تئوری آزمایش:
آب سخت:
آب سخت آبی است که حاوی نمک‌ های معدنی از قبیل ترکیبات کربنات‌های هیدروژنی، کلسیم، منیزیم و ... است. سختی آب بر دو نوع است: دایمی و موقت.

نحوه رفع سختی آب :
آب سخت آبی است که حاوی نمک‌ های معدنی از قبیل ترکیبات کربنات‌های هیدروژنی، کلسیم، منیزیم و ... است. سختی آب بر دو نوع است: دایمی و موقت.
تغییرات سختی آب بر حسب آنکه آب در موقع نفوذ در زمین از قشرهای آهکی و منیزیمی و گچی گذشته و یا نگذشته باشد، کم یا زیاد می‌شود. آبهای نواحی آهکی، سختی زیادتری تا آبهای نواحی گرانیتی و یا شنی دارند. سختی آب در عرض سال هم ممکن است تغییر نماید. معمولاً سختی آبها در فصل باران کم و در فصل خشکی زیاد می‌شود.

مضرات آب سخت:
آب سخت برای مصرف در کارخانجات مناسب نیست. از مضرات آن ایجاد قشر آهکی بر روی جداره دیگ و خوردگی آن می شود.
سختی آب، عامل تشکیل رسوب در دیگهای بخار، مبدلهای حرارتی، برجهای خنک کننده و سیستمهای سرد کننده می باشد. اگر آب سخت برای شستشو به کار رود، صابون هدر می رود. در صنایع نساجی و رنگرزی کیفیت رنگ افت می کند. انحلال سود سوز آور در آب، منیزیم را به صورت هیدروکسید منیزیم رسوب می دهد. سختی بیش از حد باعث سوء هاضمه و بروز بیماریهای کلیوی می شود.

جهت رفع سختی آب، تعداد زیادی مواد شیمیایی موجود است، که دارای کربنات سدیم هستند. این مواد را قبل از ورود آب، به دیگ ها اضافه می کنند. که باعث گرفتن سختی آب می شود. و یا در دیگ بر اثر افزودن این مواد، آهک و گچ را رسوب می‌دهند (باعث شناور شدن رسوب در آب دیگ می شود) و دیگر این رسوب، محکم به جدار دیگ نمی‌چسبد بطوری که می‌توان آنرا به آسانی پاک نمود.

البته به یاد داشته باشید جهت خروج این رسوبات معلق شده در دیگ باید طبق یک برنامه زمان بندی شده و منظم اقداماتی از جمله زیرآب زدن به صورت مداوم تکرار شود. (درصورت درخواست تمایل به آگاهی از این برنامه زمانبندی، جهت خروج این مواد معلق و همچنین تهیه این مواد و دریافت مشاوره بیشتر با شرکت بخارپویان تماس حاصل فرمایید.)


سختی زدایی :
برای برطرف کردن سختی موقت آب، با جوشاندن آن کربنات‌ های هیدروژن محلول، به کلسیم نامحلول تبدیل شده و تشکیل رسوب می‌دهند. این رسوب در مناطق دارای آب سخت، درون دیگ ها دیده‌ می‌شود. سختی دایمی آب را می‌توان با کمک نرم‌ کننده‌های تبادل کننده یون، مانند پرموتیت برطرف کرد. آبی که در طبیعت وجود دارد تقریباً همیشه ناخالص می‌باشد. زیرا اغلب دارای گچ، آهک، نمک طعام، ترکیبات منیزیم، آهن، اکسیژن و ازت، انیدرید کربنیک، ترکیبات آلی و غیره است، مقدار این ناخالصی ها در آبهای مناطق مختلف متفاوت است.

یکی از اجسام گیرنده سختی آب تری ناتریم فسفات Na3PO می‌باشد، که با اسم آلبرت ‌تری بکار می‌رود. یون کلسیم موجود در آب بر اثر ناتریم فسفات تبدیل به تری کلسیم فسفات PO42Ca3 می‌گردد و رسوب می‌نماید.

