ضریب شکست مانند دانسیته ، نقطه ذوب و نقطه جوش یکی از ثابت های فیزیکی کلاسیک است که می تواند جهت توصیف یک گونه شیمیایی بکار رود . در حالیکه ضریب شکست یک خاصیت غیرویژه است ، ولی تعداد کمی از اجسام هستند که در یک طول موج و دمای معین ، ضرایب شکست یکسانی دارند ، بنابراین این خاصیت جهت تائید هویت یک ترکیب و تعیین خلوص آن مفید است .  همچنین  اندازه گیری  ضریب  شکست  همراه  با  دیگر  اندازه گیریها اطلاعاتی در مورد ساختمان و وزن مولکولی اجسام بدست می دهد .

امروزه رفراکتومتر در صنعت کاربرد زیادی پیدا کرده است ، بطوریکه از این دستگاه برای تعیین غلظت کربوهیدراتها ، گوگرد در لاستیک ، سیلیسیوم در شیشه های سیلیکاتی ، تخمین درجه سیرناشدگی روغنهای نباتی و همچنین تعیین درصد کربن در ترکیبات آلی و نفتی بکار می رود .

ضریب شکست

یکی دیگر از راههای شناسایی و تشخیص ترکیبات آلی استفاده از ثابت فیزیکی ضریب شکست نور در یک مایع مجهول میباشد. سرعت انتقال نور در محیطهای مختلف متفاوت است. انحراف شعاع نور در هنگام عبور از حد فاصل دو محیط مختلف یکی از نتایج مستقیم و قابل رویت این اختلاف است. انحراف نور به علت تغییر سرعت آن است. زاویه شکست نور (زاویه انحراف) به دانسیته محیط، نوع مولکولهای موجود، درجه حرارت محیط و طول موج نور بستگی دارد. چنانچه محیطی مانند هوا به عنوان مقیاس انتخاب شود و زوایای شکست با یک طول موج یکنواخت در یک درجه حرارت یکسان اندازه گیری شود، در این صورت زوایای اندازه گیری شده یکی از خواص محیط ثانوی در حد فاصل مربوط است و میتوان از آن به عنوان یک خصلت مشخص جسم سازنده آن محیط استفاده کرد. مقداری که عملا به صورت ثابت فیزیکی یک مایع گزارش میشود، زاویه شکست آن نیست بلکه ضریب شکستی (n) است که از معادله زیر تعیین میشود: n=sin i / sin p در اینجا i زاویه ای است که نور ورودی (در هوا) با خط عمود بر سطح حد فاصل میسازد و p زاویه ای است که نور شکسته شده (در مایع) با این خط به وجود می آورد. نور تکفام مقادیر دقیق تری از نور معمولی میدهد و از این جهت ضرایب شکست را اکثرا نسبت به خط D سدیم (598.3 mμ = λ طول موج) گزارش میکنند. این نور را به صورت پایه و درجه حرارت را به صورت توان نشان میدهند (مانند nD20 = 1.3330). رفراکتومتر Abbe دستگاهی است که غالبا شیمیدانها از آن استفاده میکنند. در این رفراکتومتر از نور معمولی به عنوان منبع نور استفاده میشود، ولی با یک موازنه ای که در یک سیستم منشوری به عمل می آید، ضریب حاصل نسبت به خط D سدیم به دست می آید.

 چرا شکست اتفاق می افتد؟

انتشار نور در محیط ها به کمیات فیزیکی محیط ها وابسته است وقتی نور از محیطی با گذر دهی الکتریکی (e1) و تراوایی مغناطیسی (m1) به محیطی با گذر دهی الکتریکی (e2 ) و تراوایی مغناطیسی (m2) گذر می کند با یک کمیات فیزیکی محیطی جدیدی روبرو می شود و سرعت غیر یکسانی در این دو محیط دارد از طرفی تغییرات سرعت هم با کمیات محیط (e,m)در ارتباط هست هم با کمیت اصلی محیط ضریب شکست (n)در ارتباط هست.پس ضریب شکست که از کمیات مهم نوری به حساب می آید از محیطی به محیط دیگر تعییر می کند بنابراین سرعت و مسیر پرتو نیز تغییر خواهد کرد.

