پارسیسم

شناسایی فسفر در آب

حضور در آب و فاضلاب: فسفر در اکثر آبهای طبيعی و پسابها تقريبأ فقط به صورت فسفات وجو دارد. فسفاتها به سه شکل ارتوفسفاتها، پلی فسفاتها، (پيرو – متا و ديگر پلی فسفاتها) يا فسفات متراکم و فسفاتهای آلی در طبيعت وجود دارند که می توانند بصورت محلول، ذرات ريز و درشت يا در بدن موجودات آبزی يافت شوند. اشکال مختلف فسفاتها از منابع متعددی توليد می شوند. ميزان کمي از برخی پلی فسفاتها طی فرايند های تصفيه به آب افزوده می شوند. مقادير بيشتری از اين ترکيبات ممکن است هنگام شستشو وارد منابع آب شوند زيرا اين مواد از اجزاء اصلی بسياری از پاک کننده های تجارتی هستند. فسفاتها بطور گسترده ای در تصفيه آب ديگهای بخار بکار می روند. ارتو فسفاتهای مصرفی در کشاورزی تحت عنوان کودهای فسفات می توانند به دنبال شسته شدن خاک در اثر سيلابها و ريزشهای تر ويا ذوب برف وارد آبهای سطحی شوند. فسفاتهای آلی اساسأ به وسيله فرايندهای بيولوژکی تشکيل می شوند. اين ترکيبات در اثر ورود فوضولات و باقيمانده مواد غذائی به فاضلاب و همچنين از تبديل ارتو فسفاتها در فرايند تصفيه بيو لوژيکی و يا توسط آبزيان توليد می شوند.

فسفر برای رشد موجودات زنده ضروری است و می تواند ماده مغزی محدود کننده رشد و توليد مثل آبزيان در يک منبع آبی باشد. در جای که فسفات عنصر محدود کننده رشد است، تخليه پسابهای خام يا تصفيه شده، زهاب کشاورزی و يا برخی فاضلابهای صنعتی به منبع آبی می توانند موجب رشد فتوسنتزی آبزيان ريز و درشت ناخواسته و مزاحم گردد. به علاوه فسفاتها در رسوبات ته نشين شده و لجن های بيولوژيکی به شکل مواد معدنی قابل ته نشينی و ترکيب با مواد آلی نيز وجود دارند.

تعاريف

اندازه گيری فسفر شامل دو مرحله است:

 الف) تبديل گونه های مختلف فسفر به ارتو فسفات محلول

ب) تعيين ارتو فسفات محلول به روش رنگ سنجی. جداسازی اشکال مختلف فسفر به شيوه تجزيه ايی صورت می گيرد.

صاف کردن نمونه از ميان غشايی 45/0 ميکرون فسفر محلول را از شکل معلق آن جدا می کند ولی تاکنون ثابت نشده که صاف کردن با چنين معانی فسفر معلق و محلول را کاملأ از هم جدا می کند. اين کار شيوه ای آسان و مناسب برای جداسازی کلی مواد محلول و معلق است.

صاف کردن با صافی غشائی به علت احتمال بيشتر جداسازی ذرات ريز نسبت به صافی معمولی ترجيح دارد. به منظور افزايش سرعت صاف شدن می توان از صافی پشم شيشه برای مرحله مقدماتی صاف کردن استفاده نمود.

فسفاتهای که بدون انجام مراحل مقدماتی هيدروليز و يا هضم اکسيدی نمونه به آزمايش های رنگ سنجی پاسخ ميدهند، « فسفر واکنشگر» ناميده می شوند. هر چند که بيشتر فسفر واکنشگر از نوع ارتوفسفات است، اما جزء کوچکی از پلی فسفات های موجود در نمونه نيز در حين کار به طور اجتناب ناپذيری هيدروليز می شود . فسفر واکنشگر به هر دو صورت معلق ومحلول موجود می باشد.

هيدروليز اسيدی در دمای جوش آب، پلی فسفاتها ی محلول ومعلق ريز را به ارتو فسفاتها ی محلول تبديل می کند.فرايند هيدروليز همچنين مقداری فسفات را از ترکيبات آلی آزاد می کند، ولی اين مسئله را می توان با انتخاب مناسب قدرت اسيدی و زمان و دمای هيدروليز به حداقل ممکن کاهش داد. به همين جهت عبارت « فسفر قابل هيدروليز با اسيد» به جای « پلی فسفات » مناسب تر است.

فسفاتهای که تنها به وسيله تجزيه اکسيد اسيونی مواد آلی موجود بود ارتو فسفات تبديل می شود تحت عنوان « فسفر با پيوند آلي» يا « فسفر آلی » خوانده می شود شدت اکسيداسيون لازم برای اين تبديل، به شکل و ميزان فسفر آلی موجود بستگی دارد فسفر آلی مانند فسفر واکنشگر وفسفر قابل هيدروليز اسيدی به هر دو صورت معلق و محلول وجود دارد.

کل فسفر و نيز فسفر محلول و معلق از نظر تجزيه پذيری می توانند به سه شکل شيميايی به اشاره شده تقسيم شوند: فسفر واکنشگر، فسفر قابل هيدروليز اسيدی و فسفر آلی. شکل 1 مراحل انجام آزمايش هر يک از اجزاء فسفر را نشان می دهد. اندازه گيری ها معملأ فقط روی نمونه های صاف شده و صاف نشده انجام می شود و فسفر معلق به وسيله اختلاف اين در تعيين می گردد.

انتخاب روش

الف- روشهای هضم: چون فسفر ممکن است در ترکيب با مواد آلی باشد، يک مرحله هضم برای اکسيداسيون موثر مواد آلی جهت تبديل فسفر به شکل ارتوفسفات بايد به کار گرفته شود. سه روش هضم در بخش های 3 و 4و 5 مبحث آماده سازی نمونه برای آزمايش فسفر تشريح

 

شده اند. روش اسيد پر کلريک وقت گير درعين حال رقيق است و تنها برای نمونه های پيچيده مثل رسوبات، پيشنهاد می شود.

روش اسيد سولفوريک – اسيد نيتريک برای بيشتر نمونه ها مناسب است. تا به حال ساده ترين روش، شيوه اکسيد اسيون با پرسولفات می باشند. پيشنهاد می شود که اين روش ابتدا در مقابل يک يا چندروش هضم توتير کنترل گشته و پس از کسب کارائی مشخص به کار رود.

پس از هضم، ارتو فسفات آزاد شده به وسيله يکی از روشهای تعيين فسفر اندازه گيری می شود. روش رنگ سنجی نسبت به روش هضم با در نظر گرفتن اثر مزاحمت ها حداقل غلضت قابل تشخيص را تعيين می کند.

ب- روش رنگ سنجی: سه روش برای اندازه گيری ارتو فسفات شرح داده شده است. انتخاب هر يک از آنها بستگی زيادی به دامنه غلضت ارتو فسفات دارد. روش اسيد و انا دوموليبد و فسفر يک برای آزمايشات روزانه در محدوده از 1 تا 20 ميلی گرم در ليتر فسفر بهترين است. روش کلريد قلع يا روش اسيداسکوربيک برای محدوده از 01/0 تا 6 ميلی گرم در ليتر فسفر مناسب تر می باشند. برای مقادير پايين تر در حضور عوامل مداخله گری که بايد حذف شوند يک مرحله استخراج نيز توصيه می شوند. روش اتوماتيک اسيد اسکوربيک نيز وجود دارد.

دقت و صحت: برای کمک به انتخاب روش ، نتايج حاصل از ترکيب روشهای مختلف هضم، هيدر.ليز و رنگ سنجی برای سه نمونه آزمايشگاهی که طرز تهيه آن ها در زير آمده است در جدول 1 نشان داده شده است

نمونه 1:100mg/l ارتوفسفات (po43--p)  ، mg/l 80 پلی فسفات (هگزا متا فسفات سديم).  mg/l 30 فسفر آلی (اسيد آدنيليک) ، mg/l NH3 –N 5/1 ،   mg/l No3- -N 5/0 و mg/l   CL-400

 نمونه 2:mg/l po43- -p 600،  mg/l 300 پلی فسفات (هگزا متا فسفات سديم).  mg/l 90 فسفر آلی (اسيد آرنيليک)، mg/l nh3 –n 8/0 ، mg/l  No3-  0/5 و CL- mg/l 400 .

نمونه 3 : mg/l pou3- -p 00/7 ، mg/l 00/3 پلی فسفات (هگزا متا فسفات سديم). Mg/l 90 فسفر آلی (اسيد آرنيليک)، mg/l nh3 –n 2/0 ، mg/l  No3-  0/5 و cl -  mg/l 400

 

نمونه برداری و نگهداری نمونه ها

در صورتی که قرار باشد شکلهای مختلف فسفر به طور مجزا اندازه گيری شوند.نمونه بايد بلافاصله بعد از جمع آوری صاف گردد. سپس در دمای c10- يا کمتر منجمد و محافظت شود. هنگامی که نمونه ها برای مدت طولانی نگهداری می شوند، mg 40  Hgcl2 به ازاء هر ليتر

نمونه بخ آناضافه می شود.(احتياط: Hgcl2 يک ماده خطراناک است، به هنگام دور ريختن احتياط های لازم را در نظر بگيريد).زمانی که قرار است اشکال مختلف فسفر تعيين شوند، نبايد از اسيد يا کلروفرم بريا حفاظت نمونه استفاده نمود. اگر فقط فسفر کل اندازه گيريی می شود: يک ميلی ليتر HCL تهيه کرده (غليظ ) و به هر ليتر نمونه اضافه کنيد و يا بدون هيچ افزودنی منجمد کنيد.

نمونه های حاوی غلظت های کم فسفر را بجز در حالت انجماد نبايد در بطری های پلاستيکی نگهداری نمود. زيرا صفات می تواند بر ديواره ظرف جذب شود. هم ظروف شيشه ای را می بايست با HCL رقيق و داغ شسته و پس چند باربا آب مقطر آب کشی نمود . هرگز نبايد از پاک کننده های تجارتی حاوی صفات برای تميز کردن شيشه آلاتی که در آزمايش فسفات بکار می رو د استفاده کرد.

آماده سازی نمونه

جهت کسب اطلاعات لازم در ارتباط با انتخاب روش هضم به قسمت های زير توجه کنيد:

1-    صاف کردن اوليه

 برای تعيين فسفر واکنشگر محلول، فسفر قابل هيدروليز اسيدی محلول و کل فسفر محلول، نمونه را به کمک صافی عشائی صاف کنيد. برای صاف کردن اوليه نمونه هايی که به سختی

 

صاف می شوند می توان ابتدا از صافی پشم شيشه و سپس از صافی غشائی استفاده کرد.

در نمونه هايی که غلضت فسفات آنها کم است مقاديری فسفر می تواند از طريق صافی غشائی به نمونه راه يابد، به همين جهت توصيه می شود صافيهای غشائی قبل از استفاده با خيساندن در آب مقطر شسته شوند، برای شستشوی صافيها می توان از يکی از دو روش زير کمک گرفت:

الف) خيساندن 50 عدد صافی در 2 ليتر آب مقطر برای مدت 24 ساعت.

ب) خيساندن 50 عدد صافی در 2 ليتر آب مقطر به مدت 1 ساعت . تعويض آب مقطر و خيساندن مجدد به ميزان 3 ساعت.

صافيهای غشايی را می توان با چندين حجم 100 ميلی ليتری آب مقطر نيز شستشو داد. در اين روش جهت اطمينان از شسته شدن کامل صافيها و برای کاهش خطای ناشی از انواع مختلف آنها می بايست از محلول مشاهد کمک گرفت

 

 



موضوع مطلب : شیمی تجزیه
نوشته شده در سه شنبه دوازدهم مرداد 1389 توسط سیما نجفی | لينک ثابت |
چرا گدازه‌های آتشفشانی باعث صاعقه می‌شوند؟
چرا گدازه‌های آتشفشانی باعث صاعقه می‌شوند؟

توده ذرات ریز، به طور معمول در کنار هم خنثی هستند. اما به محض برخورد صاعقه،‌ با جریان یافتن بار الکتریکی درون ابر ذرات، این ذرات باردار شده و باعث تخلیه الکتریکی می‌شوند



موضوع مطلب : تازه های شیمی
نوشته شده در چهارشنبه بیست و پنجم فروردین 1389 توسط سیما نجفی | لينک ثابت |
سلولي که جهان را نجات مي دهد
شرکت Bloom Energy با معرفي فناوري جديد خود که مي تواند واکنشهاي شيميايي را به منظور توليد انرژي ذخيره کند قدم اول را در مسير متحول ساختن منابع سوختي جهان براي نجات زمين از آلودگي هاي سوختي برداشت.
به گزارش خبرگزاري مهر، سلولهاي انرژي زاي اين شرکت کاملا مسطح و از جنس سراميک سخت به شکل مربع بوده و از پودرهايي شن مانند ساخته شده اند. اين شنها نيز با استفاده از جوهرهايي ويژه رنگ آميزي شده و بخش آند را به رنگ سبز و بخش کاتد را به رنگ سياه به وجود آورده اند. هر يک از اين سلولهاي سوختي توانايي توليد 25 وات انرژي را دارند که براي روشن کردن يک لامپ ساده کافي خواهد بود.
اصلي ترين توليد اين شرکت "سرور انرژي Bloom" نام دارد؛ ژنراتوري که بر اساس فناوري سلولهاي سوختي هوشمند اين شرکت ساخته شده است. اين سلولهاي سوختي براي توليد انرژي بيشتر از انرژي توليد شده توسط سوختهاي فسيلي نيازمند واکنشهاي شيميايي هستند و از اين رو نسبت به منابع سنتي و کنوني انرژي بسيار پاکتر، قابل دسترس تر و قابل استفاده تر خواهند بود.
فناوري سلولهاي سوختي براي ده ها سال در دست توسعه و تکميل قرار داشته است و به ويژه تمرکز اصلي بر روي ايجاد واکنشهاي شيميايي با استفاده از هيدروژن بوده است. با اين حال فناوري سلولهاي سوختي Bloom اساسا متفاوت بوده و گوي سبقت را از بسياري از سوختهاي قابل احيا يا سنتي ربوده است.
اين فناوري به گونه اي در برنامه هاي مريخي آژانس فضايي آمريکا نيز ريشه دارد زيرا بنيانگذار اين شرکت در گذشته مسئوليت توليد فناوري را براي کمک به ايجاد حيات پايدار در سياره مريخ را به عهده داشته است. وظيفه وي استفاده از انرژي خورشيدي و آب براي توليد هوا براي تنفس و سوخت براي حمل و نقل بوده است.
با اين حال ابداعاتي که در اين راستا انجام گرفت مي تواند هوا و هر نوع سوختي را به برق تبديل کند، از گازهاي طبيعي تا انواع مختلفي از گازهاي زيستي با کمک اين فناوري و طي فرايندي الکتروشيميايي به انرژي الکتريکي تبديل مي شوند. حتي در صورتي که در اين فناوري از سوختهاي فسيلي استفاده شود فرايند تبديل انرژي نسبت به ديگر نيروگاه هاي فسيلي 67 درصد پاک تر و سبزتر خواهد بود.
شرکت Bloom Energy طي نشست مطبوعاتي خود همچنين اعلام کرد ژنراتور ابداعي اين شرکت تا کنون توانسته است در حدود 11 ميليون کيلووات ساعت انرژي الکتريکي توليد کند که اين ميزان توليد انرژي با کاهش 6 ميليون و 350 هزار و 293 کيلوگرم دي اکسيد کربن همراه بوده است.
بر اساس گزارش فاکس نيوز، نام مشتريان اين شرکت براي استفاده از فناوري منبع انرژي جديد آن را مي توان در ميان اسامي شرکتهاي تجاري از قبيل کوکا کولا، eBay، فدکس، گوگل و ديگر شرکتهاي مشهور مشاهده کرد.

