تهیــه زاج هـا و بـررسـی رشـد بلــورهـای آنهــا

آزمایش شماره 5

هدف: تهیه زاج کروم، زاج آهن با استفاده از واکنشگرهای لازم و بررسی رشد بلوری آنها

تئــوری

زاج ها نوعی نمک های مضاعف هستند. نمک های مضاعف وقتی حاصل می شوند که دو نمک با هم به نسبت

مولی ساده متبلور شوند. شکل و سيستم بلوری نمک حاصل با شکل بلوری دو نمک سازنده آن يکی است و واحد

های بلوری نمک های تشکیل دهنده در نمک مضاعف به نحوی قرار گرفته اند که بلوری با ساختمان پایدار ایجاد

می شوند. ولی برخلاف این نمک ها، زاج ها دارای فرم بلوری مخصوص به خود هستند و لزومی ندارد که شباهتی با

بلور نمک های سازنده خود داشته باشند. تفاوت دیگر زاج ها با نمک مضاعف این است که در ساختمان آنها دو

کمپلکس شرکت دارد. در صورتی که در نمک های مضاعف، يک کمپلکس با يک نمک ساده ترکیب می شوند.

پايداری کمپلکس های فلزی در محلول یک جنبه مهم شیمی فلزات در حالت محلول است.

ساختمان حلال و ماهیت حوزه های حلال پوشی گونه های حل شده موجود و واکنش های بین گونه ها و تعادل

های ناشی از آن همگی بر پایداری کمپلکس ها اثر می گذارند؛ همچنین کمپلکس هایی که اتم مرکزی آنها شعاع

یونی کوچک دارند، آهسته تر از آنهایی که یون های مرکزی بزرگتری دارند در واکنش شرکت می کنند. یون های

کوچک پر بار، پایدارترین کمپلکس ها را تشکیل می دهند. کمپلکس های پایدار آهن اکثرا هشت وجهی هستند؛

مانند [Fe(CN)6]3_، [Fe(NH3)6]2+، [Fe(CN)5NO]2_.

محلول آبی آهن(II)شامل یون هگزاآکوئوآهن(II)هشت وجهی([Fe(H2O)6]2+) است که رنگ آبی روشن

متمایل به سبزدارد.یک نمک مضاعف آهن(II)،نمک موربا فرمول6H2O، Fe(SO4)،(NH4)2SO4است

که در مقابل اکسایش در معرض هوا و از دست دادن آب تبلور کاملا پایدار است.

علاوه بر موارد ذکر شده، لیگندها نیز در پایداری کمپلکس ها نقش عمده ای دارند. لیگندهای چند دندانه ای

کمپلکس های پایدارتری از لیگندهای تک داندانه ای دارند.

همچنین هر اندازه قدرت بازی لیگندی بیشتر باشد گرایش آن لیگند به تشکیل کمپلکس های پایدارتر با فلزاتی چون

آهن بیشتر است. اما برخلاف کمپلکس های پایدار آهن، کلرورها و سولفات های مضاعف آهن در حلال های آبی

به یون های تشکیل دهنده شکسته می شوند. در اینگونه موارد دیگر صحبتی از کمپلکس نیست بلکه آنها را نمک

های مضاعف یا زاج ها می نامند. زاج ها فرمول عمومی MIMIII(SO4)2 . 12H2O را دارند که در آنها فلز

یک ظرفیتی می تواند فلزاتی چون کبالتIII، آهنIII، کرومIII، آلومینیمIII، تیتانیمIII و اسکاندیمIII

باشد. پایداری این گونه ترکیب ها در ارتباط با اندازه یون های فلزی است به طوری که یون های یک ظرفیتی بزرگ

می توانند زاج های پایداری را تشکیل دهند ولی هر قدر یون سه ظرفیتی بزرگتر باشد از پایداری زاج کاسته می شود.

دو کمپلکس تشکیل دهنده زاج ها از طریق یون های سولفات به هم متصل می شوند. بنیان سولفات از طریق اسید

سولفریک تثبیت می شود. هیبرید کمپلکس های تشکیل دهنده زاج ها از نوع Sp3d2 یا d2Sp3 است و شکل آنها

نیز هشت وجهی می باشد.

زاج ها وقتی در آب حل می شوند، طی مراحلی مولکول های آب از دست داده و در نهایت به یون های سازنده خود

تبدیل می شوند و دیگر به صورت کمپلکس نخواهند بود. چند زاج مهم عبارتند از: زاج کروم، زاج آلومینیوم و زاج

آهن.

