معادله واکنش کمتر باشد. ( منظور از پراکندگی کمتر این است که آن اتم در معادله شیمیایی واکنش در ترکیبهای کمتری دیده شود )

3- در مرحله آخر ابتدا تعداد اتمهای اکسیژن و سپس اتمهای هیدروژن را موازنه می کنیم.

توجه داشته باشید که اتمهای اکسیژن و هیدروژن حتما نباید در مرحله آخر موازنه شوند و در مواردی این قاعده اجرا نمی شود.

در موازنه به روش وارسی باید به نکات زیر نیز توجه داشت :

- اتمهای مناسب برای شروع موازنه باید فقط به صورت ترکیب باشند. مثلا در معادله واکنش زیر 3 نوع اتم (C , N , O  ) وجود دارد که می توان موازنه را از آنها شروع کرد، اما چون اکسیژن در سمت چپ به صورت عنصر است موازنه با آن شروع نمی شود.

                                                                      CH4 + NH3 + O2       →               HCN + H2O  

معادله موازنه شده نباید دارای ضرایب کسری باشد. اگر در موازنه به ضرایب کسری برخوردیم ، تمام ضرایب معادله را در عددی مناسب ضرب می کنیم تا ضرایب کسری از بین بروند. برای مثال معادله واکنش سوختن گاز اتان پس از موازنه به صورت زیر است.

                                                                          C2H6 + 7/2O2      →               2CO2 + 3H2O 

برای از بین بردن ضریب کسری 2/7 برای اکسیژن می توان تمام ضریبهای معادله را در عدد 2 ضرب کرد. تا معادله به صورت زیر در آید

2C2H6 + 7O2        →             4CO2 + 6H2O

- ضریبهای موازنه باید کوچکترین عددهای صحیح را برای آن معادله شامل شوند. مثلا معادله بالا را می تونستیم با ضریبهای بزرگتری نیز موازنه کنیم .

4C2H6 + 14O2         →             6CO2 + 12H2O                                                                                           

این ضریبها عددهای صحیح هستند ولی می توان آنها را ساده کرد.

اهمیت استفاده از ضریبهای غیر کسری و کوچک در محاسبات استوکیومتری نشان داده می شود.

حل چند تمرین در مورد موازنه به روش وارسی :

موازنه را از اتم کربن یا نیتروژن شروع می کنیم.

  CH4 + NH3 + O2      →                HCN + H2O              

بعد از موازنه اتمهای C معادله به صورت مقابل نوشته می شود.

1CH4 + NH3 + O2         →                1HCN + H2O

موازنه اتمهای N  ادامه می یابد.

        1CH4 + 1NH3 + O2           →                 1HCN + H2O                             

و سرانجام اتمهای O موازنه شده و معادله موازنه شده بدست می آید.

۱CH4 + 1NH3 + 3/2O2     →             1HCN + 3H2O        

سپس معادله در 2 ضرب می شود تا ضریب کسری از بین برود.

   2CH4 + 2NH3 + 3O2     →                2HCN + 6H2O

اتم P پراکندگی زیادی دارد در معادله در 4 جا دیده می شود 

P2I4 + P4 + H2O        →                  PH4I + H3PO4     

پس موازنه با آن نباید شروع شود. دو نوع اتم ( I , O ) در هر طرف معادله فقط در یک ماده ظاهر شده اند و هر دو به صورت ترکیب هستند اما اکسیژن در ترکیبی با بیشترین تعداد اتم است ( H3PO4 ) . بنابر این موازنه با اتمهای O آغاز می شود :

P2I4 + P4 + 4H20      →                  PH4I + 1H3PO4

با موازنه اتمهای H می نویسیم 

 P2I4 + P4 + 4H2O             →            5/4PH4I + 1H3PO4                                         

بعد از موازنه اتمهای I  داریم

5/16P2I4 + P4 + H2O       →                 5/4PH4I + 1H3PO4 

سرانجام معادله را برای اتمهای P موازنه می کنیم.

                     5/16P2I4 + 13/32P4 + 4H20        →                    5/4PH4I + 1H3PO4

موازنه معادله های یونی :

برخی معادله های یونی را نیز می توان به روش وارسی موازنه کرد. در موازنه این نوع معادله ها باید علاوه بر موازنه تعداد اتمها در دو سمت معادله تعداد بارهای منفی یا مثبت نیز در دو سمت معادله برابر شوند. در این نوع معادله ها بهتر است ابتدا با استفاده از تغییر عدد اکسایش ضرایب موازنه را برای اتمهای که عدد اکسایش آنها تغییر کرده است را به دست آوریم. در معادله زیر عدد اکسایش کلر در Cl2 صفر و در ClO3^-  ، 5+ می باشد یعنی تغییر عدد اکسایش 5 درجه است. از طرفی عدد اکسایش کلر در یونCl^- ، 1- می باشد. پس تغییر عدد اکسایش یک درجه است. تغییر عدد اکسایش در ClO3^- را ضریب Cl^- و تغییر عدد اکسایش در Cl^- را ضریب ClO3^- قرار می دهیم. 

                                            Cl2 + OH^-        →                 ClO3^- + Cl^- + H2O   

Cl2 + OH^-           →               1ClO3^- + 5Cl^- + H2O     

برای موازنه بارهای منفی به OH^-   ضریب 6 می دهیم.

Cl2 + 6OH^-      →                1ClO3^- + 5Cl^- + H2O              

هیدروژنها را موازنه می کنیم.

Cl2 + 6OH^-      →                  1ClO3^- + 5Cl^- + 3H20

 با موازنه اتمهای کلر ، معادله موزنه می شود.

3Cl2 + 6OH^-        →                1ClO3^- + 5Cl^- + 3H2O   

شیمی معدنی چیست؟

شیمی معدنی چیست؟

---

شیمی معدنی شاخه‌ای از دانش شیمی است که با کانی ها (مواد معدنی) و خواص آنها سروکار دارد.شیمی معدنی شاخه بزرگی از علم شیمی است که بطور کلی شامل بررسی، تحلیل و تفسیر نظریه‌های خواص و واکنشهای تمام عناصر و ترکیبات آنها بجز هیدروکربنها و اغلب مشتقات آنهاست.به عبارت دیگر می‌توان چنین اظهار نظر کرد که شیمی معدنی کلیه موادی که از جمله ترکیبات کربن نباشند، به استثنای اکسیدهای کربن و دی سولفید کربن را دربر می‌گیرد.


نگاه کلیدر شیمی معدنی در مورد گستره وسیعی از موضوعات از جمله: ساختمان اتمی، بلورنگاری(کریستالوگرافی)، انواع پیوندهای شیمیایی اعم از پیوندهای کووالانسی، یونی، هیدروژنی و ...، ترکیبات کوئوردیناسیون و نظریه‌های مربوطه از جمله نظریه میدان بلور و نظریه اوربیتال مولکولی، واکنشهای اسید و باز، سرامیکها، تقارن مولکولی و انواع بخش‌های زیرطبقه الکتروشیمی (برقکافت، باطری، خوردگی، نیمه رسانایی و غیره) بحث می‌شود.در باب اهمیت شیمی معدنی، ساندرسن چنین نوشته است:

در واقع بیشترین مباحث علم شیمی را دانش اتمها تشکیل می‌دهد و کلیه خواص مواد و ترکیبات، به ناچار ناشی از نوع اتمها و روشی است که با توجه به آن، اتمها به یکدیگر می‌پیوندند و مجموعه تشکیل می‌دهند و از طرف دیگر کلیه تغییرات شیمیایی متضمن بازیابی اتمهاست. در این حال شیمی معدنی تنها بخشی از علم شیمی است که با توجه به آن می‌توان به صورتی ویژه، در باب مغایرتهای موجود در میان کلیه انواع اتمها بررسی نمود.