منبع: خبر گزاری مهر

موضوع مطلب : تازه های شیمی
نوشته شده در دوشنبه دهم اسفند 1388 توسط سیما نجفی | لينک ثابت |
استفاده از سل - ژل دو مرحله ای در تهیه حسگرهای آمپرومتری و کاربرد آنها
سل- ژل روشی مرسوم برای تهیه مواد سرامیکی است، این فرایند شامل هیدرولیز آلکوکسیدها در حضور یک کاتالیزور (اسید یا باز) بوده که در نتیجه تراکم منجر به تشکیل یک شبکه سه بعدی می‌شود، که به سبب سادگی و تنوع آن کاربرد زیادی در، الکتروشیمی پیدا کرده است. در این تحقیق از تکنیک سل ژل برای تهیه الکترود سرامیکی کربن استفاده شده است. این الکترود توسط جذب سطحی کلروژنیک اسید در زمان کمتر از 10 ثانیه مورد اصلاح قرار گرفته، نتیجه اصلاح الکترود ظاهر شدن یک زوج متعلق به زوج کینون هیدروکینون است. که همانطور که انتظار می‌رود شدیداً تابع pH است. الکترود اصلاح شده اثر الکتروکاتالیزوری قابل توجهی نسبت به اکسیداسیون هیدرازین و NADH در محدوده‌ای وسیع از pH (5 تا 10) از خود نشان می‌دهد. و برای اندازه‌گیری آمپرومتری هیدرازین و NADH می‌تواند بکار رود. از ویژگی‌ها و مزایای این سنسور می‌توان به اثر کاتالیتیکی قابل توجه، حساسیت بالا، تجدیدپذیری و از همه مهمتر سادگی تهیه و اصلاح الکترود در مدت زمان بسیار کوتاه اشاره کرد. این الکترود می‌تواند در ساخت دتکتور آمپرومتری و کروماتوگرافی بکار رود. در بخش دیگری از این تحقیق از سل-ژل دو مرحله‌ای برای تهیه الکترود سرامیکی اصلاح شده از نافیون و کمپلکس [Ru(bpy)(tpy)] PF6 استفاده شده است. مرحله اول شامل تشکیل الکترود توده اصلاح شده بوسیله نافیون بوده و در مرحله دوم با شناور کردن الکترود تهیه شده در محلول کمپلکس روتنیم در استونیتریل به مدت 5 تا 25 ثانیه فیلم نازکی از کمپلکس در سطح کربن سرامیکی جذب می‌گردد. بررسی الکتروشیمیایی الکترود اصلاح شده فوق نشان دهنده حضور زوج ردوکس Ru(II)/Ru(III) با ویژگی‌های منحصر به فرد بوده، این ویژگی‌ها را طیف‌های Atomic Force Microscopy و ولتاموگرام‌های چرخه‌ای الکترود به خوبی نشان می‌دهد. الکترود اصلاح شده به روش فوق اثر الکتروکاتالیزی قابل توجهی در الکترواکسیداسیون L-Cystein (نسبت به الکترود اصلاح شده به روش سل-ژل یک مرحله‌ای) از خود نشان می‌دهد. از محاسن این الکترود می‌توان به اثر کاتالیزی خوب، سادگی روش تهیه الکترود، تجدیدپذیری و اثر ضدچرکین آن نسبت به L-Cystein و محصولات اکسیداسیون حاصل از آن اشاره کرد. از این الکترود می‌توان در کروماتوگرافی و سیستم‌های فلو به عنوان دتکتور آمپرومتری استفاده کرد. قسمت دوم: نانولوله ‌های کربن یکی از اشکال جدید کربن بوده که دارای استحکام مکانیکی و پایداری شیمیایی،‌ و هدایت الکتریکی بسیار بالا بوده، و با توجه به هدایت الکتریکی بالا به عنوان حدواسط انتقال الکترون در واکنش‌های انتقال الکترون بین گونه‌ها و سطح الکترود بکار برده شده‌اند. در این تحقیق از کربن نانولوله ‌های چند لایه (قطر 5 تا 10 نانومتر) مستقر در سطح الکترود کربن شیشه‌ای در الکترواکسیداسیون تیول‌ها و آلکالوئیدها استفاده شده است. الکترود کربن شیشه‌ای اصلاح شده توسط کربن نانولوله چند لایه اثر الکتروکاتالیزی قابل توجهی در اکسیداسیون تیوسیتوزین، گلوتاتیون، L- سیستئین و آلکالوئیدها در محدود وسیعی از Ph از خود نشان می‌دهد. کاهش فوق‌ پتانسیل اکسایش به حدود 25/0 ولت و نیز افزایش شدید در جریان پیک (6 تا 10 برابر) نسبت به الکترود کربن شیشه‌ای اصلاح نشده، اثر الکتروکاتالیزی شدید آن را نشان می‌دهد. همچنین نتایج تجربی نشان می‌دهد که الکترود کربن شیشه‌ای اصلاح شده توسط کربن نانولوله ‌ها اثر الکتروکاتالیزی شدیدی در الکترواکسایش مورفین و کدئین (در محدوده وسیعی از pH (2 تا 9) از خود نشان می‌دهد به طوری که جریان پیک در سطح الکترود اصلاح شده نسبت به الکترود اصلاح نشده تا 6 برابر افزایش یافته و پتانسیل پیک نیز کاهش می‌یابد (100 میلی‌ ولت برای مورفین و 400 میلی‌ولت برای کدئین). الکترود اصلاح شده کارایی خوبی به عنوان حسگر در تعیین آمپرومتری داشته و از حساسیت، پایداری، تکرارپذیری و حد تشخیص خوبی برخوردار است و بسادگی تهیه می‌شود. بنابر این می‌تواند به عنوان حسگرآمپرومتری در سیستم‌های فلو و کروماتوگرافی مایع بکار برده شود

موضوع مطلب : شیمی تجزیه
نوشته شده در دوشنبه دهم اسفند 1388 توسط سیما نجفی | لينک ثابت |
خوردگی ( Corrosion )
خوردگی ، ( Corrosion ) ، اثر تخریبی محیط بر فلزات و آلیاژها می‌‌باشد. خوردگی ، پدیده‌ای خودبه‌خودی است و همه مردم در زندگی روزمره خود ، از بدو پیدایش فلزات با آن روبرو هستند. در اثر پدیده خودبه‌خودی ، فلز از درجه ‌اکسیداسیون صفر تبدیل به گونه‌ای با درجه ‌اکسیداسیون بالا می‌‌شود.

M ------> M+n + ne
در واقع واکنش اصلی در انهدام فلزات ، عبارت از اکسیداسیون فلز است.

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.



موضوع مطلب : شیمی تجزیه
نوشته شده در پنجشنبه بیست و نهم بهمن 1388 توسط سیما نجفی | لينک ثابت |
تشدید مغناطیسی هسته‌ای (NMR) ، یک روش طیف سنجی برای شیمیدانان آلی از اهمیتی والاتر نسبت به طیف سنجی مادون قرمز برخوردار است. بسیاری از هسته‌ها را می‌توان با فنون NMR مطالعه کرد، ولی هیدروژن و کربن بطور معمول مورد استفاده قرار می‌گیرند. در حالی که طیف سنجی مادون قرمز اطلاعاتی راجع به نوع گروه‌های عاملی موجود در مولکول در اختیار می‌نهد ، تشدید مغناطیسی هسته‌ای ما را از تعداد هیدروژن مطلع می‌سازد. بعلاوه این روش ، اطلاعاتی راجع به طبیعت محیط اطراف اینگونه اتمهای هیدروژن بدست می‌دهد. مجموع اطلاعات داده شده از مادون قرمز و تشدید مغناطیسی هسته‌ای اغلب اوقات برای تشخیص ساختمان یک مولکول مجهول کافی است.

حالات اسپین هسته

بسیاری از هسته‌های اتمها دارای خصلتی هستند که اسپین خوانده می‌شود. هسته‌ها به گونه‌ای رفتار می‌کنند که گویی در حال چرخش هستند. در حقیقت اتمهایی که عدد جرمی فرد یا هر دو را دارند، دارای گشتاور زاویه اسپین کوانتایی و گشتاور مغناطیسی هستند. معمولترین هسته‌هایی که دارای اسپین هستند عبارتند از:


199F ، 21H ، 136C ، 147N ، 178O ، 11H

توجه کنید که هسته‌های ایزوتوپهای معمولی و فراوانترین ایزوتوپهای کربن و اکسیژن یعنی 126C ، 168O در میان هسته‌های فوق دیده نمی‌شود. هسته اتم هیدروژن معمولی (پروتون) دارای اسپین است. برای هسته‌هایی که اسپین دارند، تعداد حالات اسپین مجاز ، کوانتایی بوده و بوسیله عدد کوانتومی اسپین هسته ، I ، تعیین می‌گردد که این عدد یک ثابت فیزیکی برای یک هسته است. برای یک هسته با عدد کوانتومی I ، تعداد حالات اسپین مجاز 2I + 1 بوده که از I+ تا I– را در بر می‌گیرد.

در غیاب میدان مغناطیسی

در غیاب یک میدان مغناطیسی ، تمام حالات اسپین یک هسته ، ترازهای انرژی برابری را دارد (تبهگن هستند) و در مجموعه‌ای از اتمها ، تمام حالات اسپین باید تقریبا به یک اندازه اشغال شوند تا تعداد یکسانی از اتمها ، هر یک از اسپینهای مجاز را داشته باشند.

گشتاور مغناطیسی هسته

در یک میدان مغناطیسی ، حالات اسپین انرژی یکسانی را نخواهند داشت، زیرا یک هسته ذره‌ای باردار بوده و هر ذره باردار متحرک خود تولید میدان مغناطیسی می‌کند. بنابراین ، یک هسته دارای گشتاور مغناطیسی (μ) است که بوسیله بار و اسپین آن تولید می‌شود. یک هسته هیدروژن می‌تواند اسپینی (چرخشی) موافق جهت عقربه‌های ساعت (2/1+) یا مخالف جهت عقربه‌های ساعت (1/2-) داشته باشد و در این دو حالت ، گشتاورهای مغناطیسی هسته در دو جهت مخالف هستند.

در یک میدان مغناطیسی ، تمام پروتونها گشتاور مغناطیسی خود را یا در جهت میدان و یا در حهت مخالف آن قرار می‌دهند. هسته‌های هیدروژن فقط می‌توانند یکی از دو جهت را نسبت به میدان مغناطیسی اعمال شده قبول کنند. حالت اسپین (2/1+) چون در جهت میدان است، از انرژی کمتری برخوردار است، در حالیکه اسپین (2/1-) بدلیل اینکه در جهت خلاف میدان است، دارای انرژی بالاتری است. بنابراین هنگامی که یک میدان مغناطیسی خارجی بکار برده شود، حالت اسپین دژنره به دو حالت ، با ترازهای انرژی نابرابر شکافته می‌شود.

جذب انرژی

پدیده تشدید مغناطیسی هسته‌ای هنگامی رخ می‌دهد که هسته‌های هم جهت میدان اعمال شده ، انرژی جذب کرده ، جهت اسپین خود را نسبت به آن میدان تغییر دهند. جذب انرژی ، یک فرایند کوانتایی بوده ، انرژی جذب شده برابر اختلاف انرژی بین دو حالت موجود است.


E= (E-1/2 – E+1/2) = hv


هرقدر میدان مغناطیسی اعمال شده شدت یابد، اختلاف انرژی بین دو حالت اسپین افزایش می‌یابد. میزان اختلاف ترازهای انرژی بستگی به نوع هسته نیز دارد. هر هسته (هیدروژن ، کلر و ...) دارای نسبت گشتاور مغناطیسی به گشتاور زاویه‌ای ویژه‌ای است، چون هر هسته دارای جرم و بار متفاوتی است. این نسبت را نسبت گردش مغناطیسی گویند که برای هر هسته مقدار ثابتی است و تابعیت انرژی از میدان مغناطیسی را تعیین می‌کند:


E=hv=γ (h/2π) B0 → V= (γ/2π) B0



تصویر

تشدید پروتون

اگر مقدار صحیح گاما برای پروتون قرار داده شود، می‌توان دریافت که یک پروتون ناپوشیده باید در میدانی با قدرت 1 تسلا ، تابشی با فرکانس 42.6 مگا هرتز را جذب کند. یا در میدانی با قدرت 1.41 تسلا فرکانس تابشی 60MHz را جذب نماید. گرچه تعداد زیادی از هسته‌ها دارای تشدید مغناطیسی هستند ، اما در شیمی آلی تشدید پروتون بیشتر مورد توجه است.

اگر برای پروتون ، میدان مغناطیسی اعمال شده دارای قدرت تقریبی 1.41 تسلا باشد، اختلاف انرژی بین دو حالت اسپین حدود 2.39x105-Kj/mol خواهد بود. تابشی با فرکانس 60MHz که در ناحیه فرکانس رادیو
طیف الکترومغناطیسی قرار دارد، چنین اختلاف انرژی‌ای را در بر می‌گیرد. اختلاف انرژی بین حالات اسپین در هسته‌های دیگر بیشتر یا کمتر از آنچه در هیدروژن مشاهده می‌شود، می‌باشد.

دستگاههای طیف سنجی تشدید مغناطیسی هسته

بسیاری از طیف سنجهای تشدید مغناطیسی هسته از یک میدان مغناطیسی متغیر با قدرتی حدود 1.41 تسلا و تابش فرکانس رادیو ثابت 60MHz استفاده می‌کنند. این طیف سنجها فقط انتقالات میان حالات اسپین پروتون یک مولکول را انجام می‌دهند، ولی قادر به انجام چنین عملی برای هسته‌های دیگر نیستند عموما دستگاههای جداگانه‌ای برای مشاهده تشدید هسته‌ای هسته‌های دیگر نظیر کربن و فسفر کاربرد دارد.

دستگاههای جدیدتر و گرانبهاتر
تبدیل فوریه که امروزه بطور عادی از آنها استفاده می‌شود، به گونه‌ای طراحی شده‌اند که در یک دستگاه می‌توان هسته‌های چندین عنصر گوناگون را مشاهده نمود. دستگاههای 200MHz و 300MHz بطور روزمره و معمولی مورد استفاده قرار گرفته‌اند و دستگاههایی با فرکانس 60MHz را می‌توان در مراکز تحقیقاتی و دانشگاههای بزرگ یافت.



موضوع مطلب : شیمی تجزیه
نوشته شده در پنجشنبه بیست و دوم بهمن 1388 توسط سیما نجفی | لينک ثابت |
طیف سنجی ماورای بنفش
تعداد کثیری از مولکولهای آلی و گروههای عاملی در بخشهایی از طیف الکترومغناطیسی که نواحی ماورای بنفش (UV) و مرئی (VIS) خوانده می‌شوند (طول موج آنها nm 800-190) شفاف هستند. در نتیجه آن روش طیف سنجی که با این حدود از طول موج سر و کار دارد، از محدودیتهایی برخوردار است. اما در بعضی موارد ، اطلاعات مفیدی از این نواحی طیف بدست می‌آید و هنگامی که این اطلاعات با اطلاعات حاصل از طیفهای مادون قرمز و رزونانس مغناطیسی هسته‌ای جمع گردد، می‌تواند در تعیین ساختمان یک جسم بسیار موثر واقع شود.