FeSO4 + (NH4)2SO4 + H2SO4 + HNO3 è NH4Fe(SO4)2 . 12H2O

زاج آهن ( آمونیوم(I) آهن(III) سولفات . 12 آبه )

K2Cr2O7 + H2SO4 + C2H5OH è KCr(SO4)2 . 12H2O + CH3COOH

زاج کروم ( پتاسیم(I) کروم(III) سولفات . 12 آبه )

Al2(SO4)3 . 18H2O + K2SO4 è KAl(SO4)2 . 12H2O + H2O

زاج آلومینیوم ( پتاسیم(I) آلومینیوم(III) سولفات . 12 آبه )

برای بدست آوردن بلور های زاج ها، لازم است محلولی از مقادیر با اکی والان برابر از سولفات فلز سه ظرفیتی و

سولفات فلز یک ظرفیتی قلیایی را به حال خود گذاشت تا در دمای معمولی تبخیر شود. پس از تبخیر شدن حلال،

بلور های هشت وجهی زاج بدست می آید . ضمنا قرار دادن یک بلور درشت در محلول سیر شده و تشکیل بلور

درشت تر به رشد بلور کمک خواهد کرد. همگن بودن محلول نیز یکی دیگر از عوامل موثر در رشد بلور است.

یعنی رشد بلور زمانی خوب خواهد بود که غلظت کاتیون ها در همه نقاط یکسان باشد. بررسی رفتار زاج آلومینیوم

– پتاسیم که در اثر انحلال به یون های K+aq و [Al (H2O)6]3+aq و SO42_aq تبدیل می شود. یون هگزاآکو

آلومینیوم فورا قابل حل است، اما با پیشرفت زمان مخصوصا اگر دما بالا برود، میل خواهد داشت ضمن از دست

دادن پروتون طی مراحل زیر هیدروکسیل دار شود:

[Al(H2O)6]3+ è [Al(OH)(H2O)5]2+ + H+aq

[Al(OH)(H2O)5]2+ è [Al(OH)2(H2O)4]+ + H+aq

در این کمپلکس ها یک مول آب می تواند به وسیله یون SO42_جایگزین شود.

SO42_ + [Al(OH)(H2O)5]2+ è [Al(OH)(SO4)(H2O)4] + H2O

تبدیل محلول به محلول کلوئیدی احتمالا با تشکیل پل هیدروکسو همراه است.

این پل و سایر پل های دیگر از همین نوع ، پلیمر هایی با بزرگی نا معین می دهند که احتمالا به صورت رسوب هایی

جدا می شوند.تبدیل کمپلکس های محلول به رسوب با بازگشتن ازمحلول کلوئیدی،با افزایش PHتسریع می شود.

یک مشخصه این رسوب ها آن است که با شستشوی مکرر با آب، همه آنیون های SO42_ حذف نمی شوند. زیرا

این یون ها جایی را در قشرکئوردینانسیون کاتون Al3+ اشغال کرده اند و به طور ساده در سطح ذرات جذب

نشده اند.

زاج قهوه ای سزیم – رودیم [CsRh(SO4)2 . 12H2O]نیز در آب به طورمشابه عمل می کند؛ لیکن ترکیب

مذکور می تواند قسمتی از آب خود را از دست داده و ترکیب [CsRh(SO4)2 . 4H2O]قرمز را تولید نماید.

زاج ها و دیکر هیدرات ها را اغلب از نمک های کمپلکس متمایز می کنند وآنها را ترکیب های شبکه ای می نامند.

اما واضح است که تشخیص دقیق همیشه ممکن نیست.مثلا در[PtCl6]جامد،یونها ی هشت وجهی[PtCl6]2_

وجود دارد. در صورتی که ترکیب KMgF3، بدون یون های کمپلکس مستقل بوده و دارای ساختمان پروسکیت

است.

این مواد همه متحدالشکل، مزه آنها شیرین، معمولا در آب محلولند و در اثر هیدرولیز واکنش اسیدی ضعیف دارند.

کاتیون سه ظرفیتی(مثل Al) ممکن است با فلزات هم ظرفیت مانند آهن، کروم و منگنز جابجا شود و زاج مخلوط

تولید کند.

