هدف

بدست آوردن عدد آب تبلور سولفات مس آبدار جامد ( ) می باشد.

تئوری آزمایش

مولکول های آب ممکن است به دو طریق در ساختار یک بلور وجود داشته باشد:

در سطح بلور به مقدار غیر استوکیومتری جذب شود.

- که در این حالت نمک حاصل رامتبلور و آب استوکیومتری آن را آب تبلور می نامند.

بسیاری از مواد اگر به مدت طولانی در معرض هوا قرار بگیرند قابلیت جذب آب را از محیط پیدا می کنند. در اغلب موارد آب جذب شده به مقدار کم است.

معمولاً ترکیبات آبدار را می توان با حرارت دادن خشک کرد به این ترتیب که هرچه درجه حرارت بالاتر می رود، فشار بخار آب روی ترکیب هیدراتی زیادتر شده تا اینکه از فشار بخار جزئی آب در اتمسفر اطراف نمک بیشتر شده و در این درجه حرارت است که آبگیری صورت می گیرد، نمک ضمن از دست دادن آب تبلور خود ممکن است به رنگ های مختلفی در آید که این پدیده به تعداد آب تبلوری که همراه نمک است مربوط می شود.

با استفاده از فرمول زیر می توان آب تبلور یک نمک متبلور را بدست آورد:

a : وزن نمک متبلور

b : وزن نمک خشک (پس از حرارت)

M: جرم مولکولی نمک خشک

n : عدد آب تبلور

شرح مواد، وسایل و روش کار

-        سه پایه

-        مثلث نسوز

-        آب فشان

-        ترازوی دقیق

-        اسپاتول

-        کلرید باریم متبلور

-        چراغ گاز بونزن

-        بوته چینی

-        دسیکاتور

-        گیره بوته چینی

-        سولفات مس متبلور

-        لوله آزمایش و گیره لوله آزمایش

روش آزمایش

ابتدا یک بوته چینی را خوب تمیز و کاملاً خشک کردیم. به کمک ترازوی دقیق آزمایشگاهی بوته چینی را وزن کرده و مقدار آن را (25.01 گرم) یادداشت کردیم. آنگاه با توزین دقیق یک گرم نمک سولفات مس آبدار جامد به آن اضافه کردیم. سپس بوته چینی را روی سه گوش (مثلث نسوز) قرار دادیم و مجموع آنها را روی سه پایه قرار دادیم چراغ گاز را روشن کرده و حدود 20 دقیقه بوته چینی حاوی نمک را حرارت دادیم. آنگاه شعله را کنار زده و به وسیله یک گیره، بوته چینی را به داخل یک دسیکاتور منتقل کردیم و در دسیکاتور را بستیم پس از 10 دقیقه بوته چینی را که دمای آن به دمای آزمایشگاه رسیده بود از دسیکاتور خارج کرده روی کفه ترازو قرار دادیم و وزن دقیق بوته و نمک خشک داخل آن را یادداشت کردیم از روی کاهش وزن، وزن نمک خشک را محاسبه و عدد تبلور نمک را بدست آوردیم.

آب تبلور به چه معناست؟

آب تبلور آبی است که به همراه مولکولهای بعضی بلورهای جامدهای یونی است. هنگامی که یک جامد یونی از محلول آبی متبلور می ‌شود به عنوان مثال باریم کلرید محلول در آب است و ما به وسیله‌ی تبخیر یک مقدار از محلول و اشباع کردن محلول، مقداری بلور BaCl2 به دست می آوریم. در این هنگام تعدادی از مولکولهای آب در شبکه بلور به دام افتاده و با بلور پیوندهای ضعیف واندروالسی برقرار می کند. در این هنگام ما به جای BaCl2 خالص، نمک متبلور آن را داریم و فرمول آن به صورت ((BaCl2, 2H2O(s) می ‌باشد. به این گونه بلورهای نمکی که با مولکولهای آب همراه هستند، هیدرات و به آبی که این بلورها را همراهی می کند و در شبکه ی بلوری این نمکها وارد شده است، آب تبلور گفته می شود. مثال دیگر از این دست، سولفات مس هیدراته است که دارای 5 مولکول آب تبلور می ‌باشد:( ­(CuSO4, 5H2O (s)

معمولا ً ظاهر هیدراتها با ترکیبات بی ‌آب آنها کاملا ً تفاوت دارد. به طور معمول، هیدراتها بلورهای نسبتا ً بزرگ و غالبا ً شفاف تشکیل می ‌دهند. هیدراتها بر اثر گرم شدن تجزیه می ‌شوند و آب تبلور خود را به صورت بخار آب از دست می ‌دهند.