برانگیختگی الکترونی

وقتی که تابش مداومی از یک ماده شفاف عبور کند، بخشی از پرتو جذب می‌گردد. اگر این اتفاق افتد، باقیمانده تابش در صورت عبور از یک منشور ، ایجاد طیفی کرده که فواصلی میان خطوط آن وجود دارد و آن را یک طیف جذبی می‌نامند. در اثر جذب انرژی ، اتمها یا مولکولها از یک حالت انرژی کم (حالت اولیه یا پایه) به یک حالت انرژی بالاتر (حالت برانگیخته) منتقل می‌گردد. چنین فرایندی کوانتایی است. مقدار انرژی پرتو الکترومغناطیسی جذب شده کاملا معادل اختلاف انرژی بین حالات برانگیخته و پایه است.

در مورد طیف سنجی ماورای بنفش و مرئی ، انتقالاتی که منجر به جذب تابش الکترمغناطیسی در این ناحیه از طیف می‌گردند، انتقالات بین ترازهای انرژی الکترونی هستند. هنگامی که مولکولی انرژی جذب کند، یک
الکترون از یک اوربیتال اشغال شده به یک اوربیتال اشغال نشده با انرژی پتانسیل بالاتر ارتقا می‌یابد. معمولا محتمل‌ترین انتقال از بالاترین اوربیتال مولکولی اشغال شده (HOMO) به پایین ترین اوربیتال مولکولی اشغال نشده (LUMO) است. اختلاف انرژی بین ترازهای الکترونی در اکثر مولکولها بین KJ/mol 650-125 متغیر است.

در تعداد کثیری از مولکولها ، پایین‌ترین اوربیتالهای مولکولی اشغال شده ، اوربیتالهای
σ بوده که این اوربیتالهای مربوط به پیوندهای σ هستند. اوربیتالهای π در ترازهای بالاتری قرار می‌گیرند و آن اوربیتالهایی که جفت الکترونهای غیرپیوندی را نگاه می‌دارند ( اوربیتالهای مولکولی غیرپیوندی ، n ) حتی در ترازهای انرژی بالاتری قرار دارند. اوربیتالهای خالی یا ضد اتصالی (*π و *σ) دارای بالاترین ترازهای انرژی هستند.

منشاء ساختمان نوار UV

برای اتمی که در ناحیه ماورای بنفش جذب می‌کند، طیف جذبی ، اغلب شامل خطوط بسیار تیزی است که نظیر آن از یک فرایند کوانتایی که بین دو تراز انرژی مجزا رخ می‌دهد، انتظار می‌رود. اما در مولکلولها ، جذب UV معمولا در محدوده گسترده ای از طول موج اتفاق می‌افتد. این بدان دلیل است که در درجه حرارت اتاق ، مولکولها (برخلاف اتمها) معمولا دارای حالات برانگیخته ارتعاشی و چرخشی بسیاری هستند. در واقع ارتعاش مولکولها حتی در صفر مطلق هم بطور کامل متوقف نمی‌گردد. در نتیجه ، مجموعه ای از مولکولها ، اعضای خود را در بسیاری حالات برانگیخته ارتعاشی و چرخشی خواهند داشت. ترازهای انرژی برای چنین حالاتی کاملا نزدیک به یکدیگر بوده ، چنان که اختلاف انرژی میان آنها به مراتب کمتر از اختلاف انرژی ترازهای الکترونی است. بنابراین ترازهای چرخشی و ارتعاشی بر روی ترازهای الکترونی قرار دارند.

پس یک مولکول قادر است که بطور همزمان ، برانگیختگی الکترونی و ارتعاشی- چرخشی را انجام دهد. چون انتقالات بسیاری وجود داشته که هر یک تفاوت اندکی با دیگران دارد، پس هر انتقال الکترونی شامل تعداد بسیاری از خطوط بوده که با فواصل بسیار جزئی از یکدیگر قرار می‌گیرند. فواصل میان این خطوط بقدری اندک است که طیف سنج ، قادر به تفکیک آنها نیست، بلکه دستگاه مجموعه ای از آنها را به‌صورت یک طرح کلی ارائه می‌دهد. آنچه که از این مجموع انتقالات مشاهده می‌شود، آن است که طیف UV یک مولکول شامل یک نوار جذب بوده که مرکز آن نزدیک طول موج انتقال اصلی است.

اصل طیف سنجی جذب

هرچه تعداد مولکولهای جادب نور با طول موج معین بیشتر باشد، مقدار جذب نور نیز فزونی می‌گیرد. به علاوه هرچه یک مولکول جاذب نور با طول موج معین موثرتر عمل کند، مقدار جذب نور هم بیشتر می‌گردد. با این عقاید می‌توان عبارت تجربی زیر را که به عنوان قانون بیر- لامبرت شناخته می‌شود، فرمول بندی کرد:


A=log(I0/I)=εcl


A= مقدار جذب
I0=شدت نور ورودی به سلول محتوی نمونه
I= شدت نور خروجی از سلول محتوی نمونه
C= غلظت مولاری حل شونده
L= طول سلول محتوی نمونه (برحسب cm)
ε= قدرت جذب مولی


عبارت (log(I0/I به‌عنوان مقدار جذب یا چگالی نوری شناخته شده و با A نمایش داده می‌شود. قدرت جذب مولی (قبلا به عنوان ضریب خاموشی مولی شناخته می‌شد) خصوصیت آن مولکولی است که انتقال الکترونی انجام داده و تابع پارامترهای متغیری نیست که در تهیه یک محلول ایجاد می‌شود. قدرت جذب بوسیله اندازه یا بزرگی سیستم جاذب و نیز توسط احتمال وقوع انتقال الکترونی کنترل می‌گردد. قدرت جذب از لحاظ عددی محدوده ای بین صفر تا 106 را در بر می‌گیرد. مقادیر بالاتر از 104 را جذبهای شدید گفته ، در حالی‌که مقادیر پایین ار از 103 را جذبهای ضعیف می‌نامند. انتقالات ممنوع دارای قدرت جذبی بین 100 تا 1000 هستند.



موضوع مطلب : شیمی تجزیه
نوشته شده در پنجشنبه بیست و دوم بهمن 1388 توسط سیما نجفی | لينک ثابت |
یونیزاسیون با لیزر
تجزیه مواد جامد بدون حل کردن آنها همواره مورد توجه شیمیدانان تجزیه بوده است. از زمان توسعه طیف سنجی استفاده از جرقه به عنوان روشی برای ایجاد یون بدون حل کردن نمونه‌ها دانشمندان در پی کشف روشهای کاربردی‌تر بوده‌اند. امروزه با پیشرفت لیزر ، برانگیختگی با لیزر و تجزیه جرمی یونهای ایجاد شده بیشتر مورد توجه قرار گرفته است، در حالیکه در روش جرقه باید نمونه‌ها به اجزایی با رسانش گرمایی تبدیل شوند. با استفاده از لیزر به چنین مرحله‌ای نیاز نخواهد بود.

تاریخچه

استفاده از لیزر به عنوان یک منبع تولید یون از سال 1960 مورد توجه دانشمندان بوده است. اولین مطالعات در این زمینه شامل تبخیر گرافیت ، تبخیر زغال سنگ با لیزر القایی برای طبقه‌بندی انواع زغال سنگها ، تجزیه عنصری فلزات ، اندازه گیری نسبت ایزوتوپی و ... بوده است. در سال 1969 با استفاده از تحقیقات فوق استفاده از لیزر به نمونه‌های زیست شناختی گسترش یافت و در سال 1970 یونهای مولکولی از نمکهای غیر فرار آلی با استفاده از لیزر ایجاد شدند.

مکانیزم یونیزاسیون با لیزر

مکانیسم تشکیل یون در اثر تابش پرتو لیزر به جامدات تاکنون بخوبی درک نشده است، اما نتایج بدست آمده از آزمایشهای مختلف با لیزرهای گوناگون نشان می‌دهد که طول موج لیزر عامل مهمی در یونیزاسیون نیست، بلکه آن چیزی که اهمیت دارد مدت و شکل ضربانهای لیزر است. کارایی یونیزاسیون با چگالی لیزر تغییر می‌کند.

عامل مهم دیگر تغییرات کارایی یونیزاسیون برای عناصر مختلف در یک بافت خاص می‌باشد. نمونه مورد آزمایش در خلا قرار داده شده ، با فعال نمودن لیزر برانگیخته ، نمونه مورد نظر تبخیر شده و ایجاد
میکروپلاسمایی می‌کند که شامل تکه‌های خنثی همراه با یونهای مولکولی ، عنصری و تکه‌های یونی با بار واحد خواهد بود.

مراحل یونیزاسیون با لیزر

  1. یونیزاسیون مستقیم جسم جامد توسط پرتو لیزر
  2. دفع سطحی و یونیزاسیون جسم جامد در منطقه نزدیک به ضربان لیزر
  3. یونیزاسیون سطحی
  4. واکنشهای یون - مولکول در فاز گازی
  5. انتشار ذرات خنثی بر حسب تشکیل یون

    یونیزاسیون با لیزر
یونیزاسیون مستقیم در منطقه ای اتفاق می‌افتد که دمایی ما بین 3000 تا 6000 درجه سانتیگراد دارد. بنابر این تنها یونهای اتمی و تکه‌های مولکولی کوچک در این مرحله تولید می‌شود. مرحله 2 در منطقه‌ای با گرادیان گرمایی بالا انجام می‌شود. این منطقه توسط امواج ضربه‌ای حاصل از برخورد پرتو لیزر با پلاسما تحت تاثیر است و یونهای با وزن مولکولی بالا و اجزای خنثی از این منطقه ساطع می‌شود. با اینکه این منطقه دارای دمای پلاسما نیست اما واکنشهای حالت جامد که در این منطقه اتفاق می‌افتد در گسترش یونها موثر می‌باشد. یونیزاسیون سطحی در منطقه نزدیک به پرتو لیزر اتفاق می‌افتد.

در مورد اهمیت مراحل 4 و 5 هنوز جای سئوال باقی است. انتشار یونی از مناطق نزدیک ضربان لیزر همزمان با تابش
لیزر روی نمونه اتفاق می‌افتد و بعد از خاموش شدن لیزر هم ادامه دارد. بنابر این یک انتقال فاز بین یونهای ثانوی و آنهایی که از ضربان لیزر حاصل می‌شوند بوجود می‌آید. چون یونیزاسیون مرحله‌ای با انرژی بالاتر نسبت به انتشار اجزا خنثی است. انتشار اجزای خنثی نیز احتمالا پس از اتمام انتشار یونها از نمونه ادامه خواهد یافت.


بعد از انجام یونیزاسیون با استفاده از روش طیف سنجی جرمی نمونه ، شناسایی خواهد شد که در بحثهای بعدی به آن پرداخته خواهد شد.


موضوع مطلب : شیمی تجزیه
نوشته شده در پنجشنبه بیست و دوم بهمن 1388 توسط سیما نجفی | لينک ثابت |
طیف سنجی جرمی

 

اصول طیف سنجی جرمی جلوتر از هر یک از تکنیکهای دستگاهی دیگر بنا نهاده شده است. تاریخ پایه‌گذاری اصول اساسی آن ، به سال 1898 بر می‌گردد. در سال 1911 ، تامسون برای تشریح وجود نئون -22 در نمونه ای از نئون -20 از طیف جرمی استفاده نمود و ثابت کرد که عناصر می توانند ایزوتوپ داشته باشند. تا جایی که می‌دانیم، قدیمی‌ترین طیف سنج جرمی ، در سال 1918 ساخته شد.

اما روش طیف سنجی جرمی تا همین اواخر که دستگاههای دقیق ارزانتری در دسترس قرار گرفتند، هنوز مورد استفاده چندانی نداشت. این تکنیک با پیدایش دستگاههای تجاری که بسادگی تعمیر و نگهداری می‌شوند و با توجه به مناسب بودن قسمت آنها برای بیشتر آزمایشگاههای صنعتی و آموزشی و نیز بالا بودن قدرت تجزیه و تفکیک ، در مطالعه تعیین ساختمان ترکیبات از اهمیت بسیاری برخوردار گشته است.

دستگاه طیف سنج جرمی

به بیان ساده ، طیف سنج جرمی سه عمل اساسی را انجام می‌دهد: اول این‌که مولکولها توسط جریانی از الکترونهای پُر انرژی بمباران شده و بعضی از مولکولها به یونهای مربوط تبدیل می‌گردند. سپس یونها در یک میدان الکتریکی شتاب داده می‌شوند. دوم این‌که ، یونهای شتاب داده شده ، بسته به نسبت جرم به بار (m/e) آنها در یک میدان مغناطیسی یا الکتریکی جدا می‌گردند و در نهایت اینکه ، یونهای دارای نسبت جرم به بار مشخص و معین ، توسط بخشی از دستگاه که در اثر برخورد یونها به آن قادر به شمارش آنها است، آشکار می‌گردند.

نتایج داده شده خروجی توسط آشکار کننده ، بزرگ شده و به ثبّات داده می‌شوند. علامت یا نقشی که از ثبّات حاصل می‌گردد، یک طیف جرمی است، نموداری از تعداد ذرات آشکار شده بر حسب تابعی از نسبت جرم به بار.

کروماتوگرافی گازی - طیف سنجی جرمی

مفیدترین ابداع در سیستمهای وارد سازی نمونه ، استفاده از کروماتوگراف گازی جفت شده با طیف سنج جرمی است. در این وضعیت ، طیف سنج جرمی ، نقش آشکار کننده را ایفا می‌کند. در این تکنیک که کروماتوگرافی گازی - طیف سنجی جرمی (GC-MS) خوانده می‌شود، جریان گاز خارج شده از کروماتوگراف گازی پس از عبور از یک شیر ، از لوله حاوی روزنه مولکولی گذر می‌کند. پس مقداری از جریان گاز وارد محفظه یونیزاسیون دستگاه طیف سنج جرمی می‌گردد. بدین طریق حصول طیف جرمی هر جزء موجود در یک مخلوط تزریق شده به کروماتوگراف گازی ممکن می‌گردد.

نقش این روش ، نیاز به پویه سریع توسط دستگاه طیف سنج جرمی است. دستگاه طیف سنج باید طیف جرمی هر جزء موجود در مخلوط را پیش از خروج جزء بعدی از ستون کروماتوگرافی گازی بدست آورد تا از آلوده شدن یک ماده توسط ماده بعدی قبل از بدست آمدن طیف آن جلوگیری شود.

از آنجا که ستونهای مویی با توان بالا در کروماتوگرافی گازی استفاده می‌شود، لذا در بیشتر موارد ، قبل از آنکه جریان گازی ، آنالیز شود، ترکیبات بطور کامل جدا می گردند. دستگاه قابلیت بدست آوردن حداقل یک پویه در ثانیه را در محدوده amu300-10 دارد. در صورتی که محدوده باریکتری از اجرام ، آنالیز شود، حتی پویه‌های بیشتری ممکن می‌گردد. مایع بیرون ریزنده ، از بخش کروماتوگرافی گازی دستگاه را می‌توان به دستگاه FT-IR هدایت کرد، به گونه ای که به جای طیفهای جرمی ، طیفهای مادون قرمز بدست آید. در این حالت ، طیف سنج مادون قرمز به‌عنوان آشکار کننده برای کروماتوگراف گازی عمل می‌کند.

طیف سنج جرمی
جفت شده با کروماتوگراف گازی باید نسبتا جمع و جور و دارای قدرت تفکیک بالا باشد.