ایمنی در آزمایشگاه آزمایشگاه شیمی محلی است که در آن احتمال خطر وجود دارد. این محل محتوی مایعات قابل اشتعال، ظروف شیشه ای شکننده و مواد شیمیایی خورنده و سمی است. با این حال اگر پیشگیری و دقت به عمل آید از یک آشپزخانه خطرناکتر نیست. معمولترین خطرات در یک آزمایشگاه شیمی عبارتند از: 1- آتش سوزی و انفجار 2- مواد شیمیایی 3- ظروف شیشه ای   پیشگیری از آتش سوزی و انفجار 1- در صورت امکان از بکار بردن شعله در آزمایشگاه اجتناب کنید 2- چنانچه لازم است از شعله استفاده کنید پیشگیریهای زیر را به عمل آورید الف) هرگز یک مایع قابل اشتعال را در ظرف باز حرارت ندهید. ب) هنگامی که مایع قابل اشتعالی را در حالت تقطیر یا رفلاکس حرارت می دهید اطمینان حاصل کنید که تمام رابطها محکم و عاری از فشار باشند. ج) هرگز مایعات قابل اشتعال را در نزدیکی شعله از ظرفی به ظرف دیگر منتقل نکنید. د) هرگز نگذارید که یک محصول تقطیر قابل اشتعال، در نزدیکی شعله آزادانه از خنک کننده به ظرف گیرنده ای که چند اینچ پایین تر از آن است بچکد. 3- هرگز دستگاه بسته ای را که در برابر فشار مسدود شده، حتی اگر خنک کننده هم داشته باشد حرارت ندهید. 4- هنگامی که واکنش گرمازایی را انجام می دهید یک حمام آب سرد یا آب یخ تهیه کنید که اگر واکنش بخواهد از کنترل خارج شود از آن استفاده کنید. 5- محل نزدیکترین کپسول آتشنشانی را یاد بگیرید. 6- هیچگاه به یک مایع جوشان سنگ جوش یا جامد دیگری اضافه نکنید. 7- محلولهای اتری را تا مرحله خشک شدن حرارت ندهید.   پیشگیریهای شیمیایی 1- تا جایی که ممکن است نگذارید مواد شیمیایی با پوست شما تماس پیدا کند. و در صورت تماس موضع تماس را با مقدار زیاد آب یا هر ماده شستشو دهنده مناسب بشویید. 2- هرگز ماده شیمیایی را نچشید. 3- تا جایی که ممکن است از استنشاق دود و بخارهای مواد شیمیایی و حلالها اجتناب کنید.

علائم در آزمايشگاه شيمي علامت معني انگليسي معني فارسي   HAZARD مضر، خطرناك   FLAMMABLE SOLID جامد آتشگير   DANGEROUS WHEN WET خطرناك موقع مرطوب شدن   FLAMMABLE GAS or FLAMMABLE LIQUID مايع يا گاز آتشگير   POISON سمي   CORROSIVE خورنده   BIOHAZARD خطر بيوشيميايي   RADIOACTIVE راديو اكتيو (پرتوزا)

5گرم اکسید کلسیم رادر150میلی لیتر آب حل کنید. این محلول کدر، شیرآهک نامیده می شود. شیر آهک را با کاغذ صافی، صاف کنید. محلول صاف شده کاملا شفاف، آب آهک است0

 

2- تهیه محلول لوگل

برای تست نشاسته، بی حرکت کردن تاژکداران و مشخص کردن هسته یک گرم یدورپتاسیم را با 25/0 گرم ید جامد مخلوط کرده و در100سی سی الکل صنعتی حل می کنیم.

 

3-تهیه محلول ید

برای رنگ آمیزی سلول های پوششی دهان و تست نشاسته 25/0 گرم ید جامد را در 100سی سی الکل صنعتی حل می کنیم.

 

4-تهیه محلول تورنسل

معرف اسیدهاو بازها

یک گرم تورنسل را در کمی آب مقطر حل کرده و حجم آنرا به 100سی سی می رسانیم.

 

5-تهیه محلول هلیانتین(متیل اورانژ)

معرف اسید و بازها

یک دهم گرم آن را در100سی سی آب مقطرحل می کنیم.

 

6-تهیه محلول فنل فتالئین

2گرم پودر فنل فتالئین رادر50سی سی الکل حل کرده با آب مقطر به100سی سی می رسانیم.

 

7-تهیه محلول نیترات نقره

برای شناخت نمک درعرق- آب معمولی و...

یک گرم پودر نیترات نقره را در100سی سی آب مقطرحل می کنیم و در شیشه های تیره نگهداری مس کنیم.