BaCl2, 2H2O(s) à BaCl2 (s) + 2H2O(g(

از بین رفتن آب تبلور یک هیدرات را شکوفا شدن می ‌نامند.

رنگ برخی از نمک های آب پوشیده با رنگ نمک بی آب آنها متفاوت است، از این رو، از این نمکها به عنوان شناساگر رطوبت استفاده می کنند. مثلا ً

قرمز رنگ CoCl2.2H2O

صورتی رنگ CoCl2.5H2O

بنفش رنگ CoCl2.4H2O

آبی رنگ CoCl2

مسائل مربوط متبلور معمولا ًَ به این صورت است که مقدار مشخصی از نمک را حرارت داده و وزن آن در اثر تبخیر آب درون آن کاسته می شود. از روی کاهش وزن داده شده از ما می خواهند که نسبت آب به نمک را محاسبه کنیم. به عنوان مثال:

023/1 گرم نمک آب پوشیده ی مس II سولفات را در یک بوته ی چینی حرارت می دهیم تا آب آن بخار شود. 654/0 گرم نمک بی آب مس II سولفات در بوته باقی می ماند. حساب کنید به ازای هر مول CuSO4، چند مول آب در نمک آبدار وجود داشته است.(جرم مولی مس، گوگرد، اکسیژن و هیدروژن به ترتیب 64، 32، 16 و 1 گرم بر مول است.)

برای حل این گونه سؤالات باید سه مرحله طی کنیم:

1- ابتدا این رابطه را بنویسیم و جرم هر یک از این گونه ها را حساب کنیم: آ- جرم نمک آبدار ب- جرم نمک بی آب ج- جرم آب و این رابطه را برایش بنویسیم:

جرم نمک آبدار = جرم نمک بی آب + جرم آب

2- تبدیل کردن جرم نمک بی آب به مول

3- تبدیل کردن جرم آب به مول

4- به دست آوردن نسبت مولی آب به نمک به وسیله ی تقسیم کردن مرحله ی 4 به مرحله ی 3

پس با استفاده از مرحله ی اول، ابتدا جرم آب بخار شده را حساب کنیم:

جرم آب بخار شده = جرم نمک آب پوشیده – جرم نمک بی آب

369/0 = 654/0 - 023/1

بنابراین مقدار آب بخار شده برابر 369/0 گرم می باشد.

2- حال باید تعداد مول نمک بی آب را محاسبه می نماییم. برای این منظور جرم نمک مورد نظر را در معکوس جرم مولی آن ضرب می نماییم.

= تعداد مول نمک بی آب

Mol 004/0=g CuSO4 160 / mol CuSO4 1 * g CuSO4 654/0

3- حال باید ببینیم این مقدار گرم آب برابر چند مول آب می باشد. برای این منظور به این ترتیب عمل می کنیم:یعنی باید جرم مورد نظر را در معکوس جرم مولی آب ضرب نماییم. جرم مولی نیز با جمع جرم اتمهای تشکیل دهنده ی با در نظر گرفتن تعداد آن ها به دست می آید.

= تعداد مول آب بخار شده

Mol 020/0=g H2O 0/18 / mol H2O 1 * g H2O 369/0

4- حال نسبت تعداد مول های آب بخار شده به مول های نمک بی آب را به وسیله ی تقسیم آن ها به یکدیگر به دست می آوریم.

1/5 = mol 400/0 / mol 020/0 = تعداد مول CuSO4 / تعداد مول H2O

پس نسبت آب به نمک برابر 5 به 1 است. بنابراین فرمول تجربی این نمک CuSO4.5H2O بوده، تعداد آب تبلور آن 5 است.