طیف جرمی

طیف جرمی به‌صورت نموداری از درصد فراوانی یون بر حسب نسبت m/e نشان داده می‌شود. با بررسی یک طیف جرمی معمولی می‌توان اطلاعات بسیار زیادی در مورد ایزوتوپها ، وزن مولکولی ، یونهای مولکولی و... بدست آورد.

تعیین وزن مولکولی

هنگامی که پروتونی از الکترونهای پُر انرژی به جریانی از مولکولهای نمونه برخورد کند، یونیزاسیون مولکولها رخ می‌دهد. یونهای حاصله که یونهای مولکولی خوانده می‌شوند، سپس شتاب پیدا کرده و از میان یک میدان مغناطیسی عبور کرده و آشکار می‌گردند. اگر حداقل طول عمر این یونهای مولکولی 5-10 ثانیه باشد، آنها بدون شکست و تبدیل شدن به قطعات کوچکتر به آشکار کننده می‌رسند. حال چیزی که باقی می‌ماند، مشاهده نسبت m/e یون مولکولی بوده که از روی آن ، بتوان وزن مولکولی نمونه را تعیین کرد.

در عمل ، تعیین وزن مولکولی ، کاملا بسادگی آن چیزی که در پاراگراف زیر می‌آید، نیست. اول باید دانست که مقدار جرم هر یون شتاب داده شده در یک طیف سنج جرمی ، جرم حقیقی آن است و نه وزن مولکولی آن که اوزان اتمی شیمیایی را بکار می‌برد. مقیاس شیمیایی اوزان اتمی بر پایه میانگین اوزان تمامی ایزتوپهای یک عنصر است. طیف سنج جرمی ، توانایی تشخیص بین جرم ذرات حامل معمولترین ایزوتوپهای عناصر و ذرات حاصل ایزوتوپهای سنگین‌تر را دارد. در نتیجه ، اجرامی که برای یونهای مولکولی مشاهده می‌شوند، اجرام مولکولهایی هستند که در آنها هر
اتم به‌صورت معمولترین (فراوانترین) ایزوتوپ خود وجود دارد.

دوم اینکه ممکن است مولکولهایی که توسط الکترونها بمباران می‌شوند، شکسته شده و به قطعات یونی مبدل گردند. در اثر این جزء به جزء شدن ، طیفهای جرمی پیچیده شده و قلل موجود در نسبتهای m/e گوناگونی ظاهر می‌شوند. باید کاملا دقیق و مطمئن بود که قله مشکوک واقعا قله یون مولکولی است و نه مربوط به قطعه یونی. این مساله ، بخصوص هنگامی بحرانی می شود که درصد فراوانی یون مولکولی کم باشد، همان گونه که در یونهای مولکولی نسبتا ناپایدار که بسادگی جزء به جزء می‌شوند، اتفاق می‌افتد.

مهمترین مساله که باید بررسی کرد، آن است که اجرام یونهای آشکار شده در طیف جرمی را باید بطور دقیق اندازه گیری نمود. خطایی به میزان فقط یک واحد جرمی تعیین ساختمان جسم را غیر ممکن می‌سازد.



موضوع مطلب : شیمی آلی
نوشته شده در پنجشنبه بیست و دوم بهمن 1388 توسط سیما نجفی | لينک ثابت |
شیمی و لیزر

شیمی و لیزر

امروزه لیزر کاربردهای بیشماری در جنبه‌های مختلف علوم دارد و زمینه تحقیقاتی گسترده‌ای برای تمام علوم و از جمله شیمی فراهم آورده است. تکفامی و شدت زیاد ، لیزر را برای استفاده در شیمی و بویژه شاخه طیف سنجی مناسب ساخته است. در زمینه شیمی ، از لیزر هم برای تشخیص و هم برای ایجاد تغییرات شیمیایی برگشت ناپذیر استفاده شده است.

لیزر و ایجاد شاخه‌های جدید در شیمی

کشف و استفاده از لیزر ، باعث ایجاد تغییرات مهمی در رشته‌های علمی از جمله شیمی شده است. ایجاد شاخه‌های جدید در شیمی مانند طیف‌نمایی غیر خطی و فتوشیمی لیزری از آن جمله است.

کاربردهای لیزر در شیمی

جداسازی ایزوتوپها

به علت بهای زیاد فوتونهای لیزری ، این روش وقتی استفاده می‌شود که ارزش محصولات نهایی بالا باشد. به عنوان مثال ، جداسازی اورانیوم 235 از اورانیوم طبیعی (حاوی 99.2% اورانیوم 238 و 7% اورانیوم 235) با لیزر گزنون و کریپتون.

تکنیکهای جهش دما

تغییر دادن تعادل یک واکنش به وسیله افزایش ناگهانی درجه حرارت برای مطالعه واکنشهایی که سرعتشان بین 10-2 تا 10-6 ثانیه است. مانند تشکیل پیوند هیدروژنی و استخلاف لیگاند. لیزر ید برای انجام این کار مناسب است.

 

طیف سنجی

توان زیاد پرتو لیزری ، کاربرد آن را در اندازه گیری جذب نمونه‌های چگال ، امکان‌پذیر می‌سازد. حساسیت روش ، بسیار بالاست و لیزر ، همزمان کار چندین لامپ هالوکاتد را انجام می‌دهد. یکی از کاربردهای طیف سنجی با لیزر ،‌ اندازه گیری غلظت با لیزر|اندازه گیری غلظت خاکهای نادر در محلولهای آبی یا مخلوط آنها می‌باشد.

تجزیه مقادیر ناچیز و تک اتم

حساسیت فوق العاده یونیزاسیون با لیزر برای دستیابی به حد تشخیص بی‌نهایت کم از شگفت‌انگیزترین نتایجی است که دانشمندان را برای تشخیص یک اتم یا یک مولکول ، بیش از پیش امیدوار کرده است.

طیف سنجی مولکولی

از مطالعات لیزر در طیف سنجی لیزر در طیف سنجی مولکولی ، می‌توان لومنیسانس و فتویونیزاسیون را نام برد که نتایج درخشانی در تفکیک کامل طیفی و گزینش پذیری در جذب چند فوتونی برای اندازه گیری مقادیر کم اجسام ، حاصل شده است.

طیف سنجی جرمی

در چندین سال اخیر ، علاقه زیادی به ترکیب لیزر و طیف سنجی جرمی (MS) معطوف شده است. این ترکیب در بر گیرنده دو روش است: روشهای چند فوتونی و شیوه‌های دفع سطحی.

 

سایر کاربردهای لیزر در شیمی

استفاده از لیزر در شیمی ، گسترده‌تر از آن است که در این بحث مطرح شود. از دیگر کاربردهای لیزر را ، می‌توان طیف سنجی پیکوثانیه به کمک لیزرهای پالسی ، استفاده در آشکارسازهای کروماتوگرافی ، همراستا کردن اجزاء داخلی و ابزار دقیق آزمایشگاهی و انواع فراورشهای شیمیایی نام برد.

لیزر و آینده علم شیمی

لیزر با وجود استفاده وسیع و روز افزون در رشته‌های مختلف علوم و از جمله شیمی ، هنوز هم نویدهای زیادی برای آینده دارد. با توجه به ساخت لیزرهای جدید با کاربری وسیع و تکامل روشهای قدیمی ، در آینده می‌توان شاهد تحولات عظیم در شیمی تجزیه و استفاده گسترده از لیزر در فراوشها و سنتزهای شیمیایی بود.

همچنین استفاده از لیزر برای سنتز و مطالعه اجزا ، خوشه‌های فلزی و کربن در آینده مورد توجه خاص خواهد بود. چشم انداز آینده ، استفاده از لیزر در تولید و سنتز مواد حیاتی مهم با کمترین هزینه خواهد بود.


موضوع مطلب : شیمی تجزیه
نوشته شده در پنجشنبه بیست و دوم بهمن 1388 توسط سیما نجفی | لينک ثابت |
ليزر - بخش سوم

ليزر - بخش سوم

رده بندي

ليزر در سه تراز

در شكل 1 آن‌چه كه واقعا اتفاق مي‌افتد مي‌بينيد:

انواع ليزر

گونه‌هاي مختلفي از ليزرها وجود دارند. محيط ليزري مي‌تواند جامد، گاز، مايع يا نيمه رسانا باشد. ليزرها كلا به انواع زير تقسيم مي‌شوند:

 ليزرهاي حالت جامد: محيط ليزري در جامد دارند (مثل ياقوت يا نئونيم: ايتريم گارنت «ليزرهاي ياگ». ليزر نئونيم- ياگ نور فروسرخ را در 1064 نانومتر گسيل مي‌كنند. يك نانومتر 1*10-19 متر است.

ليزرهاي گازي: (هليم و نئون هليم، HeNe، معمول‌ترين ليزرهاي گازي است). نور اوليه‌ي قرمزي توليد مي‌كنند. ليزرهاي دي اكسيدكربن در «فروسرخ دور» انرژي گسيل مي‌كنند و براي بريدن مواد سخت به‌كار مي‌روند.

 ليزرهاي اگزيمير (Excimer): {اين‌ نام از جملات برانگيخته (excited) و دي‌مر (dimers) } از گازهاي راديواكتيوي مانند كلورين و فلوئورين در تركيب با گازهاي خنثي مانند آرگون، كريپتون يا زنون استفاده مي‌شود. وقتي به‌صورت الكتريكي آزاد مي‌شوند،‌ شبه مولكولي (دي‌مر) توليد مي‌شود. وقتي محيط ليزري مي‌شود، دي‌مر در گستره‌ي فرابنفش نور توليد مي‌كند

 ليزرهاي رنگي : از ليزرهايي با رنگ‌هاي مختلف استفاده مي‌كنند (مانند رودامين، 6G ‌در محلول مايع يا تعليق به عنوان محيط ليزري). آن‌ها گستره‌ي كنترل‌پذيري از طول‌موج‌ها هستند.

ليزرهاي نيمه‌رسانا: گاهي آن را ليزرهاي ديود هم مي‌نامند ولي با حالت جامد فرق دارند. اين ابزار الكترونيكي عموما كوچك و كم توان است. آن‌ها را مي‌توان در اندازه‌اي بزرگ‌تري مانند منبع چاپ در چاپگرهاي ليزري يا CD خوان‌ها ساخت.


طول موج شما چيست؟

 يك ليزر ياقوت (قبلا هم راجع‌ به‌ آن گفتيم) يك ليزر حالت جامد بوده و در طول موج 694 نانومتر نور گسيل مي‌كند. ديگر محيط‌هاي ليزري را مي‌توان براساس طول موج گسيلي مورد نظر، توان مورد نياز، و مدت پالس آماده كرد. بعضي از ليزرها مانند دي‌اكسيدكربن بسيار قوي هستند (مي‌توانند فولاد را ببرند). دليل اين‌كه ليزر دي‌اكسيدكربن خطرناك محسوب مي‌شود، اين‌است كه نور ليزر در فروسرخ و ميكروموج (ميكروويو) طيف الكترومغناطيس تابش گسيل مي‌كند. تابش فروسرخ يعني گرما؛ و اين نوع ليزر اساسا هر چيزي را كه نشانه برود ذوب مي‌كند.

ديگر ليزرها مانند ليزرهاي ديود، بسيار ضعيف بوده و امروزه از آن‌ها به عنوان ليزرهاي جيبي در سمينارها و غيره استفاده مي‌شود. اين ليزرها نوفه‌ي قرمزي گسيل مي‌كنند كه طول موجي بين 630 تا 680 نانومتر دارد. ليزرها در صنعت و پژوهش براي مصارف متعددي مورد استفاده قرار مي‌گيرند. براي مثال با استفاده از نور قوي ليزر براي برانگيخته كردن ديگر مولكول‌ها استفاده مي‌شود تا ببنيم براي آن‌ها چه اتفاق مي‌افتد.

در جدول 1 تعدادي از ليزرها را همراه طول موج گسيل‌شان آورده‌ايدم:

طول‌موج (نانومتر)

نوع ليزر

193

فلورئوريد آرگون (UV)

248

(UV)فلوئورريد كريپتون

308

كلريد زنون(UV)

337

نيتروژن(UV)

488

آرگون (آبي)

514

آرگون (سبز)

543

نئون هليم (سبز)

633

نئون هليم (قرمز)

570-650

رودامين 6G رنگي (تنظيم پذير)

694

ياقوت (قرمز)(CrAlO3)

1064

Nd:Yag (NIR)

10600

دي‌اكسيد كربن (FIR)




ليزرها براساس پتانسيل خطر زيستي شان به چهار دسته‌ي اصلي تقسيم مي‌شوند؛
ليزرهايي كه شما با آن‌ها آشنا هستيد يكي از اين چهار دسته‌ هستند:

دسته‌ي اول - اين ليزرها نمي‌توانند در حد مضر تابش داشته باشند.

دسته‌ي اول - نوع اول – اين اسم خاصي است كه فقط به ليزرهايي اتلاق مي‌شود كه قابل رويت نيست. مانند اسكنرهاي ليزري سوپرماركت‌ها. حد بالاي توان اين دسته 4 مگاوات است.

دسته‌ي دوم – اين نوع ليزرها ليزرهاي توان كم و قابل رويت هستند كه حد بالاي سطح دسته‌ي اول هستند. ولي توان تابشي آن‌ها بيش از 1 مكاوات نيست. بدين معني است كه تابش‌ها مضر محسوب مي‌شوند تا لامپي را روشن كنند و در نتيجه شخص را از مضرات آن مصون مي‌كنند.

دسته‌ي سوم – نوع اول – اين ليزرهاي حد متوسط (1تا 5 مگاواتي) فقط براي ديد در فراي مرعي خطرناك هستند. بيش‌تر ليزرهاي قلمي (كه آن‌ها را در سمينارها و غيره ديده‌ايد) از اين دسته هستند.

دسته‌ي سوم - نوع دوم - ليزرهاي توان متوسط و كم شدت.

دسته‌ي چهارم – اين‌ دسته ليزرهاي پُر شدت و قوي هستند (500 مگاوات) كه در حوزه‌ي مرعي تحت هر شرايطي خطرناك محسوب مي‌شوند (مستقيم يا پخش شده). اين نوع ليزرها قابليت ايجاد اتش‌سوزي، و خطر بيماري هاي پوستي را دارند. كنترل ويژه‌اي براي استفاده از اين نوع لازم است.



موضوع مطلب : شیمی تجزیه
نوشته شده در پنجشنبه بیست و دوم بهمن 1388 توسط سیما نجفی | لينک ثابت |
ليزر -بخش دوم

ليزر -بخش دوم 

توليد ليزر

نور ليزر

نور ليزر از نور معمولي بسيار متفاوت است. نور ليزر ويژگي هاي ذيل را دارد:

 

 نور آزاد شده تك فام (تك رنگ) است. يعني شامل فقط يك طول موج خاص (در نتيجه نور خاص) است. طول موج نور بوسيله‌ي آزاد شدن انرژي به هنگام جابه جايي الكترون از يك مدار به مدار پايين تر (نزديك‌تر به هسته) اندازه گيري مي‌شود.

 نور آزاد شده همدوس (متمركز) است. هر فوتون همراه با ديگر فوتون‌ها حركت مستقيم و در حين حركت مكان معيني نسبت به ديگر فوتون‌ها دارد. اين بدان معناست كه همه‌‌ي فوتون‌ها جبهه‌ي موج هماهنگي نسبت به هم دارند.

