به نام خداوند

1. به نام خداوند آزمايشگاه شيمی معدنی(1) (رشته شیمی) سید مهدی سیدی

2. آزمايش شماره 1 • هدف از انجام اين آزمايش تهيه اسيد بوريک از بوراکس می باشد. ابتدا بوراکس را در آب گرم حل کرده و در مرحله بعد عمل خنثی سازی را با استفاده از اسيد کلريدريک انجام دهيد. تهيه اسيد بوريک از بوراکس و بررسی برخی از خواص آن

3. اسيد بوريک (اسيد ارتوبوريک) اسيدی بسيار ضعيف است که از بوراتها و يا هيدروليز هاليدهای بور با هيبريداسيون sp2 به دست می آيد. اين اسيد به صورت بلورهای سفيد سوزنی شکل است که در آن واحدهای B(OH)3از طريق پيوند های هيدروژنی به يکديگر متصل شده اند و لايه های نامحدودی( با فاصله Aº18/3) با تقارن تقريبا شش ضلعی تشکيل میدهند. شکل 1 – اسيد بوريک

4. اسيد بوريک در آب تا حدودی حل شده و انحلال پذيری آن با افزايش دما زياد می شود. اين اسيد تک بازی است. 9 Pk=(aq)B(OH)3 + H2O B(OH)4- + H+ • B(OH)4- در غلظتهای کمتر از M 025/0 فقط به صورت نمونه های يک هسته ای B(OH)3 وB(OH)4-وجود دارند ولی در غلظتهای بالاتر قدرت اسيدی افزايش می يابد و اندازه گيری pH مويد تشکيل نمونه های بسپار مانند است. 3 B(OH)3 B3O3(OH)4- + H++ 2H2O pk=84/6

5. درمحلولهای مختلف اسيد بوريک وبوراتها بسپارهايی مانندB3O3(OH)4-را طبق معادله زير می دهند. 2 B(OH)3 + B(OH)4- B3O3(OH)4- + 3H2O pk=110 • به نظر می رسد که بسپار اصلی حلقوی باشد و وجود چنين حلقه هايی در بوراتهای متبلور مانند 2B2O3 و Cs2O محرز است. شکل2- تريمر اسيد بوريک

6. از تعادل سريعی که بين اسيد بوريک نشاندار شده با18O و بوراتها انجام می شود، می توان نتيجه گرفت که در محلول تعادل به سرعت روی می دهد. اين ترکيبها با پلی اولها مانند گليسرول و α - هيدروکسی کربوکسيليک اسيدها کمپلکس هايی به نسبت 1:1 تشکيل داده ، قدرت اسيدی اسيد بوريک افزايش يافته واندازه گيری مستقيم آن با سود امکان پذير می شود. شکل3- کمپلکس اسيد بوريک با يک گليسرول

7. در اثر گرما اسيد بوريک به صورت زير تجزيه می گردد H3BO3 HBO2 B2O3 گرما گرما H2O اسيد ارتوبوريک اسيد متابوريک اکسيد بور مواد مورد نياز وسايل مورد نياز بوراکس اسيد کلريدريک 25% اسيد سولفوريک غليظ پودر منيزيم يا نوار منيزيم معرف تورنسل محلول نيترات نقره متيل الکل محلول سولفات مس محلول سولفات آلومينيم قيف بوخنر لوله آزمايش کاغذ صافی نوار کاغذ يونيورسال اسپاتول ميله چينی يا شيشه ای بشر250 ميلی ليتری کريستاليزور

8. 1) 12 گرم بوراکس را در ml25آب مقطر گرم حل کرده و محلول حاصل را با اسيد کلريدريک 25% خنثی کنيد. محلول را به آرامی سرد کرده و جسم بلورين حاصل را با استفاده از قيف بوخنر صاف کنيد. اسيد بوريک را بروی کاغذ صافی خشک کنيد و محلول زيرين را جهت گرفتن مابقی اسيد، تغليظ نمائيد. روش کار

9. 2) 6-5 قطره از محلول اشباع و گرم بوراکس را در يک لوله آزمايش بريزيد و 3-2 قطره اسيد سولفوريک غليظ به آن اضافه کنيد. سرعت تشکيل رسوب بلوری اسيد بوريک را مقايسه نمائيد.