طبقه بندی مواد معدنی

در یک مفهوم گسترده، مواد معدنی را می‌توان در چهار طبقه تقسیم بندی نمود: عناصر، ترکیبات یونی، ترکیبات مولکولی و جامدات شبکه‌ای یا بسپارها.
عناصر: عناصر دارای ساختارها و خواص بسیار متفاوت هستند. بنابراین می‌توانند به یکی از صورتهای زیر باشند:

گازهای اتمی (Kr , Ar) و یا گازهای مولکولی (O2 , H2)

جامدات مولکولی (C6 , S8 , P4)

مولکولها و یا جامدات شبکه‌ای گسترش یافته (الماس، گرافیت)

فلزات جامد (Co , W) و یا مایع (Hg , Ca)

ترکیبات یونی: این ترکیبات در دما و فشار استاندارد همواره جامدند و عبارت‌اند از:

ترکیبات یونی ساده، مانند NaCl که در آب یا دیگر حلالهای قطبی محلول‌اند.

اکسیدهای یونی که در آب غیر محلول‌اند و اکسیدهای مختلط همچون اسپنیل (MgAl2O4)، سیلیکاتهای مختلف مانند CaMg(SiO3)2 و ...

دیگر هالیدهای دوتایی، کاربیدها، سولفیدها و مواد مشابه. چند مثال عبارتست از: BN , GaAs , SiC , AgCl.

ترکیباتی که دارای یونهای چند اتمی (به اصطلاح کمپلکس) هستند.

ترکیبات مولکولی: این ترکیبات ممکن است جامد، مایع و یا گاز باشند و مثالهای زیر را دربر می‌گیرند:

ترکیبا دوتایی ساده همچون UF6 , OsO4 , SO2 , PF3

ترکیبات پیچیده فلزدار همچون RuH(CO2Me)(PPh3)3 , PtCl2(PMe3)2

ترکیبات آلی فلزی که مشخصا پیوندهای فلز به کربن دارند، مانند Zr(Cn2C6H5)4 , Ni(CO)4

جامدات شبکه‌ای یا بسپارها: نمونه‌های این مواد شامل بسپارهای متعدد و متنوع معدنی و ابررساناها است. فرمول نمونه‌ای از ترکیبات اخیر YBa2Cu3O7 است.

ساختارهای مواد معدنی

ساختار بسیاری از مواد آلی از چهار وجهی مشتق می‌شود. فراوانی آنها به این دلیل است که در مواد آلی ساده، بیشترین ظرفیت کربن و همچون بیشتر عناصر دیگری (به استثنای هیدروژن) که معمولاً به کربن پیوند می‌شوند، چهار است. اما اجسام معدنی وضعیت ساختاری بسیار پیچیده‌ای دارند، زیرا اتمها ممکن است خیلی بیشتر از چهار پیوند تشکیل دهند. بنابراین، در مواد معدنی اینکه اتمها پنج، شش، هفت، هشت و تعداد بیشتری پیوند تشکیل دهند، امری عادی است. پس تنوع شکل هندسی در مواد معدنی خیلی بیشتر از مواد آلی است.
ساختار مواد معدنی اغلب بر اساس تعدادی از وجیهای با نظم کمتر، نظیر دو هرمی با قاعده مثلث، منشور سه ضلعی و غیره و همچنین بر اساس شکلهای باز چند وجیهای منتظم یا غیر منتظم که در آنها یک یا چند راس حذف شده است، نیز مشاهده می‌شود.

انواع واکنشهای مواد معدنی

در بیشتر واکنشهای آلی می‌توانیم در مورد مکانیسمی که واکنش از طریق آن انجام می‌شود، بحث و بررسی کنیم، در صورتی که برای بسیاری از واکنشهای معدنی فهم دقیق مکانیسم غیر ممکن یا غیر ضروری است.

رابطه شیمی فیزیک و شیمی معدنی

در توجیه موجودیت مواد معدنی و در توصیف رفتار آنها، به استفاده از جنبه‌های خاصی از شیمی فیزیک، بخصوص ترمودینامیک، ساختارهای الکترونی اتمها، نظریه‌های تشکیل پیوند در مولکولها، سینتیک واکنش و خواص فیزیکی مواد نیاز داریم. بنابراین با استفاده از شیمی فیزیک می‌توان به ساختار اتمی و مولکولی، تشکیل پیوند شیمیایی و دیگر اصول لازم برای درک ساختار و خواص مواد معدنی پرداخت.

چدن (cast iron)

چدن (cast iron) ، آلیاژی از آهن- کربن و سیلیسیم است که همواره محتوی عناصری در حد جزئی (کمتر از ۰.۱ درصد) و غالبا عناصر آلیاژی (بیشتر از ۰.۱ درصد) بوده و به حالت ریختگی یا پس از عملیات حرارتی به کار برده می‌شود. عناصر آلیاژی برای بهبود کیفیت چدن برای مصارف ویژه به آن افزوده می‌شود.

● اطلاعات کلی
چدن (cast iron) ، آلیاژی از آهن- کربن و سیلیسیم است که همواره محتوی عناصری در حد جزئی (کمتر از ۰.۱ درصد) و غالبا عناصر آلیاژی (بیشتر از ۰.۱ درصد) بوده و به حالت ریختگی یا پس از عملیات حرارتی به کار برده می‌شود. عناصر آلیاژی برای بهبود کیفیت چدن برای مصارف ویژه به آن افزوده می‌شود. آلیاژهای چدن در کارهای مهندسی که در آنها چدن معمولی ناپایدار است به کار می‌روند. اساسا خواص مکانیکی چدن به زمینه ساختاری آن بستگی دارد و مهمترین زمینه ساختار چدن‌ها عبارتند از: فریتی ، پرلیتی ، بینیتی و آستینتی. انتخاب نوع چدن و ترکیب آن براساس خواص و کاربردهای ویژه مربوطه تعیین می‌شود.
 
● طبفه‌بندی چدن‌ها
چدن ها به دو گروه اصلی طبقه‌بندی می‌شوند، آلیاژهایی برای مقاصد عمومی که موارد استعمال آنها در کاربردهای عمده مهندسی است و آلیاژهای با منظور و مقاصد ویژه از جمله چدنهای سفید و آلیاژی که برای مقاومت در برابر سایش ، خوردگی و مقاوم در برابر حرارت بالا مورد استفاده قرار می‌گیرند.
 
▪  ( چدن های معمولی ) : 
این چدن ها چزو بزرگترین گروه آلیاژهای ریختگی بوده و براساس شکل گرافیت به انواع زیر تقسیم می‌شوند:
 

جدول تناوبی عناصر شیمیایی

جدول تناوبی عناصر شیمیایی

	18	17	16	15	14	13	12	11	10	9	8	7	6	5	4		3	2	1
	VIIIA	VIIA	VIB	VA	IVA	IIIA	IIB	IB	VIIIB			VIIB	VIB	VB	IVB		IIIB	IIA	IA
	2																		1	1
	He																		H
	10	9	8	7	6	5												4	3	2
	Ne	F	O	N	C	B												Be	Li
	18	17	16	15	14	13												12	11	3
	Ar	Cl	S	P	Si	Al												Mg	Na
	36	35	34	33	32	31	30	29	28	27	26	25	24	23	22		21	20	19	4
	Kr	Br	Se	As	Ge	Ga	Zn	Cu	Ni	Co	Fe	Mn	Cr	V	Ti		Sc	Ca	K
	54	53	52	51	50	49	48	47	46	45	44	43	42	41	40		39	38	37	5
	Xe	I	Te	Sb	Sn	In	Cd	Ag	Pd	Rh	Ru	Tc	Mo	Nb	Zr		Y	Sr	Rb
	86	85	84	83	82	81	80	79	78	77	76	75	74	73	72	*	57	56	55	6
	Rn	At	Po	Bi	Pb	Tl	Hg	Au	Pt	Ir	Os	Re	W	Ta	Hf		La	Ba	Cs
	118		116		114		112	111	110	109	108	107	106	105	104	**	89	88	87	7
	Uuo		Uuh		Uuq		Uub	Uuu	Uun	Mt	Hs	Bh	Sg	Db	Rf		Ac	Ra	Fr
		71	70	69	68	67	66	65	64	63	62	61	60	59	58	*
		Lu	Yb	Tm	Er	Ho	Dy	Tb	Gd	Eu	Sm	Pm	Nd	Pr	Ce
		103	102	101	100	99	98	97	96	95	94	93	92	91	90	**
		Lr	No	Md	Fm	Es	Cf	Bk	Cm	Am	Pu	Np	U	Pa	Th