بر اثر پختن بی‌کربنات، کلسیم آب تبدیل به کربنات می‌شود و رسوب می‌نماید، (Ca3H2Ca → CO3Ca + CO2 + H2O) و بی کربنات کلسیم آب، بر اثر کربنات سدیم، گچ و بی‌کربنات کلسیم، به کربنات کلسیم تبدیل می‌شود و رسوب می‌گردد:

Ca3H2Ca + CO3Na2 → CO3Ca + 2CO3HNa
SO4Ca + CO3Na2 → CO3Ca + SO4Na2

اخیرا به مقدار زیاد از رزین ها که قادرند تعویض یون کنند، برای رفع سختی آب استفاده می‌کنند.
پرولایت انگلستان – آمبرجت و آمبرلایت فرانسه – Dow امریکا قابل عرضه توسط گروه فنی مهندسی آب می باشد.
درجه سختی آب:
درجه سختی آب را از روی مقدار کلسیم و منیزیم موجود در آن تعیین می‌کنند.
در آلمان اگر آبی ده میلی گرم CaO در یک لیتر داشته باشد می‌گویند درجه سختی آب یک است.

در فرانسه اگر آبی در یک لیتر ده میلی گرم کربنات کلسیم یا همسنگ آن کربنات منیزیم داشته باشد می‌گویند که یک درجه سختی دارد.

در انگلستان اگر آبی ده میلی گرم کربنات کلسیم و یا همسنگ آن کربنات منیزیم در ۰.۷ لیتر داشته باشد یک درجه سختی دارد.

برای تعیین سریع سختی آب، کارخانه شیمیایی واقع در آلمان قرصهایی ساخته است. در یک لوله آزمایش مخصوص و مدرج، آب مورد آزمایش را تا خط نشان لوله پر می‌نمایند، و به‌ وسیله معرفی که همراه بسته قرصهاست رنگ این آب را قرمز می‌کنند و آگاه آنقدر از این قرصها در آن می ‌اندازند تا رنگ آب سبز گردد. شماره قرصهای ریخته شده در لوله آزمایش برابر درجه سختی آب می‌باشد. دقت این روش تا نیم درجه است. در ایران معمولا از کیت های خاصی استفاده می شود. (جهت دریافت این کیتها با شرکت پارس اندیش ایلیا تماس حاصل فرمایید)
سختی گیر:
سختی گیری برای جدا کردن دو عنصر کلسیم و منیزیم بکار میرود. اگر این دو عنصر از آب جدا نشوند، همان اتفاقی در دیگ بخار می‌افتد که در کتری رخ می‌دهد. در واقع رسوبات، سطح بین لوله های آتش خوار با آب را کاهش می دهد و انرژی بیشتری برای تولید میزان معینی فشار مصرف می‌شود. همچنین پاکسازی این لوله ها علاوه بر هزینه بر بودن خط تولید را نیز متوقف می‌کند.

این بخش از دو مخزن تشکیل می‌شود، مخزن اول شامل بافت رزین سه ‌بعدی بوده که با منیزیم ترکیب شده RMg بوجود می‌آورد در نتیجه سختی آب از بین می‌رود ولی نمی‌توان آن را به فاضلاب هدایت کرد. چون رزین از دست خواهد رفت. سپس مخزن دوم به عنوان مخزن احیا استفاده می شود. در این مخزن آب‌ نمک وجود دارد. واکنشهای به صورت زیر انجام می‌شود. (واکنش زیر، با ترکیب رزین و منیزیم انجام می گیرد(.