10. شناسايی و سنجش • 1- مقداری از بلورهای اسيد بوريک را در آب گرم حل کرده و در محلول را به سه لوله آزمايش منتقل نمائيد. سپس به داخل يکی از لوله آزمايشها 5-3 قطره محلول تورنسل خنثی اضافه کنيد و تغيير رنگ محلول را مشاهده نمائيد.

11. تکه ای از کاغذ يونيورسال را در داخل لوله آزمايش سوم به مدت چند ثانيه نگهداريد. رنگ آنرا با رنگ استاندارد مقايسه کنيد و pH اسيد بوريک را حدس بزنيد. • 2- ميله ای شيشه ای و يا از جنس چينی را در شعله حرارت دهيد. ميله داغ را در پودر اسيد بوريک وارد کنيد و مجددا روی شعله بگيريد و تغيير رنگ شعله را به دقت مشاهده کنيد.

12. 3- چند عدد از بلور بوراکس ، Na2B4O7 را در داخل يک بوته چينی قرار داده و روی آن 3-2 قطره اسيد سولفوريک غليظ بريزيد. سپس 6-5 قطره متيل الکل به مخلوط اضافه کنيد و مخلوط را با يک ميله شيشه ای خوب بهم بزنيد و ميله شيشه ای را روی شعله بگيريد. نور حاصل از تری متيل بورات B(OCH3)3 و همچنين رنگ شعله را مشاهده کنيد.

13. 4- چند قطره از محلول اشباع بوراکس را در سه لوله آزمايش بريزيد. در لوله آزمايش اول محلول نيترات نقره، در دومی محلول سولفات مس و در سومی محلول سولفات آلومينيم بريزيد. به رنگ رسوبها توجه کنيد. رسوبهای حاصل به ترتيب متابورات نقره، نمک مس Cu(OH)BO2 و هيدروکسيد آلومينيم است.

14. شکل 4- واکنشهای اسيد بوريک

15. آزمايش شماره 2 • هدف از اين آزمايش تهيه آب اکسيژنه بوسيله اسيدی کردن پراکسيدهای فلزات قليايی يا قليايی خاکی، بررسی رفتار آن در مقابل برخی واکنشگرها و اندازه گيری ارزش حجمی و وزنی آب اکسيژنه بوسيله تيتراسيون با محلول پرمنگنات 1/0 نرمال می باشد. تهيه آب اکسيژنه و بررسی برخی از خواص آن

16. پراکسيد مشتقات پراکسيد هيدروژن است که در آن بجای هر هيدروژن يک فلز يک ظرفيتی و يا دو ظرفيتی وجود دارد. پراکسيد فلزات قليايی و قليايی خاکی به ترتيب دارای فرمول M2O2 و MO2می باشند. شکل5- آب اکسيژنه

17. پراکسيدها به دو دسته تقسيم می شوند: پلی اکسيدها که با اسيد سولفوريک توليد اکسيژن می کنند و هيپر اکسيدها که با اسيد سولفوريک رقيق تبديل به آب اکسيژنه می شوند.به اين دسته نمکهای آب اکسيژنه می گويند.

18. دمای ذوب و جوش آن به ترتيب ºC 89- و ºC150 می باشد. ثابت دی الکتريک H2O2 بالا می باشد. مايع خالص آن در دمای ºC 25 ، 93= ε و محلول آبی 60% آن 120= ε می باشد. بنابراين ترکيب جزء حلاللهای يونی کننده خيلی خوبی هستند ولی بعلت قدرت اکسيدکنندگی زياد و ناپايداری ، قدرت حل کنندگی آنها محدود است. H2O2 O2 + 2H2O