 

8-تهیه محلول گیمسا

برای رنگ آمیزی گلبول های سفید

یک گرم پودر گیمسا را با 60 سی سی گلیسیرین مخلوط نموده و به مدت 1ساعت در گرم خانه 60 درجه گرما نگهداری می کنیم. پس از خروج 66 سی سی الکل متیلیک 97درجه به به آن اضافه می کنیم. این محلول به نام محلول ذخیره گیمسا است . به هنگام استفاده 5/2سی سی از این محلول را با 3سی سی الکل متیلیک مخلوط کرده و 100 سی سی آب مقطر به آن اضافه می کنیم.

 

9- تهیه محلول فوشین قلیایی

برای رنگ آمیزی بافت های سلولزی در مدت 5 ثانیه

یک گرم فوشین قلیایی را در100سی سی الکل95 درجه حل کرده و 100سی سی آب مقطر به آن اضافه می کنیم.

 

10- تهیه محلول کارمن زاجی

برای رنگ آمیزی بافت های سلولزی در مدت 15دقیقه

برای رنگ کردن بافت های سلولزی به مدت 2-1دقیقه در یک بشر به حد اشباع زاج پتاس در آب حل می کنیم و بوسیله چراغ الکلی آن را به جوش می آوریم سپس یک گرم کارمن قرمز را در هاون سایئده به زاج در حال جوش اضافه می کنیم.10دقیقه بجوشد و پس از سرد شدن آن را با کاغذ صافی، صاف کرده و چند قطره اسید فنیک (برای جلوگیری از فساد) به آن اضافه می کنیم.

 

11- تهیه چسب نشاسته

یک گرم نشاسته را در 100سی سی آب مقطر ریخته و بهم می زنیم. سپس تا نقطه جوش حرارت داده و توسط کاغذ صافی، صاف می کنیم.

 

12- تهیه آب ژاول

برای از بین بردن ترکیبات داخل سلول

در یک شیشه مقداری پر منگنات پتاسیم ریخته و دهانه شیشه را به وسیله چوب پنبه دو سوراخه می بندیم .از یکی از سوراخ های آن بوسیله بورت شیر دار که در آن اسید کلرید ریک ریخته ایم اسید به پر منگنات اضافه می کنیم. از سوراخ دیگر چوپ پنبه لوله خمیده ای عبور می دهیم که سر دیگر آن در داخل سود سوز آور در داخل یک ارلن وارد شود. اسید با پر منگنات کلر آزاد کرده است و کلر با سود سوز آور ترکیب شده و هیپو کلرید سدیم می دهد.

 

13. تهیه محلول سولفات مس

  برای شناخت پروتئین

  یک گرم سولفات مس (کات کبود) را در cc 100 آب مقطر حل می کنیم .

 

 14. تهیه سولفات مس بدون آب

  حدود 5 گرم سولفات مس آبی رنگ را در یک لوله آزمایش ریخته و روی شعله  آنقدر حرارت می دهیم تا پودر آبی رنگ سفید شود .

 

15.تهیه محلول سود 10%

  برای تست پروتئین

10 گرم سود جامد را با ترازو وزن کرده سپس آنرا در100 آب مقطر حل کرده و خوب بهم می زنیم .

 

 16 . تهیه محلول پتاس 5%

co2 برای جذب

20 گرم پتاس جامد را وزن کرده و آن را در 400 سی سی آب حل می کنیم. 

                                             

17- تهیه اسید کلریدریک 5/0 نرمال

500سی سی آب مقطر را با 5/21 سی سی اسید کلرید ریک تجاری مخلوط می کنیم.

 

18- تهیه اسید کلریدریک 1 نرمال

100سی سی اب مقطر را با1/8 سی سی اسید کلرید ریک تجاری مخلوط می کنیم.

 

19- تهیه محلول بیکربنات پتاسیم

برای دفع Co2

5 گرم بیکربنات پتاسیم را در 100سی سی آب مقطر حل می کنیم.

 

20- تهیه آبی تولوئیدین

برای رنگ آمیزی کرو موزوم ها

نیم گرم پودر آن را در100سی سی آب مقطر حل می کنیم.

 

21- تهیه استو کار من

برای رنگ آمیزی کروموزم ها

یک گرم کارمن را در 55  سی سی آب مقطرمی جوشانیم.