واکنش اول : MgSo4 + R ---> RMg + So4
واکنش دوم : NaCl + RMg + So4 ---> RNa + MgCl2
اکنون آب وارد مخزن نمک شده، و RNa مجددا با سولفات منیزیم تر کیب شده و تولید RMg می‌نماید. که با انجام چرخه‌ایی این واکنش ‌ها، رزین مجددا احیا شده و از چرخه احیا خارج می‌شود.
اکنون سختی آب گرفته شده. ولی برای وارد شدن به داخل دیگ باز مشکلاتی وجود دارد.
لازم به ذکر است همان گونه که بیان شد، دستگاه سختی گیر تنها قادر به جداسازی دو عنصر مضر کلسیم و منیزم است. جهت جداسازی دیگر عنصرها از آب دیگ بخار و تاسیسات، تدابیر دیگری باید در نظر گرفت.
لازم به یادآوری می باشد، در زمان تولید در کارخانه و کارکرد مداوم دیگ بخار، ممکن است بیش از ظرفیت سختی گیر آب مصرفی از آنها عبور کند، که مسلما تمامی املاح کلسیم و فسفر به قطع فیلتر و جداسازی نمی شود. در این صورت تدبیر ثمر بخش موادی است که املاح منیزم و کلسیمی که فیلتر نمی شوند را، در آب جوش به هنگام کار دائم دیگ بخار به صورت غیر قابل رسوب در می آورد، و مانع چسبیدن آنها به سطح فلز مخزن آب، روی لوله ها و کوره می شود. که با قیمت بسیار ارزانی در دسترس می باشند. و با اضافه نمودن آنها به آب مصرفی دیگ بخار و درین های (زیرآب زنی) مرتب طبق آزمایش های لازم آب ورودی دیگ، این املاح معلق و نچسب به هرز آب فرستاده می شود.
شهرهایی با آب سخت:
اکثر شهر های ایران و البته شهر های قم، زاهدان، دلیجان، ساوه، سمنان و... از شهرهایی هستند که آب آنها از سختی بالایی برخوردار است. بدیهی است که، رفع سختی آب از وظایف بسیار مهم اپراتور در طول نگهداری روزانه و شیفت کاری است، و به جهت جلوگیری از صدمات مخرب و گاهی غیر قابل جبران و مصیبت بار بعدی که در مدت کوتاهی به سیستم تاسیسات وارد می گردد تدبیر لازم با هزینه ای بسیار اندک در قبال تاسیساتی حرارتی که به قطع قسمتی حیاتی برای تولید مداوم و مستمر است، اتخاذ گردد. جهت کسب اطلاعات بیشتر با واحد شیمی آب بخارپویان بخار تماس حاصل فرمایید. اما لازم است که سختی آب در تمامی کارخانه جات سراسر کشور به صورت دوره ای و تحت نظارت متخصصان این بخش کنترل گردد. تا از بروز هزینه های هنگفت در آینده ای بسیار نزدیک جلوگیری شود.
مواد مورد نیاز:
اسید کلرید ریک 1/0 نرمال ، آب سخت ،کربنات سدیم 1/0 نرمال،معرف متیل اُرانژ
وسایل مورد نیاز:
بورت ، پیپت، بشر(دو عدد) ،ارلن، قیف، کاغذ صافی ، گیره و پایه ،با لن حجم سنجی ml100
محلول سازی( دستور کار) :
دستور کار سختی موقت:
Cc100HCl 1/0 نرمال بسازید. بورت را با اسید کلرید ریک 1/0 نرمال که ساخته اید پر نمایید ،cc50 آب شهر را به ارلن منتقل کرده و به داخل ارلن معرف متیل اُرانژ اضافه کنید، سپس تیتراسیون را تا ایجاد تغییر رنگ ادامه دهید.
دستور کار سختی دائم :
cc50 آب شهررا درون بشر ریخته و به آن cc12 کربنات سدیم 1/0 نرمال اضافه کنید (اضافه کردن کربنات سدیم برای تبدیل نمک های محلول در آب به نامحلول می باشد که در انتها محلول کربنات اضافی را تیتر می کنیم.)سپس محتویات بشر را تا مرز خشک شدن حرارت می دهیم . در بشر دیگر مقداری آب مقطر را حرارت داده و ml15 آب مقطر داغ را به بشر اول اضافه می کنیم با همزن محتویات درون بشر را خوب حل می کنیم سپس محتویات بشر را در ارلن ریخته و توسط کاغذ صافی آن را صا ف می کنیم . محلول ذکر شده را در حضور معرف متیل اُرانژبا HCl 1/0 نرمال تیتر نمایید. تیتراسیون را تا ایجاد تغییر رنگ تیتر نمایید.

محاسبات :
















نتیجه گیری:
با انجام این آزمایش ما می توانیم درجه سختی موقت و دائم آب شهری را به دست آوریم و آب سخت را با گرم کردن ( برای ازبین رفتن سختی موقت)و یا با اضافه کردن کربنات سدیم (برای از بین بردن سختی دائم ) می توانیم ار بین ببریم . با جمع کردن سختی موقت و سختی دائم ، سختی کل بدست می آید.