19. برای پايدار کردن، آنرا با موادی از قبيل اسيد فسفريک، اسيد سيتريک و گليسرول که خاصيت ضد کاتاليزوری دارند، مخلوط می کنند.خاصيت اکسيد کنندگی آب اکسيژنه بعلت سهولت آزاد شدن يک اتم اکسيژن فعال است . H2O2 O+ H2O آب اکسيژنه در مجاورت بعضی از اکسنده ها، خاصيت احيا کنندگی دارد. 2KMnO4 + 3H2SO4 + 5H2O2 K2SO4 + 2MnSO4 + 8H2O + 5O2

20. 1- يديد پتاسيم را در مجاورت پرکسيد هيدروژن اسيدی قرار داده و يد حاصله را با محلول استاندارد تيوسولفات تيتر می کنند. سولفور سرب سياه رنگ در سرما تحت اثر H2O2 به سولفات سفيد رنگ تبديل می شود. 4H2O2 4O + 4H2O PbS + 4O PbSO4 طرز شناسايی آب اکسيژنه 2KI + H2SO4 + H2O2 K2SO4 + I2 + 2H2O

21. 2- ازافزايش محلول آن به دی اکسيد تيتانيوم درمجاورت اسيد سولفوريک، رنگ مربوط به پروکسيد تيتانيوم مشاهده می شود. 3- با محلول اسيد کروميک يا محلول اسيدی بی کرومات رنگ آبی تيره توليد می شود.

22. روش تهيه آزمايشگاهی آب اکسيژنه • پراکسيد هيدروژن را می توان از اثر اسيد سولفوريک رقيق بر پراکسيد سديم يا پراکسيد باريم (BaO2,8H2O) در دمای پايين تهيه کرد. H2SO4 + BaO2 BaSO4 + H2O2 درتهيه نمکهای باريم از باريتها(BaSO4 ) مقداری BaO به دست می آيد که دراثرحرارت در هوا اکسيد می شود و به پراکسيد باريم تبديل می شود. پراکسيد باريم با اسيد فسفريک نيز توليد آب اکسيژنهمی کند . BaO2 + H3PO4 BaHPO4 + H2O2

23. فسفات باريم نامحلول از آن جدا می شود و محلول آبی آب اکسيژنه به دست می آيد که به وسيله تقطير در فشار کم می توان آنرا تغليظ کرد.ازعبورگازدی اکسيد کربن د رمحلول پراکسيد باريم نيز آب اکسيژنه بدست می آيد. BaO2 + H2O + CO2 BaCO3 + H2O2

24. روش ديگر بر اساس روش مرک می باشد که در آن پراکسيد سديم با اسيد سولفوريک 20% در دمای پايين واکنش داده و بعد از خارج کردن سولفات سديم متبلور( Na2SO4, 10 H2O(بعد از تغليظ آب اکسيژنه با غلظت 30% بدست می آيد . Na2O2 + H2SO4 + 10H2O Na2SO4,10H2O + H2O2

25. روش تهيه صنعتی آب اکسيژنه 1- فرايند خود اکسايش: يکی از مشتقات آنتراکينون بر اثر واکنش با هيدروژن د رمجاورت کاتاليزور پالاديم به آنتراهيدروکينون تبديل می شود. با عبور هوا از اين ماده، محلول پراکسيد هيدروژن 20% وزنی به دست می آيد . Pd + H2 O2 H2O2 +

26. روش الکتروليز: از الکتروليز محلول اسيد سولفوريک 50% وزنی يا محلول اسيد سولفوريک و سولفات آمونيم با شدت جريان زياد، پراکسو دی سولفات (و در نهايت از هيدروليز آن پراکسيد هيدروژن )در آند و هيدروژن در کاتد بدست می آيد. H2SO4 H+ + HSO4- 2HSO-4 H2S2O8 + 2e- H2S2O8 + H2O H2SO5 + H2SO4 H2SO5 + H2O H2SO4 + H2O2 پراکسيد هيدروژن را در دمای بالا و فشار کم جداکرده و پس از تغليظ سازی، محلول 30% وزنی بدست می آيد.