مصــارف و کاربرد هـــا

* زاجها را براي انداختن ترشي و شور، براي تصفيه ي آب و فاضلاب، براي سيمان ضد آب، براي كاغذ سازي و به

عنوان عوامل ايجاد كف در كفهاي آتش نشاني به كار مي برند. به عنوان مثال، آلومينيم سولفات جز زاج ها است.

كه براي تصفيه آب به كار مي رود.

* اضافه کردن زاج برای سفید کردن سطح نان. درطب سنتي براي درمان زخم هاي دهاني و دباغی مورد استفاده

قرار مي گیرد.

* در رنگرزی به عنوان دندانه مخصوصا در پشم ها سبب پذیرش رنگ.

* در صنایع غذایی براي تهيه مربا و شربت کاربرد دارد.

* درزمینه پزشکی وتهیه ی لوازم آرایشی و بهداشتی و زيبايي براي پوست هاي چرب استفاده می شود.

* از زاجها در صنعت دباغي نيز به طور گسترده استفاده مي شود. پوست از نظر شيميايي پليمري است از اسيدهاي

آمينه كه آنها را اصطلاحا پروتئين مي‌نامند. اسيدهاي آمينه از طريق پيوندهاي پپتيدي براحتي مي‌توانند تحت تاثير

ميكرو ارگانيسم و عوامل بيروني ديگر قرار گيرند. در اين صورت زنجير پروتئين گسسته شده و پوست كيفيت

طبيعي خود را از دست خواهد داد. از اين رو براي جلوگيري از هجوم و نفوذ ميكرو ارگانيسمها و عوامل موثر

بيروني در پوست بايد تغييراتي كه تغيير اساسي در ماهيت پوست وارد نكند بر روي آن بوجود آورد اين عمليات را

دباغي پوست گويند. دباغي با مواد گياهي از قسمتهاي مختلف گياه يعني پوست، تنه، برگ، شاخه، ميوه و ريشه

گياهان مي‌توان مواد دباغي تهيه كرد. از آن جمله مي‌توان پوست درخت صنوبر، كاج، بلوط، فندق، كائوچو، سماق

و … را نام برد. براي تهيه عصاره يا جوهر دباغي، مواد مذكور را با روشهاي ويژه‌ در آب مي‌خيسانند. در اين عمل

مواد جامد و مواد محلول براي دباغي بدست مي‌آيد. به مواد جامد مقداري بي‌سولفيت سديم اضافه مي‌كنند تا اين

مواد را حل كند.

* دباغي با كروم: بر عكس مواد دباغي گياهي كه منشا گياهي دارند، دباغي با نمكهاي كروم منشا معدني داشته و

براي پوست‌ها سبك كارايي دارد. براي تهيه مواد دباغي با كروم از سنگ معدن كروميت {متشكل از %68 اكسيد

كروم ( III) و %32 اكسيد آهن ( II)} استفاده مي‌شود. دوام پوست دباغي شده با نمك كروم حدود سه برابر

دوام پوست دباغي شده با مواد گياهي است.

زاج هاي رنگي، نامهايي است كه به برخي از نمكهاي سولفات فلزات (به علت رنگ آنها) نسبت مي دهند . به

عنوان مثال مس(II) سولفات CuSO4 . 5H2O را زاج آبي مي نامند. نمك اپسوم يا زاج سرخ به منيزيم

سولفات MgSO4 . 7H2Oاتلاق مي شود. زاج سبز نيز آهن(II) سولفات FeSO4 . 7H2Oمي باشد.

* در صنعت دباغی برای جلوگیری از هجوم و نفوذ میکروارگانیسم ها و عوامل بیرونی در پوست از مواد شیمیایی

مختلفی استفاده می کنند که یکی از آن موارد زاج سفید است که به علت بی رنگ بودن اثری بر روی موی خز باقی

نمی گذارد.

* از زاج سیاه یا سولفات آهن در رنگرزی استفاده میکنند که باعث تیره شدن رنگ ها میگردد.

* زاج سبز یا کات کبود برای دندانه کردن پشم به مقدار محدود استفاده می شود بعلاوه در صنعت رنگرزی برای

رنگرزی رنگ های روشن به کار می رود. زاج سبز روی پشم اثر نموده و از استقامت آن می کاهد و پشم را زبر و

شکننده میکند.

* یکی از کاربرد های سولفات آلومینیوم این است که به عنوان منعقد کننده و برای حذف مواد آلی و کدر کننده

آب با هزینه ی پایین و کاربری بالا در تصفیه آب و فاضلاب ها استفاده می شود.