منابع:
http://www.water-sys.com

 

تئوری آزمایش:


پیوندهای شیمیایی اسید سیتریک
اسید استیک یا جوهر انگور جز اسیدهای کربوکسیلیک است و در نامگذاری آیوپاک به اسید اتانوئیک معروف است.

نگاه کلی اسید استیک جز اسیدهای کربوکسیلیک میباشد و در نامگذاری آیوپاک به اسید اتانوئیک معروف است. این اسید دارای فرمول شیمیایی میباشد و در قسمت چشایی طعم ترشی ، شبیه طعم سرکه می‌دهد.
باکتریهای مخمر سرکه به دلیل تمایل به تولید اسید استیک به این نام معروف شدهاند. این باکتریها در مواد غذایی ، آب و خاک یافت می‌شوند. اسید استیک بطور طبیعی از میوهها و برخی مواد غذایی فاسد شده از فرایند تخمیر تولید می‌شوند و از قدیمیترین ترکیبات شیمیایی شناخته شده توسط انسان میباشد. تاریخچه سرکه (اسید استیک رقیق) از دوران باستان برای انسان شناخته شده بود. احتمالاً انسان‌ها در دوران باستان هنگام تهیه شراب از فرایند تخمیر به وجود سرکه پی برده بودند. فیلسوف یونانی تئوفاراستوس در سه قرن پیش از میلاد چگونگی واکنش سرکه با فلزات و تولید رنگدانه برای استفاده در نقاشی از کربنات سرب و زاجهای سبز ایجاد شده از نمکهای مس و استات مس را توضیح داده‌است. رومیان باستان با نگهداری شراب ترش در قدحهای سربی ، شراب بسیار شیرینی به نام Sapa تولید می‌کردند که طعم شیرین آن ناشی از استات سرب بوده‌است که امروزه دانشمندان مرگ زودرس بسیاری از اشراف روم را به مسمومیت ناشی از این ماده نسبت دادهاند. شیمیدانهای عصر رنسانس اسید استیک گلاسیال (منجمد) را از تقطیر خشک استاتهای فلزی تهیه می‌کردند. در سال ۱۸۴۷ هرمن کولب شیمیدان آلمانی برای اولین بار اسید استیک را از مواد معدنی سنتز کرد. خواص اسید استیک خالص، مایعی بیرنگ با بویی تیز، مایعی خورنده و قابل اشتعال می‌باشد. این اسید در ۱۶٫۶ درجه سانتیگراد منجمد می‌شود. به این دلیل و همچنین ظاهر یخ مانند آن به نام اسید استیک گلاسیال معروف است. اسید استیک در محلولهای آبی می‌تواند تفکیک شده و یون استات تولید کند. PH آن برابر با ۴٫۸ می‌باشد، یعنی در PH=۴٫۸ نیمی از مولکولهای اسید استیک در محلول آبی به صورت یون استات هستند. اسید استیک در حالت بخار شامل دیمرهایی از دو مولکول اسید استیک میباشد که با پیوند هیدروژنی با یکدیگر ارتباط دارند.
بنابراین اسید استیک در حالت گازی از قانون گازهای ایدهآل تبعیت نمیکند. خواص عمومی اسید استیک مانند سایر اسیدهای کربوکسیلیک می‌باشد. اسید استیک با الکلها و آمینها واکنش داده و به ترتیب تولید استرو آمید می‌کند. همچنین در اثر واکنش با آلکنها تولید استر استات می‌کند. این اسید در اثر حرارت تا دماهای بالاتر از ۴۴۰Cْ تجزیه شده و تولید و متان می‌کند. تولید سرکه از فرایند تخمیر مواد غذایی دارای نشاسته و قند و مواد الکلی توسط باکتری مخمر سرکه (بچه سرکه) تولید می‌شود. برای تولید سرکه عموماً از میوههایی مانند سیب ، انگور ، دانههایی مثل جو و گاهی هم از شراب استفاده می‌شود. سرکه معمولاً دارای اسید استیک با وزن حجمی ۴ الی ۸ درصد می‌باشد.
روشهای تولید صنعتی اسید اسیتیک
کربونیلاسیون متانول : در این روش متانول با مونوکسید کربن در فشارهای بالا (۲۰۰atm) واکنش داده و اسید استیک تولید می‌کند. این روش از سال ۱۹۲۰ ابداع شده‌است و به دلیل ارزان بودن متانول و از لحاظ اقتصادی مقرون به صرفه‌است.
اکسیداسیون بوتان : از حرارت دادن بوتان با اکسیژن هوا در حضور یونهای فلزی منگنز ، کبالت و کروم ، پروکسید تولید می‌شود. پروکسید در اثر تجزیه اسید استیک ایجاد می‌کند. { TEX()} {۲C_۴HiO + CO_۲ → ۴CH_۳COOH + ۲H_۲O} {TEX}