 نور كاملا مستقيم است. نور ليزر نوفه‌اي بسيار قوي و متمركز دارد. اين در حالي است كه يك فلاش نور معمولي، در همه‌ي جهات پخش مي‌شود. بسيار ضعيف‌تر و پراكنده‌تر از ليزر است.

براي به‌وجود آوردن اين سه ويژگي چيزي به‌نام «گسيل برانگيختگي» بايد اتفاق بيافتد. اين در نور معمولي اتفاق نمي‌افتد. همه‌ي اتم‌ها فوتون‌هاي خودشان را به‌صورت كاتوره‌اي (نامنظم)، آزاد مي‌كنند. در گسيل برانگيخته فوتون گسيلي آرايش منظمي دارد.

فوتوني كه هر اتم آزاد مي‌كند، طول موج معيني دارد كه به اختلاف انرژي بين حالت برانگيخته و پايه بستگي دارد. اگر اين فوتون (گذار از يك انرژي و فاز) به اتم‌ ديگري كه الكتروني در حالت مشابه، برخورد كند، گسيل برانگيختگي اتفاق مي‌افتد. اولين فوتون مي‌تواند آزاد شده يا گسيل القايي داشته باشد؛ به‌طوري‌كه فوتون بعدي (از اتم دوم) با فركانس و جهت يكساني نسبت به اولي ارتعاش خواهد كرد.

مسأله‌ي اساسي ديگر در توليد ليزر زوج آينه‌هايي هستند كه هر كدام در يم انتهاي محيط ليزري قرار گرفته اند. فوتون‌ها با طول‌موج‌ و فاز معين در برخورد با آينه‌ها منعكس شده و حركت رفت و برگشتي را در همان محيط انجام مي‌دهند. در چنين فرايندي الكترون‌هاي ديگر را نيز آزاد مي‌كنند. انرژي آزاد مي‌شود و مي‌تواند باعث گسيل فوتون‌هاي بيش‌تري با همان فاز و طول موج شود. در اين‌جاست كه پديده‌‌ي آبشاري اتفاق مي‌افتد و فوتون‌هاي بيش‌تر و بيش‌تري با همان فاز و طول‌موج يكسان منتشر مي‌شود. آينه در يكي از دو انتهاي آينه‌اي «نيمه‌نقره‌اي» باعث انعكاس نور شده و باعث انتشار مقداري نور مي‌شود. اين نور، نور ليزر است.

شكل‌هايي كه خواهيد ديد نحوه‌ي توليد ليزر ياقوتي را نشان مي‌دهند.

ليزرهاي ياقوتي

ليزر ياقوتي شامل لوله‌ي فلاش (مانند فلاش دوربين‌هاي عكاسي)، ميله‌‌ي ياقوتي و دو آينه است‌ (يكي از آنها نيمه نقره‌اي است). ميله‌ي نقره‌اي محيط ليزري است كه لوله‌ي فلاش به آن نور مي‌تاباند.

شكل 1 -  محيط غير ليزري.

شكل  2 - لوله‌ي فلاش روشن مي‌شود و نور را به‌سمت ميله‌ي
 ياقوت گسيل مي‌كند. نور اتم‌هاي ميله‌ي ياقوت را برانگيخته مي‌كند
.

     

شكل 3 - تعدادي از اين اتم‌ها فوتون گسيل مي‌كنند.

شكل 4. تعدادي از اتم‌ها در جهت موازي با محور ميله
 حركت مي‌كنند، بنابراين مقيد به حركت در دو جهت داخل و
هم راستا با ميله هستند. وقتي از بلوري گذر مي‌كنند، در اتم‌هاي
 ديگر باعث گسيل مي‌شوند

شكل 5 - نور تك فام، تك فاز ميله را از طريق آينه‌ي نيمه نقره‌اي آزاد مي‌كند
... نور ليزر!



موضوع مطلب : شیمی تجزیه
نوشته شده در پنجشنبه بیست و دوم بهمن 1388 توسط سیما نجفی | لينک ثابت |
ليزر - بخش اول
در فيلم‌ها و كتاب‌‌هاي علمي - تخيلي، فناوري ليزر نقش محوري بازي مي‌كند. شكي نيست كه همين باعث مي‌شود كه اين نوع داستان‌ها همراه با پيش‌بيني كاربرد ليزر مثلا در نبردهاي فضايي يا صيقل دادن فضاپيماها باشد.

ولي ليزر ها نقش محوري در زندگي روزمره‌ي دارند. حقيقت اين است كه ليزرها كاربردهاي وسيع و جالبي در توليدهاي صنعتي و فناوري دارند. آن‌ها را مي‌توانيد در همه‌جا ببينيد. از سي‌دي‌خوان‌ها گرفته تا مته‌هاي دندان‌پزشكي يا ماشين‌هاي اصلاح پرسرعت موهاي بدن يا دستگاه‌هاي اندازه‌گيري، وسايل كاشت مو، عمل چشم و بسياري ديگر.

در همه‌ي اين‌ها از ليزر استفاده مي‌شود.

ولي ليزر چيست؟

چه عاملي باعث مي‌شود نور ليزر با نور معمولي تفاوت داشته باشد؟ مخصوصا نور ليزر چه تفاوتي با نوفه‌ي جرقه‌هاي نوري دارد؟ ليزرها چگونه طبقه‌بندي مي‌شوند؟


بياييم درباره‌ي انواع مختلف ليزر، طول‌موج‌هاي متفاوت و استفاده‌هاي آن مطالبي بررسي‌هايي داشته باشيم. ولي ابتدا ار مباني فناوري ليزر شروع مي‌كنيم:



موضوع مطلب : شیمی تجزیه
نوشته شده در پنجشنبه بیست و دوم بهمن 1388 توسط سیما نجفی | لينک ثابت |
آزمایش تیتر کردن اسید و باز

تئوری آزمایش

در روش تیتر کردن سلولی با غلظت مشخصی به محلول دیگر اضافه می‌شود تا واکنش شیمیایی بین دو ماده حل شده کامل گردد. محلولی که غلظت آن مشخص باشد، محلول استاندارد است. در عمل تیتر کردن ، محلول استاندارد را از یک بورت به محلولی که باید غلظت آن اندازه گرفته شود، می‌افزایند و این عمل تا وقتی ادامه دارد که واکنش بین محلول استاندار تیتر شونده کامل شود. پس با استفاده از حجم و غلظت محلول استاندارد و حجم محلول تیتر شونده ، غلظت محلول تیتر شونده را حساب می‌کنند.

وسایل لازم

  • بورت 50 میلی لیتر
  • بالون ژوژه 100 میلی لیتری و 50 میلی لیتری
  • ارلن مایر 250 میلی لیتری
  • بشر 100 میلی لیتری
  • ترازوی دقیق

مواد شیمیایی لازم

  • تیتر ازول کلریدریک اسید 0،1 نرمال
  • سود
  • اگزالیک اسید خالص
  • فنل فتالئین

روش آزمایش

بخش اول : تعیین نرمالیته سود مجهول

نمونه مجهول سود (NaOH) در بالون ژوژه 100 میلی لیتری را با آب مقطر به حجم رسانده ، هم می‌زنیم. پس یک بورت 25 میلی لیتری را ابتدا با آب مقطر سپس با محلول سود تهیه شده شستشو می‌دهیم و توسط گیره به پایه متصل می‌کنیم. داخل بورت ، محلول سود ریخته ف محلول را در صفر تنظیم می‌کنیم.


  • در نوک بورت نباید حباب هوا وجود داشته باشد. در صورت وجود داشتن هوا در نوک بورت باید شیر بورت را کمی باز کرد تا نوک بورت از مایع پر شود.
  • در موقع خواندن بورت ، چشم باید در امتداد سطح مایع بوده و عدد مقابل خط زیر سطح مقعر مایع خوانده شود.

حال یک ارلن مایر که پیپت 10 میلی لیتری و با کلریدریک اسید 0،1 نرمال شستشو داده ایم، 10 میلی لیتر کلریدریک اسید 0،1 نرمال می ریزیم. سپس 2 قطره فنل فتالئین اضافه می‌کنیم. ارلن را زیر بورت قرار داده ، با دست چپ بشر بورت را باز می‌کنیم تا قطره قطره محلول سود به محلول اسید اضافه شود و با دست راست ، ارلن را به‌آهستگی حرکت دورانی می‌دهیم. طی این عمل ، محلول داخل ارلن ، رنگ ارغوانی (صورتی رنگ) می‌شود و این نشانگر بازی شدن محلول داخل ارلن است. افزایش سود را متوقف کرده و حجم سود مصرفی را از روی بورت می‌خوانیم.

از فرمول زیر نرمالیته سود مجهول به‌راحتی محاسبه می‌شود:


اسید V * اسید N = سود V * سود N

اسید V * اسید N /سود N = سود N


 

بخش دوم : تعیین نرمالیته اگزالیک اسید

یک گرم اگزالیک اسید را داخل بشر 100 میلی لیتری ریخته و کمی آب مقطر به آن اضافه می‌کنیم تا حل شود و سپس محلول را به یک بالون ژوژه 50 میلی لیتری انتقال داده و به حجم می‌رسانیم. توسط پیپت ژوژه ، 10 میلی لیتر از این محلول را داخل ارلن مایر 250 میلی لیتری می‌ریزیم و دو قطره فنل فتالئین به آن اضافه می‌کنیم. سپس بورت را از سود با نرمالیته معلوم پر می‌کنیم و محلول داخل ارلن را با آن تیتر می‌کنیم.

روش تیتر کردن به این صورت است که طبق بخش اول ، سود را قطره قطره به محلول داخل ارلن افزوده تا صورتی کم‌رنگ ایجاد شود. سپس حجم بورت را یادداشت می‌کنیم. نرمالیته اسید با استفاده از رابطه زیر به‌سادگی حاصل می‌شود.
سود V *سودN = اسید V * اسید N

سود V *سود N / اسیدN = اسید N

نتایج آزمایش

  1. با استفاده از رابطه فوق با داشتن حجم اسید ، حجم و نرمالیته باز می‌توان نرمالیته اسید را بدست آورد.
  2. با معلوم بودن حجم باز و نرمالیته و حجم اسید به‌راحتی می‌توان نرمالیته باز را محاسبه کرد.
  3. در رابطه فوق برای حجم از هر واحدی می‌توان استفاده کرد، مشروط بر اینکه هر دو حجم ( یعنی اسید V و باز V) دارای یک واحد باشند.
  4. در محلول که دارای نرمالیته یکسان باشند، با حجم‌های مساوی بر یکدیگر اثر می‌کنند.

 



موضوع مطلب : شیمی تجزیه
نوشته شده در دوشنبه نوزدهم بهمن 1388 توسط سیما نجفی | لينک ثابت |
پلاسمای طبیعی
  • آیا تابحال فکر کرده‌اید که پلاسما چیست؟
  • آیا می‌دانید پلاسما تا چه حد در زندگی بشر مؤثر است؟
  • درک شما از پلاسمای طبیعی چیست؟

ساختار پلاسما

عموما پلاسما را مجموعه‌ای از یونها ، الکترونها و اتمهای خنثی جدا از هم و تقریبا در حال تعادل مکانیکی ـ الکتریکی می‌گویند. حالتهای خاصی را در مقابل مغناطیس نشان می‌دهد. این رفتارها کاملا برعکس رفتار گازها در مقابل میدان مغناطیسی است. زیرا گازها به سبب خنثی بودنشان از لحاظ بار الکتریکی توانایی عکس ‌العمل در مقابل مغناطیس و میدان وابسته به آن را ندارند.

در کنار این رفتار پلاسما می‌تواند تحت تأثیر میدان مغناطیسی درونی که از حرکت یونهای داخلی به عمل می‌آید قرار گیرد. همچنین پلاسما به علت رفتار جمعیتی که از خود نشان می‌دهد، گرایشی به متأثر شدن در اثر عوامل خارجی ندارد و اغلب طوری رفتار می‌کند که گویی دارای رفتار مخصوص به خودش است. معیار دیگر برای پلاسما آن است که فراوانی بارهای مثبت و منفی باید چندان زیاد نباشد که هر گونه عدم توازن موضعی بین غلظتهای این بارها غیر ممکن باشد.

مثلا بار مثبت به سرعت بارهای منفی را بسوی خود می‌کشد تا توازن بار از نو برقرار سازد. بنابراین اگر چه پلاسما به مقدار زیادی بار آزاد دارد، ولی از لحاظ بار الکتریکی خنثی است. ماده در حالت پلاسما نسبت به حالتهای جامد ، مایع و گاز نظم کمتری دارد. با این حال خنثی بودن الکتریکی پلاسما بطور متوسط انرژی از نظم را نشان می‌دهد.

چهارمین حالت ماده کدام است؟

اگر پلاسما تا دمای زیاد حرارت داده شود، نظم موجود در پلاسما از بین می‌رود و ماده به توده درهم و برهم و کاملا نامنظم ذرات منفرد تبدیل می‌شود. بنابراین پلاسما گاهی نظیر سیالات ، رفتاری جمعی و گاهی نظیر ذرات منفرد ، بصورت کاملا تکی عمل می‌کند. به دلیل همین رفتارهای عجیب و غریب است که غالبا پلاسما در کنار گازها و مایعات و جامدات ، چهارمین حالت ماده معرفی می‌شود. بنابراین با توجه به اینکه چگالی پلاسما قابل توجه می‌باشد. مدولانک در تک ذرات منفرد به مشکلات رفتار پلاسما افزوده می‌شود.

ضرورت بررسی پلاسمای طبیعی

با وجود این پیچیدگیها با عنایت به اینکه 99 درصد ماده موجود در طبیعت و جهان در حالت پلاسما است. علاقمندی ما به پلاسما جدا از بسیاری کاربردها نظیر تولید انرژی ، عدسی پلاسمایی برای کانونش انرژی و ... معتدل می‌باشد، چرا که از ترک زمین ، با انواع پلاسماها مانند (یونوسفر ، کمربندها و بادهای خورشیدی) مواجه می‌شویم. بنابراین فیزیک پلاسما نیز در کنار سایر شاخه‌های علوم فیزیکی ، در شناخت محیط زندگی ما در قالب رشته ژئوفیزیک از یک اهمیت زیادی برخوردار است.

انواع پلاسما

  • پلاسمای جو: نزدیکترین پلاسما به ما (کره زمین) ، یونوسفر (Ionosphere) می‌باشد که از صد و پنجاه کیلومتری سطح زمین شروع و به طرف بالا ادامه می‌یابد. لایه‌های بالاتر یونسفر ، فیزیک سیستمها به فرم پلاسما می‌باشند که توسط تابش موج کوتاه در حوزه وسیعی ، از طیف اشعه فرابنفش گرفته تا پرتوهای ایکس و همچنین بوسیله پرتوهای کیهانی و الکترونهایی که به گلنونسفر اصابت می‌کنند یونیزه می‌شوند.

  • شفق قطبی: پدیده شفق نیز نوعی پلاسما است که تحت اثر یونیزاسیون ایجاد می‌شود. یونسفر پلاسمایی با جذب پرتوهای ایکس ، فرابنفش ، تابش خورشیدی ، انعکاس امواج کوتاه و رادیویی اهمیت اساسی در ارتباط رادیویی در سرتاسر جهان دارد. با همه این احوال نه تنها زمین بلکه زهره و مریخ نیز فضایی یونسفری دارند.