مرجع

کمپلکس ها ی فتالوسیانین بعنوان کاتالیزور

HETEROGENEOUS PHTHALOCYANINE CATALYST FOR LIQUID-PHASE OXIDATION

OF SODIUM SULFIDE AND MERCAPT!DES

A~ G. Akhmaduilina, I. K. Khrushcheva,

A. M. P~zgarov, and N. Mo Abramova

UDC 541.128.13

Oxidative detoxification of sour caustic wastes and demercaptization of light hydrocarbon

feedstocks are based on the reaction of catalytic oxidation of sodium sulfide and

mercaptides by molecular oxygen. The most active and stable catalysts for the oxidation

of sodium sulfide and mercaptides are phtha!ocyanine compounds of cobalt [i, 2]. The use

of homogeneous catalysts in these processes is economically infeasible, since such catalysts

are consumed continuously.

Heterogeneous catalysts prepared by adsorptive impregnation of porous supports (activated

carbon, alumina, bauxites, silica gel, aluminum and magnesium oxides, etc.) with solutions

of phthalocyanines [3-5] are unstable in aqueous caustic media under conditions of

vigorous sparging of the solution by oxygen-containing gas. Under these conditions, catalysts

prepared by grafting metal phthalocyanines to a polymeric Base are more stable [6-9];

however, they are not yet being used commercially, because of difficulties in preparation.

Using the principle of coloring polymers by pigments in the bulk [i0], we have developed

heterogeneous phthalocyanine catalysts that are distinguished by high mechanical

strength and chemical resistance in aqueous caustic media. These catalysts can be prepared

in the form of granules, in the same equipment used to obtain carbon black concentrates or

dye concentrates in polyethylene or polypropylene production. Packing elements can be prepared

from the catalyst granules in casting machines orlextruders that are installed in

lines for the mass production of finished articles in the same manufacturing operations.

As the finely dispersed particles of the metallophthalocyanine are fused into the polymer,

they are strongly bound to the polymeric support. Partial mechanical wear (abrasion)

of the catalyst does not lower its activity in service, since the catalystts surface is renewed,

and particles of the phthalocyanine that were formally located in the bulk polymer

are now brought into service.

Laboratory samples of the heterogeneous catalysts were prepared by roll-mixing the

catalytically active component with the molten polymer until a uniform mass was obtained,

after which shavings with a thickness of 0.25 mmwere formed. The specific surface of the

catalyst was 150 cm2/g.

The heterogeneous catalysts were tested for activity and stability in liquid-phase

oxidation of sodium sulfide and a sodium mercaptide by molecular oxygen in a sparged allglass

batch reactor (diameter 30 mm, height 330 mm) at atmospheric pressure, temperature

40~ and oxygen feed space velocity 30 min -I. As model solutions we used a 5% aqueous

solution of NaOH with 0.i M sodium sulfide and a 15% aqueous solution of NaOH with 0.65 M

sodium n-butyl mercaptide. The solution/catalyst ratio was 5:1, the total catalyst surface

area was 1500 cm 2, and the oxidation time was 30 min. The content of sodium sulfide or

mercaptide in the solution to be oxidized was determined potentiometrically (GOST [All-

Union State Standard] 22985-78).

It was established that in the preparation of the heterogeneous catalysts, it is best

to use only water-insoluble metallophthalocyanines and plastic polymers.

When electron-acceptor substituents such as --CI or--CH~CI, or electron-donor substituents

such as -C(CH~)3, are introduced into the benzene ring of cobalt phthalocyanine,

the level of catalytic activity of the heterogeneous catalysts is raised. However, in view

of the availability of the unsubstituted cobalt phthalocyanine (it is produced at the M.

V. Frunze Zavol'zhe Chemical Plant), it can be recommended for use as the catalytic component

of the commercial sulfur removal catalyst KS-I.

آشنایی با وسایل آزمایشگاهی

 بوته چینی (کروزه چینی):

بوته آزمایشگاهی ظرف مخروطی (مخروط ناقص) شبیه انگشتانه است که لیه های آن کاملاً صاف و جداره های داخلی و خارجی آن صاف و صیقلی است. اگرچه بوته آزمایشگاهی را از جنس فلز (بویژه از نیکل). گرافیت و سفال (بوته گلی یا سفالی) نیز می سازند اما این بوته ها عمدتاً از جنس چینی تهیه می شود و معمولاً دارای سرپوش است.

 

کاربرد: از بوته در آزمایشـگاه معمولی برای اندازه گیری آب تبلور کات کـبود یا سولفات مس زاج سبز یا سولفات آهنو نمک قلیا یا کربنات سدیم به فرمول و همچنین برای ذوب قند، پارافین جامد و… استفاده می شود. چون بوته چینی در برابر گرما (تا حدودْ1200C) مقاوم است، از آن در آزمایشگاه های شیمی تجزیه برای خشک کردن رسوب کردن رسوب و پختن رسوب در کوره الکتریکی استفاده می شود.

طرز کار: هنگام گرم کردن بوته باید آن را با گیره ویژه ای (گیره بوته) برداشت و در حفره مثلث نسوز مناسب، قرار داد. مثلث نسوز طبق شکل، به شکل مثلث است که از یک مثلث فلزی با سه قطعه روکش چینی نسوز ساخته شده است و از آن عمدتاً برای نگهداشتن بوته، به هنگام گرما دادن آن استفاده می شود. یک مثلث نسوز هنگامی برای یک بوته مناسب است که⅔ بوته در حفره آن قرار گیرد، در غیر این صورت حالت نامتعادلی پیدا می کند و در اثر ضربه کوچکی ممکن است بشکند

چند نکته درباره بوته چینی 

- اسیدها بر بوته اثر ندارند اما بازها سبب خوردگی بوته می شوند. برای پاک کردن بوته تا حد امکان نباید از اسیدها هم استفاده کرد.

- بوته های شکسـته را نباید دور ریخـت زیرا از خرده های آنها برای آب گیری الکل و تهیه اتیلن می توان استفاده کرد. (بوته شکسته را می توان خرد کرده، به عنوان ماده آبگیر مورد استفاده قرار داد)

- هنگامی که از بوته برای سنجش های وزنی استفاده می شود نخست باید بوته خالی را چندین بار در کوره الکتریکی در دمای معین (دمای لازم برای پختن رسوب) قرار داد و پس از سرد کردن، وزن کرد تا به وزن ثابت رسید. این کارها، یعنی: گرم کردن، سرد کردن و وزن کردن بوته تا رسیدن به وزن ثابت پیش از پختن هر رسوب الزامی است.
لطفا ادامه مطلب را مشاهده فرمایید

کاربرد کمپلکسهای پلی اکسومتالات بعنوان کاتالیست

Polyoxometalate Catalysis 

Polyoxometalate Catalysis
Some general properties make POMs as a class an attractive target for catalysis. POMs are anions, and their countercations may be exchanged by metathesis reactions. This allows for the preparation of both inorganic and organic salts. Selection of countercation can make the POM soluble in either water or organic phases [8]. Typically tetrabutylammonium (TBA) is chosen as the countercation for organic phase reactions, and Na+ or K+ is chosen for aqueous phase reactions. Existing as an anion is also useful because the POM can then be attached to a positively charged support medium, thus changing a homogeneous catalyst to a heterogeneous catalyst [9]. An example of this is TBA8[(FeIII(OH2)2)3(A-a-PW9O34)2]/(Si/AlO2), a sandwich POM bound to cationic silica used as a sulfoxidation catalyst [9].