اکسیداسیون استالدئید : استالدئید در شرایط ملایم و در حضور کاتالیزورهای ساده فلزی مثل منگنز و کروم و... توسط اکسیژن هوا اکسید شده و اسید استیک تولید می‌کند. { TEX()} {۲CH_۳CHO + ۲O_۲ → ۲CH_۳COOH} {TEX}

محصولات جانبی تولید شده در این واکنش مانند اسید فرمیک یا استات اتیل و... به دلیل داشتن نقطه جوش پایینتر از اسید استیک توسط تقطیر جداسازی می‌شوند. کاربرد اسید استیک به صورت سرکه به عنوان چاشنی غذا و تهیه انواع ترشی استفاده می‌شود. اسید استیک رقیق به عنوان افشانه برای از بین بردن قارچهای گیاهان استفاده می‌شود. اسید استیک گلاسیال در صنایع شیمیایی در تولید فیلمهای عکاسی ، تولید پلاستیک پلیاتیلن تریفتالات (PET) استفاده می‌شود. همچنین به عنوان ماده واسطه در تولید استات وینیل که ترکیب مهمی در تولید چسب و رنگ میباشد، کاربرد دارد. برخی از استرهای اسید استیک به عنوان حلال در تولید مواد معطر مصنوعی استفاده می‌شود. نکات ایمنی اسید استیک غلیظ مادهای خورنده میباشد. در تماس با پوست باعث سوختگی شیمیایی پوست وایجاد تاول می‌شود. در صورت تماس با چشم میتواند آسیبهای جدی به چشم وارد کند، تنفس بخار غلیظ آن باعث سوزش دهان ، بینی و گلو می‌شود. هر چند سرکه یک مایع بدون ضرر میباشد اما نوشیدن اسید استیک گلاسیال خطرناک بوده و باعث ایجاد زخمهای شدید در دستگاه گوارشی می‌شود و ممکن است با تغییر اسیدیته خون آسیبهای جدی به سلامتی انسان وارد کند.
مواد مورد نیاز:
سود 1/0 نرمال،اسید استیک با درصد خلوص نامعلوم ،معرف فنل فتالین.
وسایل مورد نیاز:
بورت ،ارلن،بشر، پیپت حبابدار ml10 ،گیره و پایه ، قیف ، بالن حجم سنجی ml100 دو عدد، شیشه ساعت ،میله همزن

محلول سازی( دستور کار) :

در ابتدا شیشه ساعت تمیز و گاملآ خشک خود را بر میداریم و 4/0 گرم سود را وزن می کنیم
آنرا به یک بشر منقل میکنیم سود را به صورت کامل در آب مقطر حل میکنیم سپس به یک بالن
حجمی 100 میلی لیتری منتقل میکنیم و حجم آنرا به ml100 میرسانیم .
حال نوبت به اسید ما رسیده :
ابتدا یک بالن کاملآ خشک و تمیز بر میداریم و وزن میکنیم وزن را با مشخصه m1 یادداشت میکنیم
حال مقداری اسید استیک میکشیم و به بالن منتقل می کنیم
دوباره بالن را وزن کرده و آن را را با m2 نشان میدهیم . وزن اسید درون بشر را m3می نامیم .
حجم اسیدمان را با استفاده از آب مقطر به 100میلی لیتر میرسانیم.
حال 10میلی لیتر از اسید استیک ساخته شده را به به یک ارلن منتقل میکنیم.
سود1/0 نرمالمان را هم به درون یک بورت مدرج منقل میکنیم .
درون ارلن مان 1-2 قطره فنول میریزیم وبه آرامی سود را از پیپتمان به ارلن منتقل میکنیم
تا جائی که درون ارلن یک محلول صورتی بسیار روشن مشاهده کنیم. حجم سودمصرفی را یادداشت میکیم .
این کار را برای دست آرودن نتیجه دقیق تر چند بار تکرار میکنیم .
محاسبات :

اسید استیک : CH3COOH که در آن n=1 میباشد زیرا تنها یک H اسیدی دارد .

