تبلیغات
زیست شناسی - گزارشکار شیمی عمومی

 اندازه گیری سختی آب

هدف آزمایش :  اندازه گیری یون های كلسیم و منیزیم موجود در آب های قابل شرب شهری – آشنایی با انواع سختی آب

مقدمه و تئوری:

سختی آب : ناشی از املاح كلسیم و منیزیم و به میزان كمتر ناشی از املاح آلومینیم ، روی ، منگنز، آهن و .. است.

اهمیت سختی آب

مقدار سختی آب ، علاوه بر اینکه در آبهای صنعتی اهمیت وافر دارد، از نظر بهداشت عمومی نیز اهمیت خاصی دارد. کلسیم که یکی از عوامل سختی آب است، در رشد استخوان و حفظ تعادل بدن دخالت داشته، ولی به همان اندازه ، سولفات کلسیم به علت کمی قابلیت هضم ، ناراحتی هایی در دستگاه هاضمه بوجود می‌آورد.

گاهی توصیه می‌شود که جهت تامین بهداشت و سلامت مصرف کنندگان ، آهک به آب آشامیدنی افزوده شود. بعضی دانشمندان معتقدند، بهتر است کلسیم و منیزیم لازم بدن توسط غذا تامین شود و حتی‌الامکان از آبهای سبک برای شرب استفاده شود. باید توجه داشت که بدن نسبت به سنگینی موجود در آب مورد مصرف خود حساسیت دارد، چنانچه این نوشیدنی تغییر یابد، ممکن است در دستگاه گوارش ایجاد اخلال نماید و این موضوع را به اصطلاح آب به آب شدن می‌گویند.

زیانهای سختی آب:

1- ایجاد سوء هاضمه.

2- کدر کردن آب جوش.

3- گوارایی آب را کم میکند.

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

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

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

7- مصرف پاک کننده بیشتر برای شستشو.

سختی موقت : سختی موقت (Temporary Hardner) را سختی کربناتی (Carbonate Hardner) نیز می‌نامند. این سختی ، مولود بی‌کربنات کلسیم و منیزیم است که عمدتا به کمک حرارت و یا استفاده از كربنات كلسیم از بین میرود.

در اینجا بی كربنات ها به شكل كربنات رسوب كرده و سختی از بین می رود.

سختی دائم : سختی دائم (Permanent Hardner) را سختی غیرکربناتی (Noncarbonate Hardner) نیز می‌نامند. این سختی ، با حرارت دادن قابل حذف نیست.

مولود كلرید، سولفات ، نیترات، هیدروكسید، منیزیم ، و كلسیم است. برای از بین بردن سختی دائم از نرم كننده های یونی ( تبادل كننده های یونی ) مثل فسفات سدیم استفاده می شود.

سختی آب را بر حسب ppm كربنات كلسیم ( میلی گرم كربنات كلسیم در 1 لیتر آب ) گزارش می دهند.

وسایل :

بورت 25 ml – بشر 150 ml – بشر 250 ml – ارلن مایر 250 ml – پیپت حجم سنجی

مواد :

محلول كلریدریك اسید 0.1 M استاندارد – شناساگر متیل اورانژ – یك نمونه از آب سخت

روش کار :

1- ارلن را شسته و 25 میلی لیتر آب شهر ( آب سخت؛ تیتر شونده ) را در ارلن میریزیم.

2- دو قطره متیل اورانژ ( شناساگر ) را به آن اضافه میكنیم. ( متیل اورنژ برای تشخیص نقطه ی پایانی مورد استفاده قرار میگیرد. ) مشاهده می شود كه محلول به رنگ زرد در خواهد آمد.

3- بورت را با كمی HCl شستشو داده  و سپس بورت را با حجمی دلخواه ، از HCl  با غلظت 0.1 M پر می كنیم.

4- HCl ( تیترانت ) را با بورت قطره قطره به محلول ارلن اضافه میكنیم. مشاهده می گرد كه محلول به رنگ نارنجی در خواهد آمد.

متیل اورانژ در محلول بازی به رنگ زرد و در محلول اسیدی نارنجی می شود.

 نتیجه : طبق جدول زیر به دست آوردن عدد 800 برای سختی آب غیر طبیعی است. در این آزمایش به علت عدم شستشوی كامل بورت و در نتیجه وجود مقداری از محلولی دیگر در آن باعث اشتباه در اندازه گیری ها شد.

آب سخت

200-500 ppm

سختی متوسط

100-200 ppm

سختی كم

55-100 ppm

آب نرم

<50 ppm

 

 

 تعیین دمای انحلال پتاسیم نیترات

تئوری:گرمای انحلال گرمایی است که به هنگام حل شدن مواد درحلال بامحیط اطراف مبادله می شود . بااندازه گیری تغییر دمای حلال پس از انحلال ماده می توان گرمای انحلال را محاسبه نمود.