Another property is the ease with which POMs are synthesized and the variety of compounds possible. POMs are usually self-assembled structures at the appropriate pH. This allows for the creation of complex molecules in only one synthetic step. Another characteristic is that the negatively charged oxygen atoms are polarized towards the positive tungsten atoms on the interior of the structure. Therefore, the oxygen atoms are relatively inert, making them resistant to acidic or basic decomposition.
In addition to their structural robustness, POMs possess important electronic characteristics. The incorporation of transition metals provides a source of weakly attached electrons which can be transferred to other compounds (reduction). Also, the POM is capable of absorbing and stabilizing electrons from substrates in oxidation reactions, thus lowering energy state of intermediates [10]. The last, and perhaps most important, feature of POMs is their ability to transfer and accept multiple electrons at a time [10]. This prevents the formation of radical intermediates, which result in non-stereospecific products.
Perhaps the largest benefit from POMs comes from their ability to catalyze green (i.e. environmentally friendly) reactions. Many POMs are able to activate molecular oxygen or hydrogen peroxide as reagents in oxidation reactions. The by-products from these reactions are water as opposed to organic compounds. Another green chemistry goal is for “atom economy,” in which as much as possible of the reagents are incorporated into the final product [11]. An example will illustrate this notion in the following section on epoxidation catalysts. The following sections will detail the use of POMs in the preparation of epoxides, alcohols, and organic molecules.

A final, crucial consideration for a catalyst is that it must be cost effective. The cost of production of POMs varies greatly. Simple tungstophosphate POMs can be readily synthesized on a large scale from cheap salts. However, POMs that contain rare metals are of course much more expensive. The goal and assumption of attempting to produce catalysts is that since the catalyst is degraded at a very slow rate, the overall process is cheaper than if stoichiometric amounts of reagents are used.

مثال: 

Oxidation of Alkyl Arenes
A system that oxidizes alkyl arenes is PMo12O40 in phenylmethylsulfoxide (PMSO) [21]. The PMSO serves as an oxygen source for the oxidation of alkyl arenes, via hydride removal and the formation of a benzylic carbocation mechanism. In most substrates, a carbonyl moiety was given at the benzylic position (Scheme 1.1). However, other products were observed for some substrates, most interesting of which is the product of oxidation of triphenylmethane, which results in the formation of a carbon-carbon bond between two of the phenyl rings creating a pentacyclic ring (Scheme 1.2). This result may lend itself to use in organic synthesis pathways of natural products, where the formation of polycyclic systems is often required. The final type of oxidation occurs where the formation of a double bond can give an extended conjugated system. A representative reaction is shown in Scheme 1.3, and tetrahydrophenanthracene and 1,2-diphenylethane react in the same manner go give anthracene and trans-stilbene [21]. 

تصویر

Scheme 1: The scheme shows the various reactions catalyzed by PMo12O40 oxidation. 1. shows the formation of the pentacyclic compound upon oxidation. 2. shows the typical reaction product for most substrates, the addition of a carbonyl functionality to the benzylic position. 3. shows the oxidation of tetrahydroanthracene yields anthracene, adding double bonds rather than a carbonyl function.

تقطیر با بخار آب

تقطیر با بخار آب

غالبا به کمک تقطیر با بخار آب میتوان ترکیبات آلی فراری را که با آب مخلوط نمیشوند یا تقریبا با آن غیر قابل اختلاط هستند تفکیک و تخلیص کرد. در این روش مخلوط آب و جسم آلی با هم تقطیر میشوند. که به دو صورت امکان پذیر است:

1)  روش مستقیم: که مخلوط آب و ماده آلی با همدیگر حرارت داده میشوند (تقطیر بوسیله آب).

2)  روش غیر مستقیم: که بخار آب را در ظرف دیگری ایجاد کرده و از داخل ماده آلی عبور میدهند.

در تقطیر با بخار آب طبق قانون دالتون فشار بخارهای حاصله در درجه حرارت معین، برابر با مجموع فشارهای جزئی همان بخارها است: 

                                                PT = P1 + P2 + P3 + …  

آرایش الکترونی و جدول تناوبی

در جدول تناوبی جدید که بر اساس آرایش الکترونی عنصرها مرتب شده است، عنصرها به چهار دسته تقسیم می شوند.

آ) عنصرهای اصلی دسته S : همگی فلز هستند ( به جز H  و He ) و تنها یک یا دو الکترون در اوربیتال S لایه ظرفیت آنها وجود دارد.

- گروه 1 ( IA ) با آرایش   nS¹ به خانواده فلزهای قلیائی مشهورند و خاصیت فلزی دارند.

- گروه 2 ( IIA ) با آرایش  nS² به خانواده فلزهای قلیائی خاکی مشهورند و خاصیت فلزی دارند.

ب) عنصرهای اصلی دسته P : در این سری از عنصرها که اوربیتال P آنها در حال پر شدن می باشد جزو عنصرهای اصلی بوده و شامل برخی از فلزها و تمامی نافلزها و گازهای نجیب می باشند.

- گروه 13 ( IIIA ) با آرایش   nS², nP¹ اغلب خاصیت آمفوتری دارند.

- گروه 14 ( IVA ) با آرایش   nS², nP²

- گروه 15 ( VA ) با آرایش    nS², nP³ خاصیت نافلزی دارند.

- گروه 16 ( VIA ) با آرایش   nS², nP⁴ خاصیت نافلزی دارند.

- گروه 17 ( VIIA ) با آرایش  nS², nP⁵ به خانواده هالوژنها مشهورند و خاصیت نافلزی دارند.

- گروه 18 ( VIII ) با آرایش    nS², nP⁶ به خانواده گازهای نجیب مشهورند و فعالیت شیمیائی ندارند.

عنصرهای دسته d ( عنصرهای واسطه ) : عنصرهای که اوربیتال nS لایه ظرفیت آنها یک یا دو الکترون و اوربیتال (n-1) d آنها در حال پر شدن است، به نام عنصرهای واسطه مشهورند. همگی فلز می باشند و در ده ستون میان گروههای 2 ( IIA ) و 13 ( IIIA ) قرار دارند.

عنصرهای دسته f ( عنصرهای واسطه داخلی ) : عنصرهای که اوربیتال nS لایه ظرفیت آنها یک یا دو الکترون و اوربیتال ( n-2 )f آنها در حال پر شدن است، به نام عنصرهای واسطه داخلی مشهورند و به دو سری تقسیم می شوند.

- سری لانتانیدها : عنصرهای که اوربیتال 4f آنها در حال پر شدن است. این عنصرها به نام لانتانیدها و یا خاکهای کمیاب مشهورند و شامل 14 عنصر از سریم ( Ce₅₈) تا لوتسیم ( Lu₇₁) می باشند. مکان اصلی این عنصرها در خانه شماره 57 کنار عنصر لانتان می باشد که آنها را به پایین جدول انتقال داده اند.

- سری آکتینیدها : عنصرهای که اوربیتال 5f آنها در حال پر شدن است. این عنصرها به نام آکتینیدها مشهورند و شامل 14 عنصر از توریم    ( Th₉₀) تا لورانسیم ( Lr₁₀₃) می باشند. همگی جزو عنصرهای سنگین و رادیو اکتیو هستند و اغلب به طور مصنوعی تهیه می شوند. مکان اصلی این عنصرها  نیز در خانه شماره 89 کنار عنصر آکتینیم می باشد.

مشابهت جدول تناوبی با آرایش الکترونی اتمها را می توان به این صورت به خاطر سپرد.