 

22- تهیه برم تیمول بلو

یک گرم پودر برم تیمول را در یک لیتر آب مقطر حل کرده و یک یا دو قطره آمونیک به آن اضافه می کنیم.

 

23- تهیه بلودومتیل

نیم گرم پودر تجاری بلودومتیل را در یک لیتر آب مقطر حل می کنیم.

 

24- تهیه سبز ید

برای رنگ آمیزی بافت های سلولزی در30 ثانیه

یک گرم سبز ید را در100سی سی الکل 70 درجه حل می کنیم.

 

25- تهیه محلول گلوکز%1

یک گرم گلوکز را به مقداری آب اضافه کرده و حجم آن را به100 سی سی می رسانیم.

 

26- تهیه کشت مخمر

یک گرم پودر گلوکز را در 100 سی سی آب حل کرده یک قاشق چایخوری خمیرترش نان به آن اضافه کنید و هم بزنید.این ظرف را به مدت یک ساعت در حرارت37درجه قراردهید.

 

27- تهیه کشت پارامسی

مقداری یونجه را درظرفی خیس کرده(بهتر است یونجه ها رادریک تا دو هفته قبل از آزمایش خیس کرد و در حرارت هوای آزمایشگاه قرارداد.)

 

28- تهیه محلول پپسین

6 گرم پودر پپسین رادر150سی سی آب درون یک بشر کوچک حل می کنیم.

 

29- تهیه معرف بیوره

4 گرم سود را در500 سی سی آب مقطر حل می کنیم سپس3 گرم سولفات مس آبدار به آن اضافه کرده پس از افزودن 5 گرم یدور پتاسیم به محلول 9گرم تارتارات مضاعف سدیم و پتاسیم اضافه کرده و خوب هم زده محلول حاصله آبی رنگ است.در صورت ظاهر شدن رسوب سیاه یاقرمز محلول،خراب است.

 

30- تهیه محلول قرمز کنگو

برای رنگ کردن بافت های سلولزی

یک گرم پودر آن را در 100سی سی آب مقطر حل می کنیم.

 

31- تهیه قرمز خنثی

برای مشاهده واکوئل های درپارامسی

یک گرم پودر آن را با 100 سی سی آب مقطر مخلوط کرده و به هم زده تا محلول یک در صد بوجود بیاید .

 

32- تهیه محلول فیکساتور

برای نگهداری بافت های گیاهی در ان مقدار 150 سی سی الکل 90 درجه را با مقدار 100 سی سی فرمل 5% مخلوط کرده بعد مقدار 50 سی سی گلیسیرین به آن می افزاییم .

 

 33- تهیه محلول سبز متیل

برای رنگ کردن بافت های چوبی گیاهان در مدت 30 ثانیه

یک گرم پودر تجارتی را در 10 سی سی الکل 70 درجه حل کرده و با آب مقطر حجم آن را به 100 سی سی میرسانیم .

 

 34- تهیه محلول بندکیت کیفی

173 گرم سیترات سدیم و 100 گرم کربنانت  سدیم بی اب را در800 سی سی آب مقطر به کمک گرما حل می کنیم . در ظرف دیگری 3/17 گرم سولفات مس متبلور در 100 سی سی آب مقطر حل کرده به تدریح  به محلول سیترات کربنات اضافه می کنیم و حجم محلول را به یک لیتر می رسانیم.

 

35- تهیه فهلینک

برای شناخت گلو کز

34 گرم سولفاد مس متبلور را در مقدار کمی اب مقطر به کمک حرارت حل کرده و حجم ان را به500 سی سی می رسا نیم.

 

36- تهیه فهلینگ

 برای شناخت گلوکز

173 گرم تارتارات سدیم و پتاسیم را (نمک راشل) در کمی آب حل کرده و 100سی سی سود 15% بدان می افزائیم و حجم محلول را به 500 سی سی  می رسانیم.

 

37- تهیه محلول بیسمارک

یک گرم پودر قهوه ای بیسمارک را در100سی سی الکل 80 درجه حل می کنیم.

 

38- تهیه اسید کلریدریک رقیق

اسید کلریدریک 37% را توسط یک استوانه مدرج برداشته داخل بشر حاوی 150 سی سی آب مقطر می ریزیم . این اسید برای آزمایش هضم پروتئین می باشد .

 

39- تهیه محلول جهت شمارش گلبول های قرمز

1/. گرم نمک طعام ، 5/3 گرم سولفات سدیم ، 25/. گرم کلرور جیوه ، حجم آنها را با  آب مقطر به 100 سی سی می رسانیم .