27. ارزش حجمی پراکسيد هيدروژن قدرت پراکسيد هيدروژن (ارزش حجمی)عبارت است از حجم اکسيژنی که درشرايط متعارفی از يک حجم پروکسيد هيدروژن آزاد می شود.متلااگرml10پروکسيد هيدروژن در شرايط متعارفی توليدml 200 اکسيژن کند، ارزش حجمی اين محلول 20 خواهد بود. ارتباط ارزش حجمی پرکسيد با نرماليته آن بصورت زير می باشد. 6/5 a= N × که در آن a ارزش حجمی و N نرماليته می باشد .

28. وسايل مورد نياز مواد مورد نياز اسيد سولفوريک20% پراکسيدباريم کربنات باريم اسيد سولفوريک 2 نرمال پرمنگنات پتاسيم 1/0 نرمال سولفات آمونيم يا پتاسيم اسيد سولفوريک غليظ اسيد فسفريک پراکسيد سديم سولفور سيانورآمونيم بالن ml 50 دستگاه تبخير در خلاء کاغذ صافی دستگاه الکتروليز لوله آزمايش ارلن ml 250 بورت ml 25

29. 1- در يک بالن، ml 50 اسيد سولفوريک 20% ريخته، به تدريج 10 گرم BaO2 به آن اضافه کنيد. آنرا سرد کرده و سولفات باريم ته نشين شده را صاف کنيد. محلول زيرين آب اکسيژنه است. به اين محلول ml 20 اسيد سولفوريک 4 نرمال افزوده و آنرا در دستگاه تبخير کننده در خلاء روی دمای 70 درجه سانتيگراد تنظيم نمائيد. روش کار

30. رسوب در بالن باقی مانده و مخلوط آب و آب اکسيژنه در بالن بزرگ جمع می شود.به ml 10 از اين محلول ml 30 اسيد سولفوريک 4 نرمال اضافه کرده و با پرمنگنات پتاسيم 1/0 نرمال تيتر کنيد.از روی مقدار مصرفی پرمنگنات، ارزش حجمی محلول آب اکسيژنه بدست می آيد(مرحله اول).

31. محلول آب اکسيژنه را می توان دوباره با دستگاه تبخير در خلاء تغليظ کنيد. آب اکسيژنه که دارای دمای جوش بالاتری از آب است، در بالن اولی باقی می ماند. ml 10 از آن را برداشته و بوسيله پرمنگنات تيتر نمائيد و ارزش حجمی آنرا برای بار دوم تعيين کنيد(مرحله دوم).

32. 2- 25 گرم سولفات آمونيم يا پتاسيم را در ml 100 آب مقطر حل کرده و 91/0 گرم سولفورسيانورآمونيم و ml 19 اسيد سولفوريک غليظ به آن اضافه نمائيد. محلول را خوب به هم بزنيد و سپس الکتروليز نمائيد.

33. 3- در لوله آزمايش ml 10 اسيد فسفريک ريخته و آنرا در ظرف آب يخ نگهداريد. سپس به آن پراکسيدسديم اضافه کنيد .اگر دستگاه تبخيرکننده در خلاء دردسترس نباشد به روش زير عمل کنيد.آب اکسيژنه را به حجم ml 100 برسانيد و ml 25 از آنرا با پرمنگنات پتاسيم 1/0 نرمال تيـتر کنيد. ارزش حجمی آب اکسيژنه را حساب کنيد.

34. 1- محلول آب اکسيژنه را با استفاده از دستگاه تبخير در خلاء تغليظ کنيد. آب اکسيژنه در بالن اولی باقی می ماند. ml 10 از آن را برداشته و بوسيله پرمنگنات تيتر نمائيد و ارزش حجمی آنرا برای بار دوم تعيين کنيد(مرحله دوم). 2- 25 گرم سولفات آمونيم يا پتاسيم را در ml 100 آب مقطر حل کرده و 91/0 گرم سولفورسيانورآمونيم ml 19 اسيد سولفوريک غليظ به آن اضافه نمائيد. محلول را خوب به هم بزنيد و سپس الکتروليز نمائيد.