* زاج نیز هم‌چون برخی گیاهان از ادویه ضد عفونت می‌باشد چون دارای مواد قابضه می‌باشد. جسمی معدنی بلوری

و در اثر تأثیر مواد معدنی به رنگ‌های متفاوت دیده می‌شود.

* در صنعت مرکب‌سازی به‌کار می‌آید.

* کاربرد اسید سولفوریک: تولید کودهای شیمیایی، تصفیه مواد نفتی، صنایع شیمیایی، صنعت آهن و فولاد، مواد

منفجره و ... به مصرف می رسد. همچنین در فرآیند آنودایزینگ آلومینیوم از غلظت های متفاوت این اسید به عنوان

الکترولیت استفاده می شود.

اسید سولفوریک در زمره مواد خطرناک قرار دارد. واین ماده شیمیایی، خورنده و واکنش دهنده است در فهرست

موادی که از نظر سلامت جسمانی دارای خطرات خاص می باشد.

تماس با این ماده می تواند باعث تحریک شدید و سوختگی پوست و چشم ها گردد که آسیب چشم ها ممکن است

به ضایعات چشمی و حتی نابینایی منجر گردد. استنشاق اسید سولفوریک می تواند باعث تحریک مخاط بینی و حلق

گردد. استنشاق اسید سولفوریک می تواند از طریق تحریک ریه ها باعث بروز سرفه و یا تنگی نفس گردد.

در سطوح بالاتر در معرض بودن با این ماده می تواند باعث آب آوردن ریه ها (ادم ریوی) شود که یک حالت

اورژانس پزشکی است و با تنگی نفس شدید همراه می باشد.

عوارض جانبی: اسید سولفوریک ممکن است عوارض مزمن (طولانی مدت) ایجادنماید و این عوارض حتی ممکن

است برای ماهها و یا سالها پایدار باقی بماند:اسید سولفوریک می تواند تحریک ریه ها شود. تماس مکرر با این ماده

ممکن است به بروز برونشیت منجر شود که برای بیمار سرفه، خلط و یا تنگی نفس به همراه دارد.

تماس مداوم با اسید سولفوریک می تواند باعث آسیب پایدار و برگشت ناپذیر ریه ها، آسیب به دندانها و تحریک

معده گردد.

نتیجه گیری

* دمای واکنش نباید از 40 0Cبیشتر باشد؛ زیرا در دمای زیاد آلدئید های حاصله به علت نقطه ی جوش کمی که دارند تبخیر شده و محیط آزمایشگاه را سمی می کنند؛ همچنین دمای زیاد باعث تبخیر آب شده که این عمل باعث کاهش راندمان می شود.

* نوع بلور زاج ها هشت وجهی می باشد.

* برای تهیه بلور درشت ترو عوامل موثر در رشد بلوری:

- قرار دادن یک بلور درشت در محلول سیر شده (هسته اولیه) به تشکیل بلور درشت تر و رشد بلور کمک میکند.

- خراشیدن ته ظرف از عومل دیگر در تسریع تشکیل بلور می باشد.

- همگن بودن محلول از عوامل دیگر در رشد بلورهاست.

- یکسان بودن غلظت کاتیون ها در سرتاسر محلول به رشد بهتر بلور کمک میکند.

عواملی همانند سرد کردن آرام بلورها، گرم کردن در دمای پایین (آغاز کردن گرما از دماهای کمتر)، استفاده از

محلول های رقیق، گذاشتن یک بلور درشت در محلول سیر شده وهمگن بودن محلول (یکسان بودن غلظت

کاتیونها در همه محلول) در تهیه بلوری درشت و یکدست موثر است.

منابع ایجاد خطا

- افزودن اتانول به مقدار زیاد

- افزودن آب به میزان زیاد

- اشتباه در تعیین نقطه ی پایانی به علت خطا در رویت رنگ سبز

- بالا رفتن دماي محلول بيش از 40 درجه سانتيگراد

style=2 Baranp class=

تهیــه زاج هـا و بـررسـی رشـد بلــورهـای آنهــا

مطالب مشابه :

زاج ها و کاربرد آن ها در ...

گزارش کار تهیه ی زاج کروم

گزارش کار کاملِ تهیه ی زاج کروم

گزارش کار تهیه ی زاج کروم

تهيه زاج كروم

تهیــه زاج هـا و بـررسـی رشـد بلــورهـای آنهــا

نمکهای زاج