کاربرد پلاسمای یونسفر

یونوسفر زمین در ارتباطات رادیویی اهمیت زیادی دارد. توضیح این نکته لازم است که یونوسفر ، امواج رادیویی با فرکانسهای بیش از 30 مگاهرتز (بین امواج رادار و تلویزیون) را عبور می‌دهد. ولی امواج با فرکانسهای کمتر (کوتاه ، متوسط و بلند رادیویی) را منعکس می‌کند. همچنین شایان ذکر است که ضخامت یونسفر زمین که از چند لایه منعکس کننده تشکیل شده است با عواملی نظیر شب و روز آشفتگی پلاسمایی سطح خورشید در ارتباط نزدیک می‌باشد.

مگنتوسفر و کمربندهای تشعشعی زمین

می‌دانیم زمین ما دارای میدان مغناطیسی است که می‌تواند بر یونها و بطور خلاصه پلاسمای فضای اطرافش اثر بگذراد. بر طبق نظرات دینامو ، میدان مغناطیسی زمین از القای مغناطیس حاصل از حرکات ذرات داخل پلاسمای فضا به درون زمین متأثر می‌شود. که دوباره نقش فیزیک پلاسما را در ژئوفیزیک یادآوری می‌کند. به هرحال بطور نظری باید میدان مغناطیسی به شکل متقارن باشد لیکن فشار باد خورشیدی ، میدان ژئومغناطیس زمین را به صورت ستارگان دنباله‌دار یا دکلی شکل در می‌آورد. که در اصطلاح به آن مگنتوسفر زمین گفته می‌شود. ساختمان این لایه پلاسمایی نیز خود از چند لایه تشکیل شده است.

ژئوفیزیکدانان با مطالعه اساسی این لایه‌ها ، حد بالای آن را که حدودا 10 برابر شعاع زمین و در جهت خورشید می‌باشد، مغناطیس سکون می‌نامند. خارج از مغناطیس سکون ، ناحیه متلاطمی است که غلاف مغناطیس نام دارد و آن باد خورشیدی در نتیجه فشار مگنتوسفر جهت و سرعت خود را تغییر می‌دهد. مگنتوسفر زمین ، کمربند ایمنی زمین در مقابل ذرات خطرناک کم انرژی و حتی متوسط انرژی می‌باشد. به این کمربند حافظ امنیت زمین در مقابل اشعه‌های خطرناک و ذرات ساتع از خورشید ، اصطلاحا کمربندهای وان آلن (به افتخار کاشف این کمربندها) گفته می‌شود.

آینه‌های مغناطیسی

با توجه به تأثیرات میدان مغناطیسی زمین بر روی پلاسما ، ذراتی که در میدان مغناطیسی زمین (کمربند وان آلن) گیر می‌اندازد. بواسطه داشتن میدان مغناطیسی قوی و ضعیف و در قطبین زمین حرکتی انجام می‌دهند که به مثابه یک آینه طبیعی می‌باشد. بنابراین آینه مغناطیسی که قبلا برای اولین بار توسط انریکو فرمی به عنوان مکانیسمی برای شتابدار ساختن پرتوی کیهانی استفاده شده بود، در ژئوفیزیک نیز بکار رفت.

بادهای خورشیدی

خورشید منظومه شمسی منبع نیرومندی از جریان مداوم پلاسما بصورت باد خورشیدی است. باد خورشیدی اصطلاحی برای ذرات تشعشع یافته نظیر بادهایی در حدود 100 هزار درجه کلوین است. باد خورشیدی پدیده پیچیده‌ای است که سرعت و چگالی) آن متغیر می‌باشد. متغیر بودن پلاسمای بادی به فعالیت خورشید بستگی دارد. گفتنی است که به دلیل 100 برابر بودن انرژی جنبشی پلاسما نسبت به انرژی مغناطیسی‌اش ، اصطلاح باد مغناطیسی به آن داده‌اند.

فشردگی پلاسما در فضا

پلاسمای فضایی می‌تواند تحت عوامل مختلفی فشرده شود و ستارگان فضا را ایجاد کند (به عنوان مثال کوتوله‌های سفید). پلاسمای فضایی با چگالی حدود 100 هزار تا 10 میلیارد گرم بر سانتیمتر مکعب ، محصول نهایی تکامل ستارگان سبک ‌وزن می‌باشد. این نوع ستارگان بسیار چگالتر از خورشید می‌باشند. چرا که اگر کل ماده خورشید با چگالی 1.4 گرم بر سانتیمتر مکعب می‌خواست متراکم و به اندازه مثلا زمین ما شود، چگالی آن به تقریبا یک میلیون گرم بر سانتیمتر مکعب می‌رسید.

ستارگان نوترونی نیز از نوع ستارگان بسیار چگال می‌باشند که محصول تکامل ستارگان همان وزن می‌باشند. اینها آخرین نوع ستارگان قابل مشاهده در جهان هستند که به سبب داشتن چگالی فوق‌العاده زیاد ، نورهای اطراف خود را می‌بلعند و به صورت یک حفره سیاه در می‌آیند. بر طبق مدلهای محاسبه شده ، ستارگان نوترونی از لایه‌های مختلفی تشکیل شده‌اند که با حرکت از سطح به طرف داخل ، چگالی به سرعت بالا می‌رود.



موضوع مطلب : شیمی تجزیه
نوشته شده در دوشنبه نوزدهم بهمن 1388 توسط سیما نجفی | لينک ثابت |
الکترولیز

دید کلی

رسانایی الکترولیتی هنگامی صورت می‌گیرد که یونهای الکترولیت بتوانند آزادانه حرکت کنند، چون در این مورد ، یونها هستند که بار الکتریکی را حمل می‌کنند. به همین دلیل است که رسانش الکترولیتی ، اساسا توسط نمکهای مذاب و محلولهای آبی الکترولیتها صورت می‌گیرد. علاوه بر این ، برای تداوم جریان در یک رسانای الکترولیتی ، لازم است که حرکت یونها با تغییر شیمیایی همراه باشد.

اصول رسانش الکترولیتی

این اصول رسانش الکترولیتی با بررسی الکترولیز NaCl مذاب بین الکترودهای بی‌اثر بهتر متصور می‌گردد. منبع جریان ، الکترونها را به الکترود سمت چپ می‌راند. بنابراین ، می‌توان گفت که این الکترود ، بار منفی پیدا می‌کند. این الکترونها ، از الکترود مثبت سمت راست کشیده می‌شوند. در میدان الکتریکی که بدین ترتیب بوجود می‌آید، یونهای سدیم ( کاتیونها ) به طرف قطب منفی ( کاتد ) و یونهای کلرید ( آنیونها ) به طرف قطب مثبت ( آند ) جذب می‌شوند.

در رسانش الکترولیتی ، بار الکتریکی بوسیله کاتیونها که به طرف کاتد و بوسیله آنیونها که در جهت عکس ، به طرف آند حرکت می‌کنند، حمل می‌شود. برای آنکه یک مدار کامل تشکیل شود، حرکت یونها باید با واکنشهای الکترودی همراه باشد. در کاتد ، اجزای شیمیایی معینی ( که لازم نیست حتما حامل بار باشند ) باید الکترونها را بپذیرند و کاهیده شوند و در آند ، الکترونها باید از اجزای شیمیایی معینی جدا شده ، در نتیجه آن اجزا اکسید شوند.

یونهای سدیم در کاتد کاهیده می‌شوند:


Na+ + e→Na

یونهای کلرید در آند ، اکسید می‌شوند:


2Cl-→Cl2 + 2e

از جمع این دو معادله جزئی ، واکنش کلی سلول بدست می‌آید:


(2NaCl(l)→2Na(l) + Cl2(g

مسیر جریان الکترونها در الکترولیز

الکترونها از منبع جریان خارج شده ، به طرف کاتد روانه می‌شوند. در آنجا یونهای سدیمی که به طرف این الکترود منفی جذب شده‌اند، الکترونها را می‌گیرند و کاهیده می‌شوند. یونهای کلرید از کاتد دور و به آند کشیده می‌شوند و در نتیجه ، بار منفی را در این جهت حمل می‌کنند. در آند ، الکترونها از یونهای کلرید جدا شده ، بوسیله منبع جریان به طرف خارج سلول رانده می‌شوند، بدین طریق ، مدار کامل می‌شود. البته ، یونهای کلرید با از دست دادن الکترون اکسید شده ، به‌صورت گاز کلر درمی‌آیند.

عوامل موثر بر رسانش الکترولیتی

از آنچه گفته شد، مشخص می‌شود که رسانش الکترولیتی به تحرک یونها مربوطه می‌شود و هر چیز که این یونها را از حرکت باز دارد، موجب ایجاد مقاومت در برابر جریان می‌شود. عواملی که بر رسانش الکترولیتی محلولهای الکترولیت اثر دارند، عبارتند از: جاذبه‌های بین یونی ، حلالپوشی یونها و گرانروی حلال. این عوامل به‌ترتیب به جاذبه‌های بین ذرات ماده حل شده ، جاذبه‌های بین ذرات حلال و ماده حل شده و جاذبه‌های بین ذرات حلال مربوط می‌شوند.

انرژی جنبشی متوسط یونهای ماده حل شده با افزایش دما زیاد می‌شود. و بنابراین ، مقاومت رساناهای الکترولیتی به‌طور کلی با افزایش دما کاهش می‌یابد (یعنی رسانایی زیاد می‌شود). به‌علاوه ، اثر هر یک از سه عامل مذکور با زیاد شدن دما ، کم می‌شود.

باید توجه داشته باشیم که در هر زمان ، تمام قسمتهای محلول الکترولیت از نظر خنثی می‌ماند، زیرا بار مثبت کلی همه کاتیونها برابر با بار منفی همه آنیونها است.

استوکیومتری الکترولیز

روابط کمی میان الکتریسیته و تغییر شیمیایی برای نخستین بار در سالهای 1832 و 1833 بوسیله "مایکل فارادی" بیان شد. برای درک کار فارادی ، بهترین راه مراجعه به نیم واکنشهایی است که به هنگام عمل الکترولیز صورت می‌گیرد. به هنگام الکترولیز سدیم کلرید مذاب ، تغییر در کاتد:


Na+ + e→Na


نشان می‌دهد که برای تولید یک اتم سدیم ، یک الکترون لازم است. پس برای تولید یک مول سدیم فلزی ( 22.9898g Na ) ، یک مول الکترون ( عدد آووگادرو الکترون ) لازم است. مقدار بار معادل با یک مول الکترون ، فارادی (F) نامیده می‌شود. یک فارادی برابر با 96485 کولن است که برای مسائل معمولی ، آن را گرد کرده، برابر با 96500C در نظر می‌گیریم:


1F=96500C


اگر 2F الکتریسیته مصرف شود، 2 مول Na تولید می‌شود. در همان زمان که عده الکترونهایی معادل 1F الکتریسیته به کاتد اضافه شود، همان عده الکترون از آند جدا می‌شود:


2Cl→Cl2(g) + 2e


نتیجه جدا شدن 1mol الکترون (1F) از آند ، تخلیه بار یک مول یون -Cl و تولید 0.5mol گاز کلر است. اگر 2F الکتریسیته در سلول جریان یابد، 2 مول یون تخلیه می‌شود و 1mol گاز Cl2 آزاد می‌شود. بنابراین واکنشهای الکترودی را می‌توان بر حسب مول و فارادی تفسیر کرد. مثلا ، اکسایش آندی یون هیدروکسید:


4OH-→O2(g) + 2H2O + 4e


را می‌توان این طور بیان کرد که وقتی 4F الکتریسیته از سلول می‌گذرد، 4 مول یون -OH ، یک مول گاز O2 و دو مول H2O تولید می‌کند. روابط میان مولهای ماده و فارادی های الکتریسیته ، مبنای محاسبات استوکیومتری مربوط به الکترولیز است. به خاطر داشته باشید که یک آمپر (1A) برابر آهنگ جریان یک کولن (1C) در ثانیه است.



موضوع مطلب : شیمی تجزیه
نوشته شده در یکشنبه هجدهم فروردین 1387 توسط سیما نجفی | لينک ثابت |
اکسیداسیون-احیا
واکنشی را که در آن ، تبادل الکترون صورت می‌گیرد، واکنش اکسیداسیون- احیا Oxidation - reduction نامیده می‌شود

 

تبادل الکترونی

احیا کننده 1<----- ne + احیا کننده 1


 

اکسید کننده 2<-----ne - احیا کننده 2


 

اکسید کننده 2 + اکسید کننده1<----- احیا کننده 2 + احیا کننده 1


پس در نتیجه تبادل الکترونی بین یک اکسید کننده و یک احیا کننده یک واکنش شیمیایی رخ می دهد.

فرآیند اکسیداسیون (اکسایش)

فرآیندی است که در آن یک جسم (اکسید کننده) الکترون می‌گیرد و عدد اکسایش یک اتم افزایش می‌یابد.

فرآیند احیا (کاهش)

فرایندی است که در آن یک جسم (احیا کننده) الکترون از دست می‌دهد و عدد اکسایش یک اتم کاهش می‌یابد.

مثالی از واکنشهای اکسایش و کاهش

بر این اساس ، واکنش زیر یک واکنش اکسایش و کاهش می‌باشد. چون عدد اکسایش اتم S از صفر به +4 افزایش پیدا می‌کند و می‌گوییم گوگرد اکسید شده است و عدد اکسایش اتم O از صفر به -2 کاهش پیدا کرده است و می‌گوییم اکسیژن کاهیده شده است:


S + O2 → SO2


که در آن ، در طرف اول عدد اکسیداسیون هر دو ماده صفر و در طرف دوم ، عدد اکسیداسیون گوگرد در ترکیب +4 و اکسیژن ، -2 است.

اما در واکنش زیر اکسایش- کاهش انجام نمی‌شود، زیرا تغییری در عدد اکسایش هیچ یک از اتمها به وجود نیامده است:


SO2 + H2O → H2SO4


که در SO2 ، عدد اکسیداسیون S و O بترتیب ، +4 و -2 و در آب ، عدد اکسیداسیون H و O بترتیب +1 و -2 و در اسید در طرف دوم ، عدد اکسیداسیون H و S و O بترتیب ، +1 ، +4 و -2 است.

عامل اکسنده و عامل کاهنده

با توجه به چگونگی نسبت دادن اعداد اکسایش ، واضح است که نه عمل اکسایش و نه عمل کاهش بتنهایی انجام پذیر نیستند. چون یک ماده نمی‌تواند کاهیده شود مگر آن که هم‌زمان ماده ای دیگر ، اکسید گردد، ماده کاهیده شده ، سبب اکسایش است و لذا عامل اکسنده نامیده می‌شود و ماده‌ای که خود اکسید می‌شود، عامل کاهنده می‌نامیم.

بعلاوه در هر واکنش ، مجموع افزایش اعداد اکسایش برخی عناصر ، باید برابر مجموع کاهش عدد اکسایش عناصر دیگر باشد. مثلا در واکنش گوگرد و اکسیژن ، افزایش عدد اکسایش گوگرد ، 4 است. تقلیل عدد اکسایش ، 2 است، چون دو اتم در معادله شرکت دارد، کاهش کل ، 4 است

موازنه معادلات اکسایش- کاهش

دو روش برای موازنه واکنشهای اکسایش- کاهش بکار برده می‌شود: روش یون- الکترون و روش عدد اکسایش.

روش یون- الکترون برای موازنه معادلات اکسایش- کاهش

در موازنه معادلات به روش یون- الکترون ، دو دستور کار که کمی با هم متفاوت‌اند، مورد استفاده قرار می‌گیرد. یکی برای واکنشهایی که در محلول اسیدی انجام می‌گیرد و دیگری برای واکنشهایی که در محلول قلیایی صورت می‌پذیرد.