فرمول شیمیایی مس سولفات که در اصل یک نمک است به صورت CuSO₄ می‌باشد که از واکنش ساده‌ی میان یک ترکیب مسی و سولفوریک اسید ایجاد خواهد شد. فرم‌های مختلف مس سولفات بستگی به درجه‌ی آبپوشیدگی آن دارد که این آبپوشیدگی باعث طبقه‌بندی آن بر اساس درجه‌ی آبی آن می‌شود. مس سولفاتی که درجه‌ی آبپوشیدگی آن برابر صفر می‌باشد یا همان مس سولفات بی‌آب به صورت طبیعی در طبیعت به فرم کلکسیانیت (Chalcocyanite) نوعی کانی است با پایه‌ی CuSO₄ یافت می‌شود. اما رایج‌ترین فرم این ترکیب به صورت مس سولفات 5 آبه (CuSO₄.5H₂O) می‌باشد. در ادامه‌ی این مطلب بیش‌تر با روش تهیه و کاربرد‌های آن آشنا خواهیم شد.

حقیقت مس سولفات Normal 0 false false false EN-US X-NONE FA /* Style Definitions */ table.MsoNormalTable {mso-style-name:"Table Normal"; mso-tstyle-rowband-size:0; mso-tstyle-colband-size:0; mso-style-noshow:yes; mso-style-priority:99; mso-style-parent:""; mso-padding-alt:0cm 5.4pt 0cm 5.4pt; mso-para-margin-top:0cm; mso-para-margin-right:0cm; mso-para-margin-bottom:8.0pt; mso-para-margin-left:0cm; line-height:107%; mso-pagination:widow-orphan; font-size:11.0pt; font-family:"Calibri","sans-serif"; mso-ascii-font-family:Calibri; mso-ascii-theme-font:minor-latin; mso-hansi-font-family:Calibri; mso-hansi-theme-font:minor-latin;}

مس سولفات یک نمک آب تبلور می‌باشد که پس از نوشتن فرمول آن تعداد مولکول‌های آب را می‌نویسیم، فرصت بدی نیست که طرز محاسبه‌ی تعداد مولکول‌های آب تبلور را یادآوری کنیم. برای این کار ابتدا جرم نمک خشک را به مول آن تبدیل می‌کنیم سپس جرم آب را به مول آن تبدیل می‌کنیم و در آخر مول آب را بر مول نمک خشک تقسیم می‌کنیم که عدد به دست آمده تعداد مولکول‌‌های آب تبلور می باشد.

اما مس سولفات را با روش‌های متفاوتی تهیه می‌کنند که الکترولیز یکی از آن‌ها است. الکترود‌های مس در داخل یک الکترولیت سولفوریک اسید قرار گرفته و طی فرآیند الکترولیز مس سولفات تولید می‌شود. روش دیگر استفاده از الکترولیتی از نمک منیزیم سولفات در کنار آند مسی می‌باشد.

کاربرد‌های این ترکیب

مس سولفات یک ترکیب شیمیایی با اهمیت و کاربردی است که جای خود را در زمینه‌های گوناگونی تثبیت کرده است، از کاربردهای آن می‌توان:

1) مس سولفات برای انجام فرآیندهای ایجاد پیوند‌ها و ترکیبات آلی مورد استفاده قرار می‌گیرد. فرم بی‌آب این ترکیب به عنوان کاتالیزور در فرآیند تولید ترکیبات آلی استفاده می‌شود. 

2) از مس سولفات کاربرد زیادی در زمینه‌ی ساخت مواد آتش‌بازی دارد که یکی از آن‌ها تولید رنگ سبز در آتش می‌باشد.

3) در زمینه‌ی کشاورزی از این ترکیب برای تولید مواد از بین برنده‌ی گیاهان برای نابود کردن گیاهان هرز و تولید قارچ‌کش‌ها و آفت‌کش‌ها و مواردی دیگر استفاده می‌شود. برای مثال قارچ‌زدگی درخت انگور یا همان مو توسط مس سولفات و ترکیبی که از آن تهیه می‌شود درمان می‌شود.

4) یکی دیگر از کاربردها‌ی این ترکیب استفاده‌ی آن در تصفیه و پاکسازی آب از جانداران و جلبک‌های آبی می‌باشد. به همین دلیل استفاده از مس سولفات در آکواریم‌ها نیز تقریبا رایج است و باعث از بین رفتن انگل‌ها و تصفیه آب می‌شود.