 

40- محلول 30% کلرور کبالت

برای مشاهده اثر روزنه ها

30 گرم بلور کلرور کبالت را با 100 سی سی آب مقطر پس از حل کردن آن را صاف می کنیم .

 

41- تهیه سود رقیق

برای هضم پروتئین ها

4 گرم سود را در مقداری  آب حل کرده و حجم آن را به یک لیتر می رسانیم .

 

42- تهیه معرف تالن (محلول نیترات نقره آمونیاکی)

به 3 سی سی محلول نیترات نقره 3 قطره محلول سود اضافه کنید . رسوب قهوه ای  رنگ  Hg₂o  تولید می شود .سپس محلول آمونیاک به آن بیافزایید تا رسوب حل شود .

 

43- تهیه معرف شیف

1/. گرم فوشین در 100 سی سی آب مقطر به این محلول گاز  so₂ سولفیت سدیم و کمی  Hcl  اضافه می کنیم .

 

44- تهیه محلول لوکاس

برای تشخیص انواع الکل ها

17گرم کلرید روی بدون آب مذاب شده را در 5/11 میلی لیتر محلول  Hcl  37% حل کرده و به هم زده و بعد در دسیکاتور خشک شده و دیگر بخارات اسید از آن بلند نشود استفاده می کنیم.

در حالت کلی سینتیک شیمیایی را می‌توان علم مطالعه سیستمهای ناظر بر تجزیه شیمیایی و یا تغییر حالت مولکولها دانست. به عبارت دیگر سینتیک را می‌توان علم مکمل ترمودینامیک دانسته و سیستمهایی را که توزیع انرژی آنها با زمان تغییر می‌نماید مطالعه کرد. نظریه‌هایی که اثرات متقابل شیمیایی را توجیه می‌کنند بطور گسترده‌ای بر اساس نتایج تجربی پایه گذاری شده‌اند که با روشهای ترمودینامیکی و سینتیکی به دست می‌آیند.

نگاه اجمالی

با یک نگرش سطحی می‌توان مشاهده نمود که برخی از واکنش های شیمیایی آنی بوده و تعدادی کند یا بی‌نهایت کند هستند. همچنین شدت بعضی از واکنشها در آغاز زیاد است، رفته رفته آهسته می‌گردند، برعکس برخی از واکنشها به کندی شروع شده و سپس شتاب می‌گیرند، سینتیک عامل زمان را در واکنشهای شیمیایی مطرح و مورد بحث قرار می‌دهد.

تاریخچه

از نظر تاریخی مطالعه سرعت واکنشها یکی از قدیمی‌ترین موضوعات شیمی فیزیک بوده است. و نزل در سال 1777 سرعت انحلال فلزات را مطالعه کرد. ویلهمی در سال 1850 هیدرولیز بوسیله اسیدها را مورد بررسی قرار داد و به این نتیجه رسید که سرعت واکنشهیدرولیز ساکاروز متناسب با غلظت ساکاروز تجزیه نشده است.

ویلهمی را می‌توان پایه گذار سینتیک نامید. درسال 1862 برتلو و سن ژیل نیز نتایج مشابهی روی هیدرولیز استرها در محیط اسیدی داشتند، سرانجام درسال 1863 گولدبرگ و واگ نتایج فوق را تعمیم داده و به صورت قانون اثر غلظت‌ها بیان کردند.

مطالعات اولیه سینتیک

اولین مطالعات در سینتیک شیمیایی مربوط به اندازه گیری سرعت واکنشها بوده و برای رسیدن به هدف اصلی با توجیه این سرعتها به شناخت مکانیسم کامل واکنش مورد مطالعه پی می‌بریم. البته از آنجا که سرعت اندازه گیری شده یک حالت آماری متوسط مولکولهای شرکت کننده در واکنش می‌باشد، سینتیک شیمیایی اطلاعی از حالت انرژیتیکی یا وضع فضایی مولکولها را بطور جداگانه ارائه نمی‌دهد ولی با این وصف مطالعه جنبشی واکنشهای شیمیایی در تفکیک مکانیسمهای پیچیده به مراحل ساده ، دارای توانایی و قدرت قابل توجهی می‌باشد.