          1s        2s, 2p       3s, 3p      4s, 3d, 4p       5s, 4d, 5p      6s, 4f, 5d, 6p     7s, 5f, 6d, 7p

در هر دوره اگر شماره دوره را n   در نظر بگیریم وضعیت شماره لایه برای هر اوربیتال به این صورت است.                        

                  nS , nP           -            nS , (n-1)d           -          nS , (n-2)f  

عنصرهای دسته S ( فلزهای قلیائی و قلیائی خاکی ) از دوره اول شروع می شوند.

عنصرهای دسته P ( نافلزها ) از دوره دوم شروع می شوند. 

عنصرهای دسته d ( فلزهای واسطه ) از دوره چهارم شروع می شوند.

عنصرهای دسته f ( عنصرهای واسطه داخلی ) از دوره ششم شروع می شوند. لانتانیدها 4f  دوره ششم و آکتینیدها 5f در دوره هفتم قرار دارند.  

مرجع

تصعید

تصعید

روش تصعید را میتوان به جای تبلور برای تخلیص بعضی از جامدات به کار برد. در این روش از اختلاف فشار بخار اجسام جامد استفاده میشود و این عمل از جهتی به تقطیر ساده شباهت دارد. نمونه ناخالص در درجه حرارتی پایین تر از نقطه ذوب آن گرم میشود و مستقیما از حالت جامد به صورت بخار در می آید و بعد بخار حاصل فورا در سطح سردی به حالت جامد متراکم میشود (متبلور میشود). این دو مرحله بدون مداخله حالت مایع صورت میگیرد.

شکل زیر نمودار معمولی فازها و رابطه حالتهای جامد، مایع و بخار یک جسم را با فشار و درجه حرارت نشان میدهد. توجه داشته باشید که حالت مایع نمیتواند در شرایطی موجود باشد که درجه حرارت و فشاری که در نقطه O نمایش داده شده کمتر باشد. منحنی OA فشار بخار جسم جامد را در درجات پایین تر از نقطه ذوب نشان میدهد. این منحنی تعادل بین جامد و بخار را نمایان میسازد و از نظر تصعید حائز اهمیت است.

در زیر شکل دو نوع دستگاه مورد استفاده در تصعید آورده شده است:

کالیبره کردن ظروف حجمی آزمایشگاهی

لینک

واکنش خنثی شدن - neutralization reactans

دید کلی

تیتراسیونهای خنثی‌شدن بطور گسترده در تعیین غلظت آنالیتهایی کاربرد دارند که یا اسید و یا باز هستند، یا با استفاده از روشهای مناسب به چنین گونه‌هایی تبدیل می‌شوند. آب ، حلال معمول برای تیتراسیون خنثی‌شدن است، زیرا بسادگی در دسترس و ارزان و غیرسمی است. پایین بودن ضریب انبساط دمایی آن یک خاصیت اضافی دیگر است.

ولی بعضی از آنالیتها در محیط آبی قابل تیتر کردن نیستند، زیرا انحلال‌پذیری آنها بسیار پایین است، یا چون قدرتهای اسیدی یا بازی آن چندان زیاد نیست که نقاط پایان رضایت بخشی را فراهم کنند. غلظت چنین موادی را اغلب می‌توان با تیتر کردن آنها در حلال دیگر به غیر از آب تعیین کرد.

نظریه تیتراسیونهای خنثی‌کردن

محلولهای استاندارد اسیدها و بازهای قوی را بطور گسترده‌ای برای تعیین آنالیتهایی بکار می‌برند که خود اسید یا بازند یا می‌توانند با اعمال شیمیایی به چنین گونه‌هایی تبدیل شوند.

واکنشگرها برای واکنشهای خنثی‌شدن

محلولهای استاندارد برای تیتراسیونهای خنثی شدن همواره از اسیدها یا بازهای قوی تهیه می‌شوند، زیرا این نوع واکنشگرها تیزترین نقطه پایانی را ارائه می‌کنند.

محلولهای استاندارد

محلولهای استاندارد بکار گرفته شده در تیتراسیونهای خنثی شده ، اسیدهای قوی یا بازهای قوی هستند. زیرا این اجسام در مقایسه با اسیدهای ضعیف و بازهای ضعیف بطور کاملتر با آنالیت واکنش می‌دهند. اسیدهای استاندارد از اسید هیدرو کلرویک ، اسید پرکلریک و اسید سولفوریک تهیه می‌شوند. اسید نیتریک بندرت بکار برده می‌شود، زیرا خاصیت آن بعنوان یک اکسنده ، عامل بالقوه‌ای برای واکنشهای جانبی ناخواسته است.

باید بخاطر داشت که محلولهای گرم و غلیظ اسید سولفوریک و اسید پرکلریک نیز عوامل اکسنده مستعدی هستند و بنابراین پرخطرند.

بنابرین ، خوشبختانه ، محلولهای رقیق این واکنشگرها نسبتا بی‌خطرند و می‌توانند بدون احتیاطهای خاص بجز محافظت چشم ، در آزمایشهای شیمی تجزیه‌ای بکار برده شوند. محلولهای استاندارد بازی معمولا از هیدروکسید سدیم ، هیدروکسید پتاسیم و گهگاه از هیدروکسید باریم تهیه می‌شوند. مجددا ، هنگام کار با این واکنشگرها و محلولهای آنها باید همیشه چشمها محافظت شوند.

نظریه رفتار شناساگر

بسیاری از اجسام طبیعی و سنتزی ، رنگهایی از خود نشان می‌دهند که به PH محلولی که این اجسام در آن حل شده‌اند، بستگی دارند. برخی از این اجسام که طی قرنها برای نشان دادن خاصیت قلیایی یا اسیدی آب بکار برده شده‌اند، در سالهای اخیر بعنوان شناساگر اسید و باز بکار گرفته می‌شوند. بطور کلی ، شناساگرهای اسید و باز ، اسیدها و بازهای ضعیف آلی هستند که بسته به تفکیک یا تجمع ، متحمل تغییرات ساختاری درونی می‌شوند که به تغییر در رنگ منجر می‌شود.

کاربردهای نوعی تیتراسیونهای خنثی‌شدن

تیتراسیونهای خنثی‌شدن در اندازه گیری آن دسته از گونه‌های بی‌شمار معدنی ، آلی و زیستی که خواص اسیدی یا بازی ذاتی دارند بکار برده می‌شوند. ولی کاربردهای بسیاری به همان اندازه اهمیت وجود دارند که در آنها ترکیب مورد تجزیه با یک واکنشگر مناسب به یک اسید یا باز تبدیل و سپس با یک باز یا اسید قوی استاندارد تیتر می‌شود.

دو نوع عمده از نقاط پایانی بطور گسترده در تیتراسیونهای خنثی‌شدن بکار برده می‌شود. نوع اول یک نقطه پایانی بصری است و بر پایه تغییر رنگ شناساگر قرار دارد. نوع دوم یک نقطه پایانی پتانسیومتری است که در آن پتانسیل یک سیستم الکترود شیشه - کامومل با یک وسیله اندازه گیری ولتاژ تعیین می‌شود. پتانسیل اندازه گیری شده مستقیما متناسب با PH است.

تجزیه عنصری

تعدادی از عناصر مهم را که در سیستمهای آلی و زیستی دخالت می‌کنند، می‌توان به سهولت با روشهایی که در مرحله پایانی به یک تیتراسیون اسید و باز ختم می‌شوند، اندازه گیری کرد. عموما عناصری که قابلیت این نوع تجزیه را دارند، غیر فلزند و شامل کربن ، نیتروژن ، گوگرد ، کلر ، برم ، فلوئور و چند گونه نامتداول دیگرند. در هر مورد ، عنصر به یک اسید یا باز معدنی تبدیل و متعاقبا تیتر می شود.

بعنوان مثال ، نیتروژن در بسیاری از مواد با اهمیت در پژوهش ، صنعت ، کشاورزی یافت می‌شود. مثلا نیتروژن در اسیدهای آمینه ، پروتئینها ، داروهای سنتزی ، کودهای شیمیایی ، مواد منفجره ، خاک ، آبهای آشامیدنی و رنگها وجود دارد. پس روشهای تجزیه‌ای برای تعیین نیتروژن بویژه در مواد آلی از اهمیت بسیاری برخوردارند.