کریستال‌های مس سولفات  

الگوی تکراری که در داخل ساختار مس سولفات مسئول اصلی ایجاد کریستال مس سولفات است، بنابراین این کریستال‌ها به یک شکل منحصر‌به‌فردی دست پیدا کردن. کریستال مس سولفات را حتی می‌توان در خانه نیز تولید کرد و یا می‌تواند یکی از پروژه‌هایی باشد که در مدارس داده شود. برای انجام این کار به آب داغ و محلول مس سولفات احتاج است. باید محلول مس سولفات را به آب اضافه کنیم و تا جایی که به اشباع برسد. حالا تنها لازم است محلول اشباع شده باقی مانده را به مدت چند روز به حال خود می‌گذاریم. گذاشتن یک سیم نایلونی می‌توبند نقش سطح مورد نیاز برای تولید کریستال را تأمین کند. 

خطرات قرار گرفتن در معرض مس سولفات 

این ترکیب شیمیایی به عنوان یک محرک شناخته می‌شود و برای فردی که مداوم در مجاورت آن قرار دارد مضر می‌باشد. مشکلاتی مثل خارش یا اگزما‌های پوستی با در تماس قرار گرفتن با این ترکیب به وجود می‌آید. در تماس قرار گرفتن با چشم باعث التهاب‌های پلکی و ورم و ریش‌ریش و زخم شدن چشم شود.

این حقایق در مورد مس سولفات می‌تواند در شناخت آن و کاربردهای آن به ما کمک کند و عدم احتیاط در تماس با این ترکیب می‌تواند عواقبی داشته باشد. 

همان طور که می دانید برخی نمک ها می توانند مولکول های آب را در ساختار خود به دام انداخته و این مولکول ها را با نظم خاصی در بلور خود نگه دارند... تعداد مول های مولکول های آبی که به ازای هر مول از یک نمک در ساختار آن قرار گرفته اند در نمک های مختلف متفاوت است. در این پست می خواهیم روش محاسبه ی تعداد این مولکول های آب را در ترکیب یونی مشخص کنیم. برای این کار از یک نمک آبدار استفاده می کنیم... نمک آبدار نمکی است که مولکول های آب در ساختار آن به دام افتاده باشد. نمکی که در این آزمایش استفاده می کنیم مس(II) سولفات آب دار (CuSO_4.nH₂O) است. در واقع ما به دنبال محاسبه ی n در فرمول شیمیایی مس(II) سولفات آبدار هستیم.

تعداد مولکول های آب از واکنش شیمیایی زیر محاسبه می شود.

با گرما دادن به نمک آب دار آب تبلور آن از ساختار نمک خارج می شود. بنا بر این می توان مقدار آب و نمک را به طور جداگانه در این اندازه گیری کرد. البته دقت کنید که ما به تعداد مول ها نیاز داریم، اما مقداری که از طریق اندازه گیری به دست می آید وزن اجزای واکنش است. بنا بر این تمام وزن های به دست آمده را باید به تعداد مول های آن ها تبدیل کرد که این کار به سادگی با تقسیم کردن اعداد به دست آمده به جرم مولی این اجزا انجام پذیر است.

پس از به دست آوردن تعداد مول های نمک و آب با یک تناسب ساده می توان تعداد مول های آب را که به ازای یک مول نمک وجود دارند می توان به دست آورد. یعنی تعداد آب تبلور نمک یا همان n در فرمول نمک آبدار به دست آمده است.

تبلور یكی از بهترین روش های تخلیص اجسام جامد است روش عمومی تبلور عبارت است از حل

كردن جسم در حلال مناسب به كمك گرما و تهیه محلول سیر شده جسم ، صاف كردن سریع محلول

گرم ، سرد كردن تدریجی محلول صاف شده به منظور راسب كردن به شكل بلور ، صاف كردن و

شستن بلورها با حلال سرد و خشك نمودن آن ها،و بالاخره تعیین نقطه ذوب بلور.

تبلور معمولا در موقع تبدیل یك حالت فیزیكی به حالت فیزیكی دیگر صورت میگیرد.

این تبدیل به سه صورت انجام می گیرد:

.تبلور در هنگام تبدیل حالت مایع به جامد

تبلور در هنگام تبدیل حالت بخار به جامد سوبلیماسیون

. تبلور مواد جامد