مکانیسم کلی واکنشهای پیچیده‌ای که واکنشگرها تغییرات مرحله‌ای انجام می‌دهند، تنها با مطالعه سینتیکی سرعت یعنی فرایند حاکم بر واکنش از طریق مطالعه سینتیکی قابل تشریح می‌باشد.

استفاده همزمان از عوامل ترمودینامیکی و سینتیکی

ترمودینامیک شیمیایی هم مانند سینتیک شیمیایی شاخه مهمی از شیمی فیزیک است. در ترمودینامیک عامل زمان ، در کار نیست و در آن از تعادل و حالت ابتدایی و انتهایی سیستم بحث می‌شود. بی آنکه از سرعت رسیدن به تعادل سخن گفته شود. در بیشتر موارد عملی اکثر اطلاعات مورد نیاز با استفاده همزمان از عوامل ترمودینامیکی و سینتیکی بدست می‌آید. برای مثال در فرایندهای برای تهیه آمونیاک داریم:

زمانی که واکنش گرمازا باشد طبق اصل لوشاتلیه تهیه آمونیاک در فشار بالا و دمای پایین امکانپذیر است. ولی عملا در دمای سرعت واکنش به اندازه‌ای کند است که به عنوان یک فرایند صنعتی مقرون به صرفه نمی‌باشد. لذا اگر چه در فرایند‌ هابر با استفاده از فشارهای زیاد تعادل در جهت تولید آمونیاک پیشرفت می‌کند، عملا در حضور کاتالیزور و دمای (عوامل ترمودینامیکی) سرعت رسیدن به تعادل به مراتب افزایش می‌یابد. در نتیجه برای مشخص نمودن شرایط انجام این واکنش از عوامل ترمودینامیکی و سینتیکی استفاده می‌شود.

تفاوتهای سینتیک و ترمودینامیک

علم ترمودینامیک بیشتر مبتنی بر تغییر انرژی و آنتروپی است که معمولا همراه با تغییر در سیستم می‌باشد و با استفاده از انرژی آزاد یک واکنش و همچنین ثابت تعادل آن امکان انجام یا عدم انجام یک واکنش شیمیایی را پیش‌بینی می‌کند. اما نتایج ترمودینامیکی به هیچ وجه نمی‌تواند سرعت تغییرات شیمیایی و یا مکانیسم تبدیل واکنش دهنده‌ها اطلاعاتی به ما بدهد. به عنوان مثال اکسیژن و نیتروژن موجود در جو زمین می‌توانند با آب اقیانوسها وارد واکنش شده و اسید نیتریک رقیق تولید کنند.

بر اساس اطلاعات ترمودینامیکی ، این واکنش به صورت خودبه‌خودی می‌تواند انجام شود. اما طبق اطلاعات سینتیکی خوشبختانه سرعت آن خیلی کم می‌باشد. تفاوت مهم دیگر بین سینتیک و ترمودینامیک این است که طبق اصول اساسی ترمودینامیک مقدار ثابت تعادل برای واکنشها مستقل از مسیری است که واکنش دهنده‌ها را به فراورده تبدیل می‌کند اما در سینتیک مسیر واکنش بسیار اهمیت دارد، زیرا کلیه مراحل و مکانیسم واکنشهای شیمیایی را تشکیل می‌دهد.

سرعت واکنش ، عبارت از تغییر غلظت هر یک از مواد اولیه یا مواد حاصل نسبت به زمان انجام واکنش است.

نگاه کلی

سرعت یک واکنش ، روند تبدیل مواد واکنش دهنده به محصول در مدت زمان معینی را نشان می‌دهد. سرعت واکنشها یکی از مهمترین بحثها در سینیتیک شیمیایی است. شیمیدانها همیشه دنبال راهی هستند که سرعت واکنش مفید را بالا ببرند تا مثلا در زمان کوتاه بازده بالایی داشته باشند و یا در پی راهی برای کاهش سرعت یا متوقف ساختن برخی واکنشهای مضر هستند. بعنوان مثال رنگ کردن سطح یک وسیله آهنی روشی برای متوقف ساختن و یا کم کردن سرعت زنگ زدگی و جلوگیری از ایجاد اکسید آهن است.

طبقه بندی واکنشها برحسب سرعت

هدف از مطالعه سرعت یک واکنش این است که بدانیم آن واکنش چقدر سریع رخ می‌دهد. ترمودینامیک شیمیایی ، امکان وقوع واکنش را پیش‌بینی می‌کند، اما سینتیک شیمیایی چگونگی انجام یک واکنش و مراحل انجام آن و سرعت پیشرفت واکنش را بیان می‌کند. از لحاظ سرعت ، واکنشها به چند دسته تقسیم می‌شوند:

1. واکنشهای خیلی سریع که زمان انجام این واکنشها خیلی کم و حدود 0,0001 ثانیه است.
   