سود : NaOH = 40

واکنش مد نظر :
CH3COOH + NaOH ____>CH3CooNa + H2O
ما به 100 میلی لیتر سود 0.1 نرمال نیاز که بر اساس فرمول زیر

ما دقیقآ به 0.4گرم از آن نیاز داریم :

n=M.v=> 40X 0.1 X 1X0.1 = 0.4gr
m3= m2 - m1 => 48/07-46/73= 1/34
میانگین سود مصرفی(16/9+17=16/95)را
V1 می نامیم آنرا در فرمول زیر قرار میدهیم تا نرمالیته اسیدمان را بدسا آوریم :

N1V1=N2V2 => 0/1.16/95= N2.0/1 => N2=1/695

بعد از محاسبه N2 آنرا در فرمول N=C/E قرار می دهیم :

C=1/695.60/05= 101/78




نتیجه گیری:
با انجام این آزمایش ما مقدار خلوص یک اسید مانند اسید استیک را حساب می کنیم.
به این ترتیب که اندازه میگیریم که چه مقدار از یک باز ( که در اینجا از سود استفاده میکنیم )
میتواند اسید ما را خنثی کند .
سپس با استفاده از آن مقدار درصد خلوص اسید خود را محاسبه می نمائیم

منابع:
siamakramp.mihanblog.com
 

تئوری آزمایش:
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.

مواد مورد نیاز:
اسید اگزالیک 1/0 نرمال، اسید سولفوریک 6 نرمال ،پر منگنات پتاسیم مجهول
وسایل مورد نیاز:
بورت ،ارلن،بشر، پیپت ،گیره و پایه ، قیف ، بالن حجم سنجی ml100 دو عدد، شیشه ساعت ،میله همزن،هیتر

محلول سازی( دستور کار) :
ابتدا بورت را از محلول مجهول پر منگنات پتاسیم که توسط بالن حجم سنجی ml100 به حجم رسانده ایم پر می کنیم سپس توسط پیپت مدرج ml10 اسید اگزالیک را به داخل ارلن منتقل می کنیم N6 اسید سولفوریک (ml6 اسیدسولفوریک) به آن اضافه کرده و آن را تا حدود c60 حرارت می دهیم ارلن را زیر بورت قرار داده و تا مشاهده رنگ صورتی تیتر می کنیم . تیتراسیون را دو تا سه بار تکرار می کنیم
سوالات:
1- نقش اسید سولفوریک در این آزمایش چیست؟
2- چرا پر منگنات را در ارلن و اسید اگزالیک رادر بورت نمی ریزیم ؟
3- چرا برای محیط اسیدی از HCl استفاده نمی کنیم؟
4- با یک رابطه موازنه شده نشان دهید چرا در نقطه پایانی رنگ KMnO4 محو می شود؟
5- چرا در ابتدا واکنش کند و در انتها سریع است؟
6- چرا اسید اگزالیک را بیش از 60c حرارت نمی دهیم ؟
7- چرا این تیتراسین به معرف نیاز ندارد؟



جواب سوالات :
1- به عنوان کاتالیزگر عمل می کند.
2- زیرا اسید اگزالیک احیا می شود و الکترون میگیرد و پرمنگنات اکسایش پیدا کرده و الکترون از دست می دهد.
3- مقدار اسیدی هیدروژن کلرید نسبت به اسید اگزالیک کمتر است و هیدوژ ن کلرید نمی تواند احیا شود
4- 2MnO4+5C2O4+16H 2Mn+ 8H2O+10CO2
چون پتاسیم پر منگنات به آب و منگنز تبدیل شده است.