  • مثالی برای واکنشهایی که در محلول اسیدی رخ می‌دهد، عبارت است:

Cr2O7-2 + Cl- → Cr+3 + Cl2


این واکنش موازنه نشده ، طی عملیات زیر موازنه می شود:


_ابتدا معادله را به صورت دو معادله جزئی که یکی برای نشان دادن اکسایش و دیگری برای نشان دادن کاهش است، تقسیم کرده و عنصر مرکزی را در هر یک از این نیم واکنش ها موازنه می کنیم:


Cr2O7-2 → 2Cr+3


 

2Cl- → Cl2


_اتمهای O و H را موازنه می‌کنیم. در سمتی که کمبود اکسیژن دارد، به ازای هر اکسیژن یک H2O اضافه می‌کنیم و در سمتی که کمبود هیدروژن دیده می‌شود، با افزودن تعداد مناسب +H آن را جبران می کنیم. در مثال بالا، طرف راست ، معادله جزئی اول 7 اتم اکسیژن کم دارد، پس به طرف مزبور 7H2O افزوده می‌شود. پس اتمهای H معادله جزئی اول را با اضافه کردن چهارده +H به طرف چپ معادله، موازنه می‌کنیم. معادله جزئی دوم ، بصورت نوشته شده ، از لحاظ جرمی ، موازنه است:


14H+ + Cr2O7-2 → 2Cr+3 + 7H2O


 

2Cl-→Cl2


_در مرحله بعد ، باید معادلات جزئی را از نظر بار الکتریکی موازنه می‌کنیم. در معادله جزئی جمع جبری بار الکتریکی طرف چپ برابر +12 و در طرف راست +6 است. 6 الکترون به سمت چپ اضافه می‌شود تا موازنه بار برای معادله جزئی اول حاصل شود. معادله دوم با افزودن دو الکترون به طرف راست ان موازنه می‌شود، ولی چون تعداد الکترونهای از دست‌رفته در یک معادله جزئی باید برابر تعداد الکترونهای بدست آمده در معادله جزئی دیگر باشد، بنابراین طرفین معادله جزئی دوم را در 3 ضرب می‌کنیم:


6e- + 14H+ +Cr2O7-2 → 2Cr+3 + 7H2O


 

6Cl- → 3Cl2 + 6e


_معادله نهایی ، با افزایش دو معادله جزئی و حذف الکترونها بدست می‌آید:


14H+ + Cr2O7-2 + 6Cl- → 2Cr+3 + 3Cl2 + 7H2O




 

  • مثالی برای واکنش هایی که در محلول قلیایی صورت می‌گیرد:
MnO4- + N2H4 → MnO2 + N2




_معادله به دو معادله جزئی تقسیم می شود:


MnO4- → MnO2


 

N2H4→N2


_برای موازنه H و O در این واکنش‌ها ، درسمتی که کمبود اکسیژن دارد، به ازای هر اتم اکسیژن -2OH و سمت دیگر یک H2O اضافه می‌کنیم و در سمتی که کمبود هیدروژن دارد به ازای هر اتم هیدروژن ، یک H2O و در سمت مقابل یک -OH اضافه می‌کنیم. سمت راست معادله جزئی اول دو اتم O کم دارد. لذا -4OH به سمت راست و 2H2Oبه سمت چپ می‌افزاییم:


2H2O + MnO4- → MnO2 + 4OH


برای موازنه جرمی معادله جزئی دوم ، باید چهار اتم هیدروژن به سمت راست اضافه کنیم، لذا 4H2O به سمت راست و -4OH به سمت چپ اضافه می‌کنیم:


-4OH + N2H4 → N2 + 4H2O


_برای موازنه بار الکتریکی ، هر جا لازم است، الکترون اضافه می‌کنیم و در این جا بطرف چپ معادله جزئی اول ، سه الکترون و بطرف چپ معادله جزئی دوم ، چهار الکترون افزوده می‌شود و برای موازنه کردن الکترونهای بدست آمده و از دست رفته ، مضرب مشترک گرفته و معادله اول را در 4 و معادله دوم را در 3 ، ضرب می‌کنیم:


12e- + 8H2 + 4MnO4- → 4MnO2 + 16OH


_جمع دو معادله جزئی، معادله نهایی را بدست می‌دهد:


4MnO4- + 3N2H4 →4OH- + 4MnO2 + 3N2 + 4H2O


 

روش عدد اکسایش برای موازنه واکنشهای اکسایش- کاهش

موازنه شامل سه مرحله است. برای مثال واکنش نیتریک اسید و هیدروژن سولفید را در نظر می‌گیریم. معادله موازنه نشده به قرار زیر است:


HNO3 + H2S→ NO + S + H2O


_برای تشخیص اتمهایی که کاهیده یا اکسیده می‌شوند، اعداد اکسایش آنها را از معادله بدست می‌آوریم:

نیتروژن کاهیده شده (از +5 به +2 ، کاهشی معادل 3 در عدد اکسایش) و گوگرد اکسید شده است (از -2 به صفر ، یعنی افززایشی معادل 2 در عدد اکسایش).


_برای ان که مجموع کاهش در اعداد اکسایش برابر با مجموع افزایش این اعداد باشد، ضرایبی متناسب به هر ترکیب نسبت می‌دهیم:


2HNO3 + 3H2S→2NO + 3S +H2O


_موازنه معادله را ، با بررسی دقیقتر ، کامل می‌کنیم. در مراحل پیشین تنها موازنه موادی مطرح شد که اعداد اکسایش انها تغییر می‌کند. در این مثال‌ ، هنوز ضریبی برای H2O در نظر گرفته نشده است. ولی ملاحظه می‌شود که در سمت چپ واکنش 8 اتم H وجود دارد. همان سمت 4 اتم O نیز اضافی دارد. بنابراین ، برای تکمیل موازنه ، باید در سمت راست معادله ، 4H2O نشان داده شود:


2HNO3 + 3H2S → 2NO +3S + 4H2O

پس معادلات اکسایش- کاهش مانند واکنش‌های الکتروشیمیایی و واکنش های یونی را می‌توان با یکی از دو روش نامبرده موازنه کرد



موضوع مطلب : شیمی تجزیه
نوشته شده در یکشنبه هجدهم فروردین 1387 توسط سیما نجفی | لينک ثابت |
الکتروشیمی
الکتروشیمی

دید کلی

تمام واکنشهای شیمیایی ، اساسا ماهیت الکتریکی دارند، زیرا الکترونها در تمام انواع پیوندهای شیمیایی (به راههای گوناگون) دخالت دارند. اما الکتروشیمی بیش از هر چیز بررسی پدیده‌های اکسایش- کاهش است. روابط بین تغییر شیمیایی و انرژی الکتریکی ، هم از لحاظ نظری و هم از لحاظ عملی حائز اهمیت است.

از واکنشهای شیمیایی می‌توان برای تولید انرژی الکتریکی استفاده کرد (در سلولهایی که سلولهای ولتایی یا سلولهای گالوانی نامیده می‌شوند) و انرژی الکتریکی را می‌توان برای تبادلات شیمیایی بکار برد (در سلولهای الکترولیتی). علاوه بر این ، مطالعه فرآیندهایی الکتروشیمیایی منجر به فهم و تنظیم قواعد آنگونه از پدیده‌های اکسایش - کاهش که خارج از اینگونه سلولها روی می‌دهند، نیز می‌شود. با برخی فرآیندهای الکتروشیمیایی آشنا می‌شویم.

رسانش فلزی

جریان الکتریکی ، جاری شدن بار الکتریکی است. در فلزات ، این بار بوسیله الکترونها حمل می‌شود و این نوع رسانش الکتریکی ، رسانش فلزی نامیده می‌شود. با بکار بردن یک نیروی الکتریکی که توسط یک باتری یا هر منبع الکتریکی دیگر تامین می‌گردد، جریان الکتریکی حاصل می‌شود و برای تولید جریان الکتریکی ، یک مدار کامل لازم است. تشبیه جریان الکتریسیته به جریان یک مایع ، از قدیم متداول بوده است. در زمانهای گذشته ، الکتریسیته به‌صورت جریانی از سیال الکتریکی توصیف می‌شد.

قراردادهای قدیمی که سابقه آنها ممکن است به "بنجامین فرانکلین" برسد و پیش از آن که الکترون کشف شود، مورد پذیرش بوده است، بار مثبتی به این جریان نسبت می‌دهد. ما مدارهای الکتریکی را با حرکت الکترونها توجیه خواهیم کرد. اما باید به خاطر داشت که جریان الکتریکی بنا به قرارداد بطور اختیاری مثبت و به صورتی که در جهت مخالف جاری می‌شود، توصیف می‌گردد.

جریان الکتریکی برحسب آمپر (A) و بار الکتریکی برحسب (C) کولن اندازه گیری می‌شود. کولن ، مقدار الکتریسیته است که در یک ثانیه با جریان 1 آمپر از نقطه‌ای می‌گذرد: 1C = 1A.S و 1A = 1C/S . جریان با اختلاف پتانسیل الکتریکی که بر حسب ولت اندازه گیری می‌شود، در مدار رانده می‌شود. یک ولت برابر یک ژول بر کولن است. 1V = 1J/C یا 1V.C = 1J . یک ولت لازم است تا یک آمپر جریان را از مقاومت یک اهم بگذراند. I=ε/R یا ε=IR

رسانش الکترولیتی

رسانش الکترولیت ، هنگامی صورت می‌گیرد که یونهای الکترولیت بتوانند آزادانه حرکت کنند، چون در این مورد ، یونها هستند که بار الکتریکی را حمل می‌کنند. به همین دلیل است که رسانش الکترولیتی ، اساس توسط نمکهای مذاب و محلولهای آبی الکترولیتها صورت می‌گیرد. علاوه بر این ، برای تداوم جریان در یک رسانای الکترولیتی لازم است که حرکت یونها با تغییر شیمیایی همراه باشد. منبع جریان در یک سلول الکترولیتی ، الکترونها را به الکترود سمت چپ می‌راند.

بنابراین می‌توان گفت که این الکترود ، بار منفی پیدا می‌کند. این الکترونها از الکترود مثبت سمت راست کشیده می‌شوند. در میدان الکتریکی که بدین ترتیب بوجود می‌آید، یونهای مثبت یا کاتیونها به طرف قطب منفی یا کاتد و یونهای منفی یا آنیونها به طرف قطب مثبت یا آند جذب می‌شوند. در رسانش الکترولیتی ، بار الکتریکی بوسیله کاتیونها به طرف کاتد و بوسیله آنیونها که در جهت عکس به طرف آند حرکت می‌کنند، حمل می‌شود.

برای این که یک مدار کامل حاصل شود، حرکت یونها باید با واکنشهای الکترودی همراه باشد. در کاتد ، اجزای شیمیایی معینی (که لازم نیست حتما حامل بار باشند) باید الکترونها را بپذیرند و کاهیده شوند و در آند ، الکترونها باید از اجزای شیمیایی معینی جدا شده ، در نتیجه آن ، اجزا اکسید شوند. الکترونها از منبع جریان خارج شده ، به طرف کاتد رانده می‌شوند.

عوامل موثر بر رسانش الکترولیتی

رسانش الکترولیتی به تحرک یونها مربوط می‌شود و هر چند که این یونها را از حرکت باز دارد، موجب ایجاد مقاومت در برابر جریان می‌شود. عواملی که بر رسانش الکترولیتی محلولهای الکترولیت اثر دارند، عبارتند از : جاذبه بین یونی ، حلال پوشی یونها و گرانروی حلال. انرژی جنبشی متوسط یونهای ماده حل شده با افزایش دما زیاد می‌شود و بنابراین مقاومت رساناهای الکترولیتی ، بطور کلی با افزایش دما کاهش می‌یابد. یعنی رسانایی زیاد می‌شود. به‌علاوه ، اثر هر یک از سه عامل مذکور با زیاد شدن دما کم می‌شود.

الکترولیز (برقکافت)

الکترولیز یا برقکافت سدیم کلرید مذاب ، یک منبع صنعتی تهیه فلز سدیم و گاز کلر است. روشهای مشابهی برای تهیه دیگر فلزات فعال ، مانند پتاسیم و کلسیم بکار می‌روند. اما چنانکه بعضی از محلولهای آبی را برقکافت کنیم، آب به جای یونهای حاصل از ماده حل شده در واکنشهای الکترودی دخالت می‌کند. از اینرو ، یونهای حامل جریان لزوما بار خود را در الکترودها خالی نمی‌کنند. مثلا در برقکافت محلول آبی سدیم سولفات ، یونهای سدیم به طرف کاتد و یونهای سولفات به طرف آند حرکت می‌کنند، اما بار این هر دو یون با اشکال تخلیه می‌شود.

بدین معنی که وقتی عمل برقکافت بین دو الکترود بی‌اثر در جریان است، در کاتد ، گاز هیدروژن بوجود می‌آید و محلول پیرامون الکترود ، قلیایی می‌شود:


(2H2O + 2e → 2OH- + H2(g

یعنی در کاتد ، کاهش صورت می‌گیرد، ولی به جای کاهش سدیم ، آب کاهیده می‌شود. بطور کلی ، هرگاه کاهش کاتیون ماده حل شده مشکل باشد، کاهش آب صورت می‌گیرد. اکسایش در آند صورت می‌گیرد و در برقکافت محلول آبی Na2SO4 ، آنیونها (2-SO4) که به طرف آند مهاجرت می‌کنند، به‌سختی اکسید می‌شوند:


2SO42- → S2O42- + 2e

بنابراین ترجیهاً اکسایش آب صورت می‌گیرد:


2H2O → O2(g) + 4H+ + 4e

یعنی در آند ، تولید گاز اکسیژن مشاهده می‌شود و محلول پیرامون این قطب ، اسیدی می‌شود. بطور کلی هرگاه اکسایش آنیون ماده حل شده مشکل باشد، آب در آند اکسید می‌شود. در الکترولیز محلول آبی NaCl ، در آند ، یونهای -Cl اکسید می‌شوند و گاز Cl2 آزاد می‌کنند و در کاتد ، احیای آب صورت می‌گیرد. این فرآیند ، منبع صنعتی برای گاز هیدروژن ، گاز کلر و سدیم هیدروکسید است:


2H2O + 2Na+ + 2Cl- → H2(g) + 2OH- + 2Na+ + Cl2

سلولهای ولتایی

سلولی که به‌عنوان منبع انرژی الکتریکی بکار می‌رود، یک سلول ولتایی یا یک سلول گالوانی نامیده می‌شود که از نام "آلساندرو ولتا" (1800) و "لوئیجی گالوانی" (1780) ، نخستین کسانی که تبدیل انرژی شیمیایی به انرژی الکتریکی را مورد آزمایش قرار دادند، گرفته شده است. واکنش بین فلز روی و یونهای مس II در یک محلول ، نمایانگر تغییری خود به خود است که در جریان آن ، الکترون منتقل می‌شود.


(Zn(s) + Cu2+(aq) → Zn2+(aq) + Cu(s

مکانیسم دقیقی که بر اساس آن انتقال الکترون صورت گیرد، شناخته نشده است. ولی می‌دانیم که در آند ، فلز روی اکسید می‌شود و در کاتد ، یونهای Cu+2 احیا می شود و به ترتیب یونهای Zn+2 و فلز Cu حاصل می‌شود و الکترونها از الکترود روی به الکترود مس که با یک سیم به هم متصل شده‌اند، جاری می‌شوند، یعنی از آند به کاتد.