   
2. واکنشهای سریع که زمان انجام این واکنشها کم و در حدود حساسیت انسان به زمان (ثانیه) است.
   
   
3. واکنشهای معمولی ، اکثر واکنشهایی که در آزمایشگاهها با آنها سر و کار داریم از این نوع هستند و در حدود دقیقه‌ها یا چند ساعت طول می‌کشند.
   
   
4. واکنشهای کند که در حدود روزها و هفته‌ها طول می‌کشند.
   
   
5. واکنشهای خیلی کند که در حدود سالها و قرنها طول می‌کشند.
   
   

فقط تعداد اندکی از واکنشهای شیمیایی در سراسر فرآیند با سرعت ثابتی پیش می‌روند. بیشتر واکنشها در آغاز واکنش که غلظت واکنش‌دهنده‌ها بالا است با سرعت پیش رفته و با کم شدن غلظت از سرعت کاسته شده و با کامل شدن واکنش به صفر می‌رسد. برخی از واکنشها هم سرعت آنها پس از مدتی ثابت می‌ماند. چنین واکنشهایی ، واکنشهای تعادلی نام دارند.

عوامل مؤثر بر سرعت واکنش

عوامل گوناگونی بر سرعت واکنش تاثیر دارند که بطور مختصر در مورد هر کدام توضیحی ارائه می‌شود.

حالت فیزیکی واکنش دهنده‌ها

برای انجام یک واکنش ، واکنش‌دهنده‌ها باید با هم مخلوط شوند تا در مجاورت همدیگر قرار گیرند. اگر واکنش‌دهنده‌ها هم‌فاز باشند، یعنی همگی گاز یا بصورت حل شده در حلالی باشند، واکنش با سرعت بیشتری رخ می‌دهد.

غلظت

غلظت بیشتر واکنش‌دهنده‌ها باعث ایجاد برخورد بیشتر بین آنها می‌شود و هر چه تعداد برخوردها بیشتر باشد، تعداد برخوردهای موثر هم بالا می‌رود بنابراین سرعت واکنش هم بیشتر می‌شود.

دما

از مهمترین عوامل مؤثر بر سرعت واکنشهای شیمیایی است. در برخی از واکنشها با افزایش چند درجه سانتی‌گراد ، سرعت واکنش ممکن است چند برابر بیشتر شود. البته استثناهایی هم وجود دارد.

کاتالیزور

کاتالیزورها سرعت یک واکنش شیمیایی را که از لحاظ ترمودینامیکی قابل انجام است، تغییر می‌دهند. بنابراین نمی‌توانند واکنشهایی را که از نظر ترمودینامیک امکان‌پذیر نیستند، به انجام برسانند. کاتالیزورها با پیش بردن یک واکنش از مسیر دیگر انرژی فعالسازی را کم کرده و باعث افزایش سرعت واکنشها می‌شوند.

نقش برخورد در سرعت واکنش

برای انجام یک واکنش شیمیایی ، باید مولکولهای واکنش‌دهنده آنقدر به هم نزدیک شوند تا بین آنها برخورد ایجاد شود. این برخوردها وقتی منجر به انجام واکنش می‌شوند که مؤثر باشند، یعنی جهت‌گیری و انرژی برخوردها طوری باشد که بر اثر برخورد برخی پیوندها شکسته شده و پیوندهای جدیدی تشکیل شوند که نتیجه این عمل تولید مولکولهای جدید یعنی محصول است.

سرعت هر واکنش شیمیایی متناسب است با تعداد برخورد مولکولها در واحد زمان. اگر تمام برخوردهای مولکولها منجر به انجام واکنش شود، مدت زمان انجام واکنشها باید خیلی کمتر باشد. طبق محاسبات مختلف از هر 1014 برخورد ، فقط یک برخورد به واکنش منجر می‌شود. یعنی برخوردهایی موجب انجام واکنش می‌شوند که انرژی حاصل از برخورد برابر یا بیشتر از انرژی فعالسازی باشد.