انحلال مواد درحلال طی سه مرحله انجام می پذیرد.

درمرحله اول جاذبه بین بعضی از ذرات حلال ازبین می رود  ،درنتیجه این مرحله گرماگیر است.

درمرحله دوم جداشدن ذرات حل شونده صورت می گیرد که این مرحله نیز گرماگیر خواهد بود .

اما درمرحله سوم بین ذرات حلال وحل شونده جاذبه برقرار می شود،که درنتیجه آن گرما آزاد خواهد شد .

مجموع گرمای این سه مرحله گرمای انحلال نامیده می شود ،لازم بتذکر است که علاوه بر عامل انرژی نقش عامل بی نظمی را در انحلال پذیری  مواد  باید درنظرداشت.انحلال اغلب مواد جامد درآب باافزایش بی نظمی همراه است .مواد جامد یونی ضمن انحلال درآب  یون های آبپوشیده تشکیل می دهند        و  مواد کوالانسی  مولکولی  نظیر الکل ، اوره  و شکر به کمک پیوند هیدروژنی. 

گرمای امحلال از جمع جبری مقدار انرژی مصرف شده در مراحل 1 و2 (مقادیر مثبت) و مقدار انرژی آزاد شده در مرحله 3 (مقادیر منفی) به  دست می آید .

 توجه :  اگر گرمای مصرف شده در مراحل 1 و2 بیش از گرمای آزاد شده در مراحله 3 باشد ، انحلال گرماگیر است و اگر مقدار گرمای آزاد شده در مرحله 3 بیش از گرمای مصرف شده در مراحل 1 و2 باشد ، انحلال گرماده می باشد .

= مجموع گرمای تشكیل واكنش دهنده ها - مجموع گرمای تشكیل فراورده ها

 

وسایل و مواد مورد نیاز :

1. بشر پلاستیكی 250

2. بشر 500

3. استوانه مدرج  100

4. همزن شیشه ای

5. پشم و شیشه(آزبست)

6. پتاسیم نیترات

7. سود

8. آب مقطر

9. ترازوی دیجیتالی

10. لیوان پلاستیكی

11. دما سنج

توجه : ابتدا وسایل مورد نیاز را با آب شهری و سپس با آب مقطر می شوییم تا از تمییز بودن آن اطمینان حاصل شود .

شرح آزمایش :

مقداری پشم و شیشه را به عنوان ماده ی عایق درون بشر می گذلریم و سپس لیوان را روی آن قرار می دهیم . در پوشی را روی لیوان تعبیه می كنیم كه روی آن دو سوراخ كوچك یكی برای قرار دادن دما سنج درون لیوان بدون برخورد به ته لیوان و دیگری برای عبور همزن .به چنین وسیله ای كالری متر گفته می شود.

   آب مقطر را با استوانه مدرج اندازه گرفته و آن را در كالری متر می ریزیم و شروع به هم زدن آن می كنیم. بعد از اندكی صبر و برقراری تعادل دمای تعادل را یادداشت می كنیم كه برابر با   است.

 پتاسیم نیترات  را با ترازوی دیجیتال  وزن می كنیم و آن را در كالری متر می ریزیم و آن را هم می زنیم. پس از مدتی صبر تا برقراری تعادل دما را یادداشت می كنیم كه برابر  است.

یك بار دیگر  آب مقطر را با استوانه مدرج اندازه گرفته و آن را در كالری متر می ریزیم و شروع به هم زدن آن می كنیم. بعد از اندكی صبر و برقراری تعادل دمای تعادل را یادداشت می كنیم كه برابر با   است.

 سود  را با ترازوی دیجیتال  وزن می كنیم و آن را در كالری متر می ریزیم و آن را هم می زنیم. پس از مدتی صبر تا برقراری تعادل دما را یادداشت می كنیم كه برابر است.

 

تعیین وزن اتمی منیزیم:

منیزیم عنصری فلزی به رنگ سفید نقره ای است که در گروه 2 جدول تناوبی قرار دارد. این عنصر در سال 1808 توسط humphrey davy دانشمند انگلیسی کشف گردید. از الکترو لیز نمک کلرید منیزیم و همچنین از آب دریا بدست می آید. منیزیم و ترکیبات آن مدت زمان مدیدی است که شناخته شده هستند. منیزیم هشتمین عنصر از نظر فراوانی در پوسته زمین به حساب می آید. این عنصر در نهشته های عظیم در کانیهای مگنزیت، دولومیت ودیگر کانی ها یافت می شود. این عنصر از الکترولیز کلرید منیزیم ناشی از اب های نمک دار، چاه ها و آب دریا ها حاصل می شود. منیزیم عنصری سبک به رنگ سفید نقره ای است این عنصر به راحتی در درجه حرارت بالا می سوزد و شعله سفید رنگ وتابناکی در موقع سوختن نمایان می کند. موارد استفاده این عنصر شامل مواد محترقه و منفجره شامل بمب های آتش زا می باشد. حدود یک سوم ترکیبات الو مینیومی و آلیاژهای ضروری برای هواپیما ها و موشکها از این عنصر استفاده می شود. این عنصر دارای خاصیت جوش خوردگی بهتر از آلومینیوم می باشد که برای عناصر آلیاژی مورد استفاده قرار می گیرد. همچنین برای تولید گرافیتهای حلقه ای چدنی کاربرد دارد. همچنین این عنصر یک عامل کاهنده در تولید اورانیوم خالص و نمکهای فلزی است. هیدروکسید، کلرید، سولفات و سیترات منیزیم در دندانپزشکی استفاده می شود. به علت اشتعال پذیری بالای این عنصر برای سوخت کوره های کارخانه ها استفاده می شود. ترکیبات آلی منیزیم نقش حیاتی در زندگی گیاهی و جانوری دارند. کلرفیل گیاهان دارای منیزیم است. به علت اشتعال پذیری بالای منیزیم موقع استفاده از این عنصر باید دقت لازم را به عمل بیاوریم. در موقع سوختن منیزیم نباید از آب استفاده کرد.

روش کار:

ابتدا درون یک ارلن تمیز، به مقدار کمی آب می ریزیم و سپس در حدود 15ml Hcl غلیظ به آن اضافه میکنیم (هنگام برداشتن Hcl غلیظ از عینک ایمنی استفاده کنید) و سپس به ارلن آب اضافه کرده تا ارلن پر شود (تا وسط گردنه ارلن). سپس یک تکه نوار منیزیم را وزن کرده، (m=0.024 gr ) آن را درون بشر انداخته و درپوش ارلن را که لوله ی شیشه ای از وسط آن می گذرد، می گذاریم. در انتهای لوله شیشه ای یک بشر می گذاریم.

در درون ارلن واکنش زیر اتفاق می افتد: 2HCl + Mg MgCl2 + H2 با پیشرفت واکنش حجم گاز H2 موجود در ارلن بیشتر شده، با بالا رفتن فشار به سطح مایع درون ارلن فشار می آید، از لوله شیشه ای بالا آمده و درون بشر می ریزد. واکنش تا جایی پیش می رود که منیزیم به طور کامل با HCl واکنش دهد. یک دماسنج درون بشر می گذاریم تا دمای مایعی که از ارلن به بشر می ریزد بدست آید. دما را یادداشت می کنیم (T1=297.5k ). مایع موجود درون بشر را به یک استوانه مدرج منتقل کرده تا حجم مایع بدست آید (V1=138ml ). این حجم در واقع همان حجم گاز هیدروژنی است که از واکنش منیزیم با محلول HCl تولید شده است.

محاسبات:

فشار آزمایشگاه را نیز (p1=750 mmHg ) در نظر می گیریم.

شرایط استاندارد را نیز در نظر می گیریم، (T2=273 K وp2=760 mmHg ).

مقادیر فوق را در فرمول زیر جایگزین کرده تا حجم گاز H2 در شرایط استاندارد بدست آید:

P1 V1 / T1 = P2 V2 / T2 750×138/297.5 = 760×V2/273 V2=124.96 ml

با توجه به اینکه 1 mol از هر گازی 22.4L حجم دارد تعداد مول H2 بدست می آید:

mol H2 = 0.12496L .(1mol / 22.4L) = 5.578×10-3 mol H2

از آنجایی که در فرمول واکنش ضرایب H2 وMg برابر هستند، در نتیجه: Mol H2 = mol Mg = 5.578×10-3

با استفاده از فرمول زیر وزن اتمی منیزیم بدست می آید:

M = m / n = 0.24 / 0.005528 = 43.021

محاسبه ی درصد خطا

 100 × مقدار واقعی /مقدار تجربی - مقدار واقعی=درصد خطا

24.3050-43.021/24.3050 × 100 = 77% =درصد خطا

دلایل خطای آزمایش:

عواملی که باعث خطا در آزمایش شده عبارتند از:

1. مقداری از محلولی که از ارلن بالا امده در لوله باقی مانده که در اندازه گیری حجم گاز H2 محاسبه نشده. (هوای درون لوله در اندازه گیری حجم H2 لحاظ نشده).

2. بشر بر روی میز کار که از جنس سنگ است قرار داده شده بود که از نظر دما عایق نبود در نتیجه دمای محلول ما دارای خطا شده است.

3. اشکال فنی ترازویی که با آن وزن Mg را اندازه گیری کردیم.