35. 3- در لوله آزمايش ml 10 اسيد فسفريک ريخته و آنرا در ظرف آب يخ نگهداريد. به آن پراکسيدسديم اضافه کنيد .آب اکسيژنه توليدی را شناسايی کنيد.اگر دستگاه تبخير در خلاء دردسترس نباشد به روش زير عمل کنيد.آب اکسيژنه را به حجم ml 100 برسانيد و ml 25 از آنرا با پرمنگنات پتاسيم 1/0 نرمال تيـتر کنيد. با استفاده از پرمنگنات مصرفی ارزش حجمی آب اکسيژنه را حساب کنيد.

36. شکل 6- دستگاه تبخير در خلاء

37. آزمايش شماره 3 تهيه يک نمک مضاعف و يک کمپلکس و مقايسه آنها • هدف از انجام اين آزمايش تهيه نمک مضاعف سولفات آمونيم مس (II ) . شش آبه و کمپلکس تترا آمين مس (II) سولفات منوهيدرات و مقايسه پاره ای از خواص نمک ساده ، نمک مضاعف و نمک کمپلکس می باشد.

38. درکمپلکس ها پيوند بين فلز و گروههای غير فلزی دهنده الکترون(ليگاند) از نوع پيوند کئورديناسيون می باشد. ليگاندها را بسته به تعداد اتم کئوردينانس شونده، به ليگاندهای يک دندانه، دو دندانه و ...تقسيم می کنند. ليگاند کی ليت دهنده می توانند همزمان از بيش از يک موقعيت به فلز متصل شوند. کی ليت ها کمپلکس هايی پايدارند و حلقه های 5 و 6 عضوی آنها پايدارتر هستند. Fe(CN)2 + 4KCN K2Fe(CN)6 AgCl + 2NH3 Ag(NH3)2Cl

39. پتاسيم هگزا سيانوفرات(II) در آب حل شده و محلولی را می دهد که هيچ نوع واکنش مشخص کننده يون Fe2+ندارد، زيرا اين يوندر محيط آزاد نيست و به صورت]4-Fe(CN)6[ وجود دارد. اين يون يک يون کمپلکس است. يک دسته معمول از نمکهای مضاعف، زاجها هستند که در حقيقت سولفات مضاعف پتاسيم و آلومينيم هستند.(KAl(SO4)2, 12H2O(

40. در کمپلکس اربيتال ليگند انرژی کمتری ازاربيتال فلز دارند، د رنتيجه پيونده تا حدودی خصلت يونی دارند و اربيتالهای مولکولی پيوندی به اربيتالهای گروه ليگاند شبيه ترند.کمپلکسها به دونوع کمپلکسهای ورنر (کمپلکسهايی که خصلت يونی بيشتر دارند) و کمپلکسهای کربونيل فلز و آلی فلزی( پيوند فلز- کربن و بيشتر خصلت کووالانسی دارند) دسته بندی کرده اند.

41. روشهای جداسازی کمپلکس ها از محلول:1- تبخير حلال و سرد کردن محلول تغليظ شده ( تبلور)2- استخراج با حلالی که کمپلکس را در خود حل نمی کند3- اگر کمپلکس کاتيونی باشد با افزودن آنيون مناسب، نمک نامحلول را می توان جدا کرد. برای کمپلکس آنيونی از کاتيون مناسب استفاده می کنيم .

42. برای تهيه کمپلکس ها بايستی از خواص فلز و ليگاند آگاهی کامل داشت.نحوه واکنش فلز و ليگاندها از قواعد ترموديناميک، ممانعت فضايی، فشار الکتروستاتيک وبسياری ديگر از پارامترهای متاثر خواهد بود. وسايل مورد نياز مواد مورد نياز شيشه ساعت لوله آزمايش بشر ml 250 قيف بوخنر پيپت کاعذ صافی کاغذ تورنسل سولفات مس (II) 5 آبه سولفات آمونيم محلول آمونياک اتانول آمونياک 6 نرمال