اندازه گیری مواد معدنی

تعداد زیادی از گونه‌های معدنی را می‌توان توسط تیتراسیون با اسیدها یا بازهای قوی اندازه گیری کرد. بعنوان مثال ، نمکهای آمونیوم را می‌توان بسادگی با تبدیل به آمونیاک توسط باز قوی و سپس تقطیر در دستگاه کلدال اندازه گیری کرد. آمونیاک طبق روش کلدال جمع آوری و تیتر می‌شود. روشی را که برای نمکهای آمونیوم بیان شد، می‌توان برای اندازه گیری نیترات و نیتریت معدنی تعمیم داد.

تعیین گروههای عاملی آلی

تیتراسیونهای خنثی‌شدن برای سنجش مستقیم و غیر مستقیم انواع گروههای عاملی آلی روشهای ساده‌ای را فراهم می‌کنند.

خوردگی فلزات

تخریب فلزات با عوامل غیر خوردگی

فلزات در اثر اصطکاک ، سایش و نیروهای وارده دچار تخریب می‌‌شوند که تحت عنوان خوردگی مورد نظر ما نیست.

فرایند خودبه‌خودی و فرایند غیرخودبه‌خودی

خوردگی یک فرایند خودبخودی است، یعنی به زبان ترمودینامیکی در جهتی پیش می‌‌رود که به حالت پایدار برسد. البته M+n می‌‌تواند به حالتهای مختلف گونه‌های فلزی با اجزای مختلف ظاهر شود. اگر آهن را در اتمسفر هوا قرار دهیم، زنگ می‌‌زند که یک نوع خوردگی و پدیده‌ای خودبه‌خودی است. انواع مواد هیدروکسیدی و اکسیدی نیز می‌‌توانند محصولات جامد خوردگی باشند که همگی گونه فلزی هستند. پس در اثر خوردگی فلزات در یک محیط که پدیده‌ای خودبه‌خودی است، اشکال مختلف آن ظاهر می‌‌شود.

بندرت می‌‌توان فلز را بصورت فلزی و عنصری در محیط پیدا کرد و اغلب بصورت ترکیب در کانی‌ها و بصورت کلریدها و سولفیدها و غیره یافت می‌‌شوند و ما آنها را بازیابی می‌‌کنیم. به عبارت دیگر ، با استفاده ‌از روشهای مختلف ، فلزات را از آن ترکیبات خارج می‌‌کنند. یکی از این روشها ، روش احیای فلزات است. بعنوان مثال ، برای بازیابی مس از ترکیبات آن ، فلز را بصورت سولفات مس از ترکیبات آن خارج می‌‌کنیم یا اینکه آلومینیوم موجود در طبیعت را با روشهای شیمیایی تبدیل به ‌اکسید آلومینیوم می‌‌کنند و سپس با روشهای الکترولیز می‌‌توانند آن را احیا کنند.

برای تمام این روشها ، نیاز به صرف انرژی است که یک روش و فرایند غیرخودبه‌خودی است و یک فرایند غیرخودبه‌خودی هزینه و مواد ویژه‌ای نیاز دارد. از طرف دیگر ، هر فرایند غیر خودبه‌خودی درصدد است که به حالت اولیه خود بازگردد، چرا که بازگشت به حالت اولیه یک مسیر خودبه‌خودی است. پس فلزات استخراج شده میل دارند به ذات اصلی خود باز گردند.

در جامعه منابع فلزات محدود است و مسیر برگشت طوری نیست که دوباره آنها را بازگرداند. وقتی فلزی را در اسید حل می‌‌کنیم و یا در و پنجره دچار خوردگی می‌‌شوند، دیگر قابل بازیابی نیستند. پس خوردگی یک پدیده مضر و ضربه زننده به ‌اقتصاد است.

<><> 

جنبه‌های اقتصادی فرایند خوردگی

برآوردی که در مورد ضررهای خوردگی انجام گرفته، نشان می‌‌دهد سالانه هزینه تحمیل شده از سوی خوردگی ، بالغ بر 5 میلیارد دلار است. بیشترین ضررهای خوردگی ، هزینه‌هایی است که برای جلوگیری از خوردگی تحمیل می‌‌شود.

پوششهای رنگها و جلاها

ساده‌ترین راه مبارزه با خوردگی ، اعمال یک لایه رنگ است. با استفاده ‌از رنگها بصورت آستر و رویه ، می‌‌توان ارتباط فلزات را با محیط تا اندازه‌ای قطع کرد و در نتیجه موجب محافظت تاسیسات فلزی شد. به روشهای ساده‌ای می‌‌توان رنگها را بروی فلزات ثابت کرد که می‌‌توان روش پاششی را نام برد. به کمک روشهای رنگ‌دهی ، می‌‌توان ضخامت معینی از رنگها را روی تاسیسات فلزی قرار داد.

آخرین پدیده در صنایع رنگ سازی ساخت رنگهای الکتروستاتیک است که به میدان الکتریکی پاسخ می‌‌دهند و به ‌این ترتیب می‌توان از پراکندگی و تلف شدن رنگ جلوگیری کرد.

پوششهای فسفاتی و کروماتی

این پوششها که پوششهای تبدیلی نامیده می‌‌شوند، پوششهایی هستند که ‌از خود فلز ایجاد می‌‌شوند. فسفاتها و کروماتها نامحلول‌اند. با استفاده ‌از محلولهای معینی مثل اسید سولفوریک با مقدار معینی از نمکهای فسفات ، قسمت سطحی قطعات فلزی را تبدیل به فسفات یا کرومات آن فلز می‌‌کنند و در نتیجه ، به سطح قطعه فلز چسبیده و بعنوان پوششهای محافظ در محیط‌های خنثی می‌‌توانند کارایی داشته باشند.

این پوششها بیشتر به ‌این دلیل فراهم می‌‌شوند که ‌از روی آنها بتوان پوششهای رنگ را بر روی قطعات فلزی بکار برد. پس پوششهای فسفاتی ، کروماتی ، بعنوان آستر نیز در قطعات صنعتی می‌‌توانند عمل کنند؛ چرا که وجود این پوشش ، ارتباط رنگ با قطعه را محکم‌تر می‌‌سازد. رنگ کم و بیش دارای تحلخل است و اگر خوب فراهم نشود، نمی‌‌تواند از خوردگی جلوگیری کند.

پوششهای اکسید فلزات

اکسید برخی فلزات بر روی خود فلزات ، از خوردگی جلوگیری می‌‌کند. بعنوان مثال ، می‌‌توان تحت عوامل کنترل شده ، لایه‌ای از اکسید آلومینیوم بر روی آلومینیوم نشاند. اکسید آلومینیوم رنگ خوبی دارد و اکسید آن به سطح فلز می‌‌چسبد و باعث می‌‌شود که ‌اتمسفر به‌ آن اثر نکرده و مقاومت خوبی در مقابل خوردگی داشته باشد. همچنین اکسید آلومینیوم رنگ‌پذیر است و می‌‌توان با الکترولیز و غوطه‌وری ، آن را رنگ کرد. اکسید آلومینیوم دارای تخلخل و حفره‌های شش وجهی است که با الکترولیز ، رنگ در این حفره‌ها قرار می‌‌گیرد.

همچنین با پدیده ‌الکترولیز ، آهن را به ‌اکسید آهن سیاه رنگ (البته بصورت کنترل شده) تبدیل می‌‌کنند که مقاوم در برابر خوردگی است که به آن "سیاه‌کاری آهن یا فولاد" می‌‌گویند که در قطعات یدکی ماشین دیده می‌‌شود.