Zn(s) → Zn2+(aq) + 2e

(Cu2+(aq)+2e → Cu(s

نیم سلول سمت چپ یا آند ، شامل الکترودی از فلز روی و محلول ZnSO4 و نیم سلول سمت راست یا کاتد ، شامل الکترودی از فلز مس در یک محلول CuSO4 است. این دو نیم سلول ، توسط یک دیواره متخلخل از هم جدا شده‌اند. این دیواره از اختلال مکانیکی محلولها ممانعت می‌کند، ولی یونها تحت تاثیر جریان الکتریسیته از آن عبور می‌کنند. این نوع سلول الکتریکی ، سلول دانیل نامیده می‌شود.

نیروی محرکه الکتریکی

اگر در یک سلول دانیل ، محلولهای 1M از ZnSO4 و 1M از CuSO4 بکار رفته باشد، آن سلول را با نماد گذاری زیر نشان می‌دهیم:


(Zn(s) │ Zn2+(1M) │ Cu2+(1M) │ Cu(s

که در آن خطوط کوتاه عمودی ، حدود فازها را نشان می‌دهند. بنابر قرارداد ، ماده تشکیل دهنده آند را اول و ماده تشکیل دهنده کاتد را در آخر می‌نویسیم و مواد دیگر را به ترتیبی که از طرف آند به کاتد با آنها برخورد می‌کنیم، میان آنها قرار می‌دهیم. جریان الکتریکی تولید شده در یک سلول ولتایی ، نتیجه نیروی محرکه الکتریکی (emf) سلول است که برحسب ولت اندازه گیری می‌شود.

هر چه تمایل وقوع واکنش سلول بیشتر باشد، نیوری محرکه الکتریکی آن بیشتر خواهد بود. اما emf یک سلول معین به دما و غلظت موادی که در آن بکار رفته است، بستگی دارد. emf استاندارد، ˚ε ، مربوط به نیروی محرکه سلولی است که در آن تمام واکنش دهنده‌ها و محصولات واکنش در حالت استاندارد خود باشند. مقادیر ˚ε معمولا برای اندازه گیری‌هایی که در ˚25C به عمل آمده است،
معین شده است.



موضوع مطلب : شیمی تجزیه
نوشته شده در دوشنبه سوم دی 1386 توسط سیما نجفی | لينک ثابت |
شیمی تجزیه
شیمی تجزیه شامل جداسازی ، شناسایی و تعیین مقدار نسبی اجزای سازنده یک نمونه از ماده است

دید کلی

شیمی تجزیه نقش حیاتی را در توسعه علوم مختلف به عهده دارد، لذا ابداع فنون جدید تجزیه و بسط و تکامل روشهای تجزیه شیمیایی موجود ، آنقدر سریع و گسترده است که اندکی درنگ در تعقیب رویدادهای تازه سبب بوجود آمدن فاصله‌های بسیار زیاد علمی خواهد شد. نقش این فنون در فعالیتهای تولیدی روز به روز گسترده‌تر و پردامنه‌تر می‌گردد. امروزه ، کنترل کیفیت محصولات صنعتی و غیر صنعتی ، جایگاه ویژه‌ای دارد که اساس این کنترل کیفیت را تجزیه‌های شیمیایی انجام شده به کمک روشهای مختلف تجزیه‌ای تشکیل می‌دهد.

سیر تحولی و رشد

اصولا توسعه و تغییر پایدار در فنون و روشهای تجزیه وجود دارد. طراحی دستگاه بهتر و فهم کامل مکانیسم فرآیندهای تجزیه‌ای ، موجب بهبود پایدار حساسیت ، دقت و صحت روشهای تجزیه‌ای می‌شوند. چنین تغییراتی به انجام تجزیه‌های اقتصادی‌تر کمک می‌کند که غالبا به حذف مراحل جداسازی وقت گیر ، منجر می‌شوند. باید توجه داشت که اگر چه روشهای جدید تیتراسیون مانند کریوسکوپی ، Pressuremetriz ، روشهای اکسیداسیون _ احیایی و استفاده از الکترود حساس فلوئورید ابداع شده‌اند، هنوز از روشهای تجزیه وزنی و تجزیه جسمی (راسب کردن ، تیتراسیون و استخراج بوسیله حلال) برای آزمایشهای عادی استفاده می‌شود.

به هر حال در چند دهه اخیر ، تکنیکهای سریعتر و دقیق‌ترِی بوجود آمده‌اند. در میان این روشها می‌توان به اسپکتروسکوپی ماده قرمز ، ماورای بنفش و اشعه X اشاره کرد که از آنها برای تشخیص و تعیین مقدار یک عنصر فلزی با استفاده از خطوط طیفی جذبی یا نشری استفاده می‌گردد. سایر روشها عبارتند از:


  • کالریمتری (رنگ سنجی) که به توسط آن یک ماده در محلول بوسیله شدت رنگ آن تعیین می‌شود.
  • انواع کروماتوگرافی که به توسط آنها اجزای یک مخلوط گازی بوسیله آن از درون ستونی از مواد متخلل یا از روی لایه‌های نازک جامدات پودری تعیین می‌گردند.
  • تفکیکی محلولها در ستونهای تبادل یونی
  • آنالیز عنصر ردیاب رادیواکتیو.

  • ضمنا میکروسکوپی الکترونی و اپتیکی ، اسپکترومتری جرمی ، میکروآنالیز ، طیف‌سنجی رزونانس مغناطیسی هسته‌ای (NMR) و رزونانس چهار قطبی هسته نیز در همین بخش طبقه بندی می‌شوند.

    خودکارسازی روشهای تجزیه‌ای در برخی موارد با استفاده از رباتهای آزمایشگاهی ، اهمیت روزافزونی پیدا کرده است. چنین شیوه‌ای ، انجام یکسری تجزیه‌ها را با سرعت ، کارایی و دقت بهتر امکانپذیر می‌سازد. میکروکامپیوترها با قابلیت شگفت‌انگیز نگهداری داده‌ها و بسته‌های نرم افزار گرافیکی بطور قابل ملاحظه‌ای موجبات جمع آوری ، نگهداری ، پردازش ، تقوبت و تفسیر داده‌های تجزیه‌ای را فراهم می‌آورند.

انواع تجزیه

وقتی آزمایش به شناسایی یک یا چند چیز جز از یک نمونه (شناسایی مواد) محدود می‌گردد، تجزیه کیفی نامیده می‌شود، در حالی که اگر آزمایش به تعیین مقدار یک گونه خاص موجود در نمونه (تعیین درصد ترکیب در مخلوطها یا اجزای ساختمانی یک ماده خالص) محدود گردد، تجزیه کمی نامیده می‌شود. گاهی کسب اطلاعاتی در زمینه آرایش فضایی اتمها در یک مولکول یا ترکیب بلورین ضروری است، یا تاکید حضور یا موقعیت برخی گروههای عامل آلی در یک ترکیب مورد تقاضا است، چنین آزمایشهایی تحت عنوان تجزیه ساختمانی نامیده می‌شوند و ممکن است با جزئیاتی بیش از یک تجزیه ساده مورد توجه قرار گیرند.

ماهیت روشهای تجزیه‌ای

روشهای تجزیه‌ای معمولا به دو دسته کلاسیک و دستگاهی طبقه بندی می‌شوند. روشهای کلاسیک شامل روشهای شیمیایی مرطوب ، نظیر وزن سنجی و عیار سنجی است. در واقع تفاوت اساسی بین روشهای دو دسته وجود ندارد. همه آنها مشتمل بر وابستگی یک اندازه گیری فیزیکی به غلظت آنالیت می‌باشند. در حقیقت روشهای تجزیه‌ای محدودی وجود دارند که صرفا دستگاهی‌اند و یا بیشتر آنها متضمن مراحل شیمیایی متعددی قبل از انجام اندازه گیری دستگاهی هستند.

کاربردهای شیمی تجزیه

کنترل کیفیت محصول

بیشتر صنایع تولیدی نیازمند به تولید با کیفیت یکنواخت هستند. برای کسب اطمینان از برآورده شدن این نیازمندی مواد اولیه و همچنین محصول نهایی تولید ، مورد تجزیه‌های شیمیایی وسیعی قرار می‌گیرند.

نمایش و کنترل آلوده کننده‌ها

فلزات سنگین پسمانده‌های صنعتی و حشره کشهای آلی کلردار ، دو مشکل کاملا شناخته شده مربوط به ایجاد آلودگی هستند. به منظور ارزیابی چگونگی توزیع و عیار یک آلوده کننده در محیط ، به یک روش تجزیه‌ای حساس و صحیح نیاز است و در کنترل پسابهای صنعتی ، تجزیه شیمیایی روزمره حائز اهمیت است.

مطالعات پزشکی و بالینی

عیار عناصر و ترکیبات مختلف در مایعات بدن ، شاخصهای مهمی از بی نظمی‌های فیزیولوژیکی می‌باشند. محتوی قند بالا در ادرار که نشانه‌ای از یک حالت دیابتی است و وجود سرب در خون ، از شناخته‌ترین مثالها در این زمینه می‌باشد.

عیارگیری

از دیدگاه تجارتی در برخورد با مواد خام نظیر سنگهای معدنی ، ارزش سنگ معدن ، از روی فلز موجود در آن تعیین می‌شود. این موضوع ، مواد با عیار بالا را نیز غالبا شامل می‌شود. بطوری که حتی تفاوت کم در غلظت می‌تواند از نظر تجاری تاثیر قابل ملاحظه‌ای داشته باشد. بنابراین یک روش تجزیه‌ای قابل اعتماد و صحیح از اهمیت اساسی برخوردار است.

آینده شیمی تجزیه

بروز مشکلات تجزیه‌ای در شکلهای جدیدش ادامه دارد. میزان تقاضای مربوط به انجام تجزیه در ابعاد وسیع توسط بسترهای دستگاهی بطور مداوم در حال افزایش است. کاوشهای فضایی ، نمونه‌های گمانه زنی و مطالعات اعماق دریاها مثالهایی از نیازهای قابل طرح می‌باشند. در دیگر زمینه‌ها نظیر مطالعات محیطی و بالینی ، فرم شیمیایی و دقیق یک عنصر در یک نمونه و نه غلظت کلی آن ، اهمیت فزاینده‌ای پیدا کرده است. دو مثال کاملا شناخته شده در این زمینه ، میزان سمیت بسیار زیاد ترکیبات آلی جیوه و سرب در مقایسه با ترکیبات مشابه معدنی است.



موضوع مطلب : شیمی تجزیه
نوشته شده در سه شنبه سیزدهم آذر 1386 توسط سیما نجفی | لينک ثابت |
آزمایش تیتر کردن اسید و باز
آزمایش تیتر کردن اسید و باز

تئوری آزمایش

در روش تیتر کردن سلولی با غلظت مشخصی به محلول دیگر اضافه می‌شود تا واکنش شیمیایی بین دو ماده حل شده کامل گردد. محلولی که غلظت آن مشخص باشد، محلول استاندارد است. در عمل تیتر کردن ، محلول استاندارد را از یک بورت به محلولی که باید غلظت آن اندازه گرفته شود، می‌افزایند و این عمل تا وقتی ادامه دارد که واکنش بین محلول استاندار تیتر شونده کامل شود. پس با استفاده از حجم و غلظت محلول استاندارد و حجم محلول تیتر شونده ، غلظت محلول تیتر شونده را حساب می‌کنند.

وسایل لازم

  • بورت 50 میلی لیتر
  • بالون ژوژه 100 میلی لیتری و 50 میلی لیتری
  • ارلن مایر 250 میلی لیتری
  • بشر 100 میلی لیتری
  • ترازوی دقیق

مواد شیمیایی لازم

  • تیتر ازول کلریدریک اسید 0،1 نرمال
  • سود
  • اگزالیک اسید خالص
  • فنل فتالئین

روش آزمایش

بخش اول : تعیین نرمالیته سود مجهول

نمونه مجهول سود (NaOH) در بالون ژوژه 100 میلی لیتری را با آب مقطر به حجم رسانده ، هم می‌زنیم. پس یک بورت 25 میلی لیتری را ابتدا با آب مقطر سپس با محلول سود تهیه شده شستشو می‌دهیم و توسط گیره به پایه متصل می‌کنیم. داخل بورت ، محلول سود ریخته ف محلول را در صفر تنظیم می‌کنیم.


  • در نوک بورت نباید حباب هوا وجود داشته باشد. در صورت وجود داشتن هوا در نوک بورت باید شیر بورت را کمی باز کرد تا نوک بورت از مایع پر شود.
  • در موقع خواندن بورت ، چشم باید در امتداد سطح مایع بوده و عدد مقابل خط زیر سطح مقعر مایع خوانده شود.

حال یک ارلن مایر که پیپت 10 میلی لیتری و با کلریدریک اسید 0،1 نرمال شستشو داده ایم، 10 میلی لیتر کلریدریک اسید 0،1 نرمال می ریزیم. سپس 2 قطره فنل فتالئین اضافه می‌کنیم. ارلن را زیر بورت قرار داده ، با دست چپ بشر بورت را باز می‌کنیم تا قطره قطره محلول سود به محلول اسید اضافه شود و با دست راست ، ارلن را به‌آهستگی حرکت دورانی می‌دهیم. طی این عمل ، محلول داخل ارلن ، رنگ ارغوانی (صورتی رنگ) می‌شود و این نشانگر بازی شدن محلول داخل ارلن است. افزایش سود را متوقف کرده و حجم سود مصرفی را از روی بورت می‌خوانیم.

از فرمول زیر نرمالیته سود مجهول به‌راحتی محاسبه می‌شود:


اسید V * اسید N = سود V * سود N

اسید V * اسید N /سود N = سود N

بخش دوم : تعیین نرمالیته اگزالیک اسید

یک گرم اگزالیک اسید را داخل بشر 100 میلی لیتری ریخته و کمی آب مقطر به آن اضافه می‌کنیم تا حل شود و سپس محلول را به یک بالون ژوژه 50 میلی لیتری انتقال داده و به حجم می‌رسانیم. توسط پیپت ژوژه ، 10 میلی لیتر از این محلول را داخل ارلن مایر 250 میلی لیتری می‌ریزیم و دو قطره فنل فتالئین به آن اضافه می‌کنیم. سپس بورت را از سود با نرمالیته معلوم پر می‌کنیم و محلول داخل ارلن را با آن تیتر می‌کنیم.

روش تیتر کردن به این صورت است که طبق بخش اول ، سود را قطره قطره به محلول داخل ارلن افزوده تا صورتی کم‌رنگ ایجاد شود. سپس حجم بورت را یادداشت می‌کنیم. نرمالیته اسید با استفاده از رابطه زیر به‌سادگی حاصل می‌شود.
سود V *سودN = اسید V * اسید N

سود V *سود N / اسیدN = اسید N

نتایج آزمایش

  1. با استفاده از رابطه فوق با داشتن حجم اسید ، حجم و نرمالیته باز می‌توان نرمالیته اسید را بدست آورد.
  2. با معلوم بودن حجم باز و نرمالیته و حجم اسید به‌راحتی می‌توان نرمالیته باز را محاسبه کرد.
  3. در رابطه فوق برای حجم از هر واحدی می‌توان استفاده کرد، مشروط بر اینکه هر دو حجم ( یعنی اسید V و باز V) دارای یک واحد باشند.
  4. در محلول که دارای نرمالیته یکسان باشند، با حجم‌های مساوی بر یکدیگر اثر می‌کنند.


موضوع مطلب : شیمی تجزیه
نوشته شده در یکشنبه یازدهم آذر 1386 توسط سیما نجفی | لينک ثابت |
آخرین نوشته ها
Theme Design By : Parsism