5-در ابتدای واکنس مقدار ماده واکنسش دهنده زیاد هر چه به انتهی واکنش نزدیک می شویم مقدار واکنش دهنده کمتر شده و سرعت بیشتر می شود
6- اسید اگزالیک خود به خود به دی اکسید کربن تبدیل شده و از واکنش بیرون میرود در نتیجه تیتراسیون رخ نمی دهد.
7- زیرا اسید اگزالیک احیا می شود و الکترون میگیرد و پرمنگنات اکسایش پیدا کرده و الکترون از دست می دهد.گرفتن و از دست دادن الکترون باعث تغییر رنگ می شود که به این نوع شناساگرها ، شناساگر عمومی می گویند .



محاسبات :













نتیجه گیری:
روش دیگری که می توان با آن تیتراسیون انجام داد اکسیداسیون – احیا است که در آن ماده ای الکترون از دست می دهد (پر منگنات) و ماده ای احیا می شود و الکترون بدست می آورد (اگزالیک اسید)در این آزمایش به دلیل داشتن شناساگر عمومی پر منگنات احتیاج به شناساگر نداریم .

منابع:
کتاب شیمی تجزیه اسکوگ وست .
http://blackwearing.blogfa.com/cat-5.aspx
http://www.boss2016.blogfa.com/post-50.aspx
 

1.جهارراه جدا سازىمواد را نام ببرید .

2.براى رسوبكیرى عارى از الودكى باید به جه نكاتى توجه نمود.

3.روش كل جدا سازى و شناشایى كاتیون هابه جه صورت بود.

4.كاتیونهاى كروه یك شامل جه یون هایى بود.عامل رسوب ساز جه یونى بود.

5. به جه علت اسید كلرید ریك اضافى نبایستى به رسوب هاى كروه یك اضافه نمود.

6.جرا جیوه ىر هر دو كروه یك و دو طرح انالیز كیفى بیدا مى شود.

7.براى شناسایى Pb2+ازجه راههایى استفاده كردیم (دومورد).

8.جرا كاتیون هاى كروه یك در محلول اسیدى رسوب داده مى شوند.

9.اساس جدا نمودن یون نقره از جیوه جه بود.

10.كاتیون هاى كروه5 را نام برده و راههاى شناسایى انها را بیان نمایید.

11.دلیل اضافه كردن اكزالات امو نیوم وسولفات امونیوم براى شنا سایى منیزیم وكلسیم جه بود.

۱۲.برای شناسایی امونیوم از چه راهی استفاده کردیم.چرا؟

۱۳.کاتیونهای وانیون رسوب سازگروه سوم را نام ببرد.

۱۴.برای احیا بی کرومات وپرمنگنات ازچه احیا کننده ای استفاده میشود.

۱۵.راه شناسایی کبالت ونیکل را بنویسید.

۱۶.کاتیون های گروه دو را نام برده ودرچه شرایطی با چه انیونی رسوب میدهند.

۱۷.کاتیون های گروه چهار را نام برده ودرچه شرایطی با چه انیونی رسوب میدهند.

۱۸حلالیت کلریدهای سرب نقره وجیوه را در آب گرم مقایسه کنید.

۱۹.حلالیت سولفیدهای نیکل کبالت ومنگنز را در محیط اسیدی مقایسه کنید.

۲۰.فهرست رسوبات ورنگ های ان را مشخص کنید.

۲۱.چرا جدایی وتفکیک کاتیون های گروه چهار از سایر گروهها مشکلتر است.

۲۲.حلالیت کربناتهای باریم کلسیم واسترانسیم رادر کرومات پتاسیم مقایسه کنید.

۲۳.در رسوب گیری گروه دو بوسیله سولفید سدیم یک رسوب زرد بعد از حرارت بدست امده این رسوب چیست.

۲۴.کمپکسهای زیر را به روش ایو پاک نامگذاری کنید.

[Sn Cl6]2-           [Cu(NH3)]2+          [Sn(C2O4)3]2-                [Cu(NH3)4]SO4

25.هر كدام از كاتیون های زیر شعله را چه رنگی می كنند.

لیتیم    سدیم      پتاسیم     کلسیم     استرانسیم    سزیم    مس

26.واكنش های زیررا تكمیل كرده موازنه كنید.

PbCl2+H2O(700C)è

Pb2++CrO42-è

AgCl+NH4OHè