پوششهای گالوانیزه

گالوانیزه کردن (Galvanizing) ، پوشش دادن آهن و فولاد با روی است. گالوانیزه ، بطرق مختلف انجام می‌‌گیرد که یکی از این طرق ، آبکاری با برق است. در آبکاری با برق ، قطعه‌ای که می‌‌خواهیم گالوانیزه کنیم، کاتد الکترولیز را تشکیل می‌‌دهد و فلز روی در آند قرار می‌‌گیرد. یکی دیگر از روشهای گالوانیزه ، استفاده ‌از فلز مذاب یا روی مذاب است. روی دارای نقطه ذوب پایینی است.

در گالوانیزه با روی مذاب آن را بصورت مذاب در حمام مورد استفاده قرار می‌‌دهند و با استفاده ‌از غوطه‌ور سازی فلز در روی مذاب ، لایه‌ای از روی در سطح فلز تشکیل می‌‌شود که به ‌این پدیده ، غوطه‌وری داغ (Hot dip galvanizing) می‌گویند. لوله‌های گالوانیزه در ساخت قطعات مختلف ، در لوله کشی منازل و آبرسانی و ... مورد استفاده قرار می‌‌گیرند.

پوششهای قلع

قلع از فلزاتی است که ذاتا براحتی اکسید می‌‌شود و از طریق ایجاد اکسید در مقابل اتمسفر مقاوم می‌‌شود و در محیطهای بسیار خورنده مثل اسیدها و نمکها و ... بخوبی پایداری می‌‌کند. به همین دلیل در موارد حساس که خوردگی قابل کنترل نیست، از قطعات قلع یا پوششهای قلع استفاده می‌‌شود. مصرف زیاد این نوع پوششها ، در صنعت کنسروسازی می‌‌باشد که بر روی ظروف آهنی این پوششها را قرار می‌‌دهند.

پوششهای کادمیم

این پوششها بر روی فولاد از طریق آبگیری انجام می‌‌گیرد. معمولا پیچ و مهره‌های فولادی با این فلز ، روکش داده می‌‌شوند.

فولاد زنگ‌نزن

این نوع فولاد ، جزو فلزات بسیار مقاوم در برابر خوردگی است و در صنایع شیر آلات مورد استفاده قرار می‌گیرد. این نوع فولاد ، آلیاژ فولاد با کروم می‌‌باشد و گاهی نیکل نیز به ‌این آلیاژ اضافه می‌‌شود.
مرجع

سایت مفید شیمی

لطفا به این آدرس مراجعه فرمایید

سرعت واکنش

سرعت واکنش

سرعت واکنش ، عبارت از تغییر غلظت هر یک از مواد اولیه یا مواد حاصل نسبت به زمان انجام واکنش است.

نگاه کلی

سرعت یک واکنش ، روند تبدیل مواد واکنش دهنده به محصول در مدت زمان معینی را نشان می‌دهد. سرعت واکنشها یکی از مهمترین بحثها در سینیتیک شیمیایی است. شیمیدانها همیشه دنبال راهی هستند که سرعت واکنش مفید را بالا ببرند تا مثلا در زمان کوتاه بازده بالایی داشته باشند و یا در پی راهی برای کاهش سرعت یا متوقف ساختن برخی واکنشهای مضر هستند. بعنوان مثال رنگ کردن سطح یک وسیله آهنی روشی برای متوقف ساختن و یا کم کردن سرعت زنگ زدگی و جلوگیری از ایجاد اکسید آهن است.

طبقه بندی واکنشها برحسب سرعت

هدف از مطالعه سرعت یک واکنش این است که بدانیم آن واکنش چقدر سریع رخ می‌دهد. ترمودینامیک شیمیایی ، امکان وقوع واکنش را پیش‌بینی می‌کند، اما سینتیک شیمیایی چگونگی انجام یک واکنش و مراحل انجام آن و سرعت پیشرفت واکنش را بیان می‌کند. از لحاظ سرعت ، واکنشها به چند دسته تقسیم می‌شوند:

شیمی و تکنولوژی-اثر فوتوالکتریک

 اثر فوتوالکتریک

بسیاری از فروشگاه ها درهایی دارند که به طور خودکار باز و بسته می شوند. بعضی از این درها با دستگاهی کار می کنند که عملکرد آن بستگی به نور دارد. در یک طرف جلوی در، منبعی از نور است. مقابل این منبع ، یک اشکار ساز نور است. وقتی باریکه ای از نور روی اشکار ساز می افتد سبب می شود که از ماده درون آشکارساز الکترونهایی خارج شوند و جریان الکتریکی در مدار برقرار گردد. گسیل الکترون ها بر اثر نور را، اثر فوتوالکتریک می نامند. وقتی شما به طرف در می روید و بین منبع نور و آشکارساز قرار می گیرید ، باریکه نور قطع می شود و گسیل الکترون از اشکارساز متوقف شده ، جریان الکتریکی قطع می گردد. با قطع جریان الکتریکی، مکانیسمی به کار می افتد که در را باز می کند.

اینشتین در سال 1921 برای توضیح اثر فوتوالکتریک جایزه نوبل دریافت کرد. مدتها قبل معلوم شده بود که وقتی نور به سطح بعضی از مواد برخورد می کند، الکترون از آن ماده گسیل می باد. اما واقعیتی معماگونه درباره این تغییر وجود داشت. معما این بود که وقتی شدت نور ( تعداد فوتونها در واحد زمان) کاهش میافت، انرژی الکترون های گسیل یافته تغییر نمی کرد، بلکه تعداد الکترون ها کمتر می شد. اینشتین نشان داد که فرضیه پلانک این مشاهده را توضیح می دهد. بر اساس فرضیه پلانک ،فرض میکنیم به جای اینکه انرژی به طور پیوسته منتشر شود، به صورت بسته های کوچک یا کوانتوم های انرژی منتشر می شود. کوانتوم های انرژی تابشی را غالبا فوتون می نامند. علاوه بر این او اظهار داشت که مقدار انرژی منتشر شده مستقیما با فرکانس نور گسیل یافته ارتباط دارد.

مقدار معینی انرژی لازم است تا یک الکترون از سطح ماده ای جدا شود. اگر فوتونی با انرژی بیشتر به الکترون برخورد کند، الکترون را از سطح دور خواهد کرد. چون الکترون در حال حرکت است، مقداری انرژی جنبشی دارد. در این صورت مقداری از انرژی فوتون برای آزاد کردن الکترون از سطح و بقیه ان صرف انرژی جنبشی الکترون می شود. هرگاه نور با یک فرکانس معین به کار رود، در این صورت الکترونهایی که از سطح ماده می گریزند همگی انرژی یکسان خواهند داشت.

اگر شدت نور افزایش یابد، و فرکانس ثابت بماند تعداد الکترون های گسیل یافته افزایش خواهد یافت. اما اگر فرکانس نور افزایش یابد، انرژی فوتون زیاد می شود. چون مقدار انرژی لازم برای آزاد شدن الکترون از اتم یک عنصر معین، ثابت است، الکترون هایی که با فرکانس زیادتر سطح ماده را ترک می کنند، انرژی جنبشی بیشتری خواهند داشت.

فرضیه پلانک همراه با توضیح اینشتین ماهیت ذره ای بودن نور را تایید کرد. 

مرجع

تبلور ( کریستالیزه کردن )

تبلور ( کریستالیزه کردن )

تبلور یکی از تکنیک های خالص سازی است و یکی از بهترین روشهای تخلیص اجسام جامد است که در آن ماده جامد ناخالص در حداقل مقدار حلال داغ حل می شود و در اثر سرد کردن در محلول رسوب میکند.