43. 01/0 مول سولفات مس (II) 5 آبه را درml 15 آب حل کرده و به آن 01/0 مول سولفات آمونيم اضافه کنيد.آنرا با حرارت تغليظ کرده و روی ظرف را با شيشه ساعت پوشانده و در جای مناسبی نگه داريد. بعد از ته نشينی بلورها، مايع بالايی را به آرامی سرريز کرده و در نهايت بلورها را جدا کنيد. روش کار تهيه نمک مضاعف کوپريک آمونيوم سولفات 6 آبه CuSO4.5H2O + (NH4)2SO4 (NH4)2Cu(SO4) .6H2O

44. تهيه کمپلکس تتراآمين مس(II) سولفات يک آبه يک گرم سولفات مس 5 آبه را در ml 5 آب حل کرده و به آن آمونياک بيافزائيد تا رسوب 2(OH) Cu در آمونياک حل شود.به محلول ml 5/0 آمونياک اضافه کنيد. ml 5/2 اتانول به محلول اضافه کرده تا دو لايه از يکديگر جدا شوند. اين محلول را به مدت 24 ساعت در محلی قرار دهيد. بلورها را صاف کرده با کمی الکل شستشو دهيد.بعد آنها را روی کاغذ صافی خشک کنيد. CuSO4.5H2O + 4NH3 [Cu (NH3)4] (SO4), H2O + 4H2O

45. 1- 500 ميلی گرم سولفات مس 5 آبه را در يک لوله آزمايش حرارت دهيد.(رنگ سفيد) 3-2 قطره آب به آن افزوده و تغيير رنگ را مشاهده کنيد. سپس ml 5 آمونياک 6 مولار را به آن افزوده و تغييرات را مشاهده کنيد.(ابتدا هيدروکسيد مس (II) و سپس کمپلکس تتراآمين مس (II) تشکيل می شود. مقايسه برخی از خواص نمک ساده،نمک مضاعف و نمک کمپلکس

46. 2- مقداری از نمک مضاعف تهيه شده در آزمايش قبل را در ml 5 آب حل نمائيد. به روش مشابه محلول کمپلکس تهيه کنيد. رنگ دو لوله آزمايش را مقايسه کنيد. سپس هر دو لوله آزمايش را با ml 20 آب مقطر رقيق کرده و تغييرات را مشاهده نمائيد.( فقط در يکی از آنها رسوب هيدروکسيد مس آبی رنگ ظاهر می شود).

47. 3- مقدار کمی از نمکها را جداگانه در لوله آزمايش ريخته و به ملايمت حرارت دهيد. تغييرات رنگ را مشاهده نمائيد.گازی که از آنها خارج می شود را به کمک کاغذ تورنسل شناسايی کنيد.(آمونياک، آب و تری اکسيد گوگرد خارج می شود و اکسيد مس (II) سياهرنگ به وجود آمده که در نهايت به اکسيد مس(I) قرمز رنگ تبديل می شود .

48. شکل 7- ساختار چندين کمپلکس چهاروجهی تقارن Td هشت وجهی با آرايش Oh مسطح مربعی با تقارن D4h

49. آزمايش شماره 4 تهيه متاپريدات پتاسيم و تعيين درجه خلوص آن • هدف از اين آزمايش تهيه متاپريدات پتاسيم با استفاده از يدات پتاسيم، پرسولفات پتاسيم، هيدروکسيد پتاسيم و نيتريک اسيد غليظ 1:1 و تعيين در جه خلوص آن با استفاده از سنجش مقدار I2به وسيله تيوسولفات پتاسيم با نرماليته مشخص می باشد.

50. اکسواسيدهای هالوژندار فراوانی از قبيلHIO، HIO3 ، HIO4 ، H5IO6 و H4I2Oوجود دارند. پريداتها را از اکسايش يداتها به وسيله هيپوکلريت در محلولهای غليظ هيدروکسيد سديم تهيه می کنند و پاراپريدات دی سديم که انحلال پذيری بسيار کمی دارد و رسوب می کند. 2Na + IO-3 + OCl- + OH- + H2O Na2H3IO6 + Cl-