روش عمومی تبلور عبارت است از :
●  حل کردن جسم در حلال مناسب به کمک گرما و تهیه محلول سیر شده از جسم
●  صاف کردن سریع محلول گرم
●  سرد کردن تدریجی محلول صاف شده به منظور راسب کردن جسم به شکل بلور
●  صاف کردن و شستن بلورها با حلال سرد  و خشک کردن آنها
●  تعیین نقطه ذوب بلور

عوامل تاثیر گذار در حلالیت:
1- خصوصیات حلال (  قطبی یا غیرقطبی )
2- حجم حلال 
3- دمای حلال ( حلالیت با افزایش دما افزایش میابد )
انتخاب حلال مناسب نکته اساسی و مهم در عمل تبلور محسوب می شود. حلال مناسب حلالی است که در دمای معمولی جسم را به مقدار جزئی در خود حل کند، ولی در گرما و به ویژه در دمای جوش، این انحلال به آسانی صورت گیرد. عامل دیگر در انتخاب حلال مناسب، توجه به قطبیت آن است که با توجه به ساختمان ماده مورد نظر انتخاب می شود. زیرا ترکیبات قطبی در حلالهای قطبی و ترکیبات غیر قطبی در حلالهای غیر قطبی حل می شوند.

به هنگام انتخاب حلال مناسب برای تبلور، به نکات زیر باید توجه کرد :
●  حلال در دمای معمولی ( دمای آزمایشگاه ) نباید ترکیب را حل کند، اما در نقطه جوش خود باید حداکثر ترکیب یا تمام آن را در خود حل کند.
●  نقطه جوش حلال نباید از نقطه ذوب ترکیب مورد نظر بیشتر باشد. زیرا در این صورت، پیش از اینکه دمای حلال به نقطه جوش آن برسد، جسم در حلال ذوب می شود. ( در پدیده تبلور، جسم باید در حلال حل شود).
●  حلال و جسم حل شده نباید با هم واکنش بدهند.
●  تا حد امکان نقطه جوش حلال پایین باشد تا به آسانی تبخیر شود.

حلال های مورد استفاده در تبلور ( کریستالیزه کردن )

چند نکته در مورد عمل تبلور ( کریستالیزه کردن )● چنانچه محلول به شدت رنگی و یا ناخالص باشد، گرم کردن را قطع کنید پس از اینکه محلول، اندکی خنک شد، کمی پودر زغال به آن اضافه کنید. زغال به دلیل دارا بودن سطح فعال زیاد می تواند ناخالص یها و رنگ را به خود جذب کند. سپس مجددا محلول را گرم کنید.
● برای تسریع در عمل تبلور یک تکه از بلور ترکیب را به عنوان هسته اولیه در ظرف بیندازید این عمل را بذرافشانی می نامند.

 مرجع

جذب سطحی

جذب سطحی

در عملیات جذب سطحی انتقال یک جز از فاز گاز یا مایع به سطح جامد صورت می گیرد از کاربردهای این فرایند می توان به رنگبری شربت قند و تصفیه روغنهای صنعتی یا خوراکی و حذف مواد آلاینده از هوا یا مخلوط گازهای دیگر اشاره کرد.
واژه جذب سطحی برای تشریح این حقیقت به کار می رود که غلظت مولکولهای جذب شده در سطح تماس جامد بیشتر از فاز گاز یا محلول است. جذب روی یک سطح جامد به علت نیروی جاذبه اتم ها یا مولکولها در سطح آن جامد است در عمل جذب سطحی نیروهای مختلفی اعم از فیزیکی و شیمیایی موثرند و مقدار آن بستگی به طبیعت ماده جذب شده وجسم جاذب دارد.
در حالت جداسازی های گازی از فرآیند جذب ، در رطوبت زدائی ها هوای خشک و دیگر گازها ، بوزدائی و جداسازی ناخالیصی ها از گازهای صنعتی مثل دی اکسید کربن ، بازیابی حلالهای پرارزش از مخلوط رقیق آنها با هوا یا گازهای دیگر، و جداسازی مخلوطی از هیدروکربن های گازی مانند مخلوطی از متان ، اتیلن ، اتان ، پروپیلن و پروپان استفاده می شود. از فرآیندهای جداسازی مایع می توان رطوبت زدائی بنزین، رنگ زدائی محصولات نفتی و محلولهای آبکی قندی، بوزدائی و طعم زدائی آب، و جداسازی هیدروکربن های آروماتیکی و پارافینی ، را نام برد که هرکدام از این موارد در صنعت کاربرد وسیعی داشته و بنا به مورد و شرایط محدوده کاری از آن استفاده می شود.
این عملیات ها همه از این جهت مشابه هستند که در آنها مخلوطی که باید تفکیک شود با یک فاز نامحلول دیگر تماس حاصل می نماید ( مانند جاذب جامد) و پخش نامساوی مواد اولیه بین فاز جذب شده ر وی سطح جامد و توده سیال موجب جداسازی می شود.
دو مکانیزم اصلی برای جذب سطحی وجود دارد:
1 - جذب فیزیکی
2 - جذب شیمیایی

جاذبها :
جامدی که بر روی سطح آن جذب اتفاق می افتد جاذب یا سوسترا می نامند و مایع جذب شده را مجذوب می نامند. جذب سطحی بر روی سطح مشترک جامد مایع به وقوع می پیوندد.
جامدهای جاذب معمولا به شکل گرانول ( ذرات کروی شکل با قطر چند میلی متر) مصرف می شوند و اندازه آنها از 12 میلیمتر قطر تا 50 میکرومتر متغیر است. بسیاری از جامدات این خاصیت را دارند که بتوانند مقداری گاز یا ماده حل شده در حلالی را ، جذب نمایند.
قدرت جذب یک ماده تابع عوامل زیر است :

سطح تماس
با افزایش سطح تماس مقدار جذب افزایش می یابد ، بهترین جذب کننده ها موادی هستند که ذرات ریز تری داشته باشند و به عبارت دیگر سطح تماس بیشتر داشته باشند. از میان مهمترین جذب کننده ها می توان ژل ، سیلیس ، کربن اکتیو را نام برد.

غلظتمقدار ماده جذب شده برای واحد جرم جذب کننده تابعی از غلظت ماده حل شده می باشد. بررسی این دو کمیت در دمای ثابت منجر به بدست اوردن کمیت ایزوترم جذب سطحی می شود. این ایزوترم ها توسط افراد مختلفی بررسی شده است که مهمترین انها ایزوترم فرندلیش می باشد.

دماافزایش دما اصولا باعث کاهش جذب سطحی می شود مگر در مواردی که جذب سطحی همراه با واکنش شیمیایی باشد.

نوع ماده جذب شده و جاذب
نوع ماده جذب شده و جاذب در جذب سطحی تاثیرگذار است به طوری که بعضی از مواد جاذب قدرت جذب زیاد نسبت به ماده حل شده به خصوصی از خود نشان می دهد ، در حالی که نسبت به ماده دیگر قدرت جذب کمتری دارند.

حالت ماده جذب شده و جاذب
حالت ماده جذب شده و جاذب ، همراه بودن ان با واکنش شیمیایی ، برگشت پذیر بودن و یا برگشت ناپذیر بودن واکنش انها نیز در جذب سطحی تاثیرگذار است.

ذغال های رنگ بر

این مواد به شکل های مختلف ساخته می شود:
1- مخلوط کردن مواد گیاهی با مواد معدنی مانند کلرید کلسیم، کربنیزه کردن، و شست شوی مواد معدنی
2- مخلوط کردن موادآلی مانند خاک اره با مواد متخلخل مثل سنگ آتشفشانی (سنگ پا) و حرارت دادن و کربنیزه کردن تا زمانی که مواد کربنی در سطح مواد متخلخل رسوب نمایند.
3- کربینزه کردن چوب، خاک اره، و مشابه آن و فعال سازی با هوای داغ یا بخار، و از لیگنیت و ذغال بیتومینوس به عنوان مواد اولیه استفاده می شود.
از این مواد برای اهداف زیادی مانند رنگ زدائی محلولهای شکر، مواد شیمیایی صنعتی، داروها و مایعات خشک شوئی، تصفیه روغنهای گیاهی و حیوانی و در بازیابی طلا و نقره از محلولهای سیانور حاصل از شستشوی سنگ معدن، استفاده می شود. 

مرجع