انرژی فعالسازی

حداقل انرژی لازم که بایستی واکنش‌دهنده‌ها بگیرند تا بتوانند وارد واکنش شوند. انرژی فعالسازی برای تمام واکنش‌های شیمیایی چه گرماگیر و چه گرماده وجود دارد و معمولا از انرژی برخورد میان مولکولها تامین می‌شود.

 

 یا کالریمتری (به انگلیسی: Calorimetry) یکی از روش‌های آزمایشگاهی است که در شیمی کاربرد فراوان دارد. در این روش با تعیین مقدار گرمای انتقال یافته از سامانه به محیط یا برعکس ویژگی‌های دیگر مواد را تعیین می‌کنند. از جمله کاربردهای کالری‌سنجی در تعیین ظرفیت گرمایی ویژه دمای گذار فاز تغییرات آنتالپی برای مواد معدنی و یا آلی از جمله پلیمرها می‌باشد.

 انواع کالریمتری

• کالری‌سنجی تیترسازی هم‌دما

• کالریمتری سنجشی مقیاسی

• برخی از واکنشهای شیمیایی برای انجام و پیشرفت واکنش نیاز به جذب انرژی دارند این واکنشها را گرماگیر می‌‌نامند. فتوسنتز یکی از واکنشهای مهم گرماگیر می‌‌باشد که در این فرآیند ، گیاهان با استفاده از انرژی خورشید ، دی‌اکسید کربن و آب را به گلوکز و اکسیژن تبدیل می‌‌کنند. در این واکنش برای تولید یک کیلوگرم گلوکز به 15Mj انرژی خورشید نیاز می‌‌باشد.

  
  

  آشنایی

  بسیاری از کیسه‌‌های سرمازا که برای تخفیف درد در رگ به رگ شدن یک عضله یا پیچ خوردن پا مورد استفاده قرار می‌‌گیرند، حاوی کیسه کوچکی از نیترات آمونیوم در داخل کیسه بزرگتر که حاوی آب است، می‌‌باشد با فشار دادن کیسه سرمازا نیترات آمونیوم از کیسه خارج شده و وارد آب می‌‌شود و چون واکنش آن با آب گرماگیر می‌‌باشد گرمای لازم را از بدن شخص می‌‌گیرد. با گذاشتن این کیسه‌‌ها در محل آسیب دیده ، موضع آسیب دیده سرد شده و فرد درد کمتری احساس می‌کند.
  

  بررسی ترمودینامیکی واکنش گرماگیر

  وقتی میزان سطح انرژی در مواد اولیه پایینتر از محصولات باشد، واکنش به دلیل پایدار بودن مواد اولیه نیاز به انرژی دارد تا پیوندهای اولیه شکسته شده و پیوندهای جدید حاصل شوند در این صورت واکنش گرمای لازم را از محیط جذب می‌‌کند این تغییر انرژی را با (+ΔH) نشان می‌‌دهند. واکنشهای گرماگیر به صورت خود به خودی انجام نمی‌‌گیرند و برای انجام گرفتن واکنش نیاز به جذب انرژی یا انجام کار روی سیستم دارند.
  
  
  از لحاظ ترمودینامیکی برای یک واکنش گرماگیر ΔG>0 یعنی ΔG=ΔH - TΔS در نتیجه ΔH>0 می‌باشد. در یک واکنش غیر خود به خودی ΔS<0 می‌‌باشد. بنابراین TΔS>0- چون T(-ΔS)<0 و T(-ΔS)>0- پس ΔG>0 بوده و واکنش غیر خود به خودی می‌‌باشد.

دید کلی

بسیاری از واکنشهای شیمیایی با آزاد کردن انرژی همراه هستند. این انرژی آزاد شده می‌تواند بصورت گرما ، نور یا صدا باشد. چنین واکنش‌هایی را واکنش گرماده می‌گویند. روزانه از واکنش‌های گرماده زیادی برای منظورهای مختلف استفاده می‌کنیم. ساده‌ترین این واکنش‌ها روشن کردن کبریت است که واکنشی بین اکسیژن هوا و ماده آتشگیر آن رخ می‌دهد که با آزاد کردن نور و گرما همراه است. سوخت‌های طبیعی ترکیبات پیچیده‌ای از کربن و هیدروژن هستند. وقتی که این مواد در اکسیژن می‌سوزند دی‌اکسید کربن ، آب و حرارت ایجاد می‌کنند.

برخی از سوخت‌ها مانند هیدروژن و مواد منفجره مانند TNT و دینامیت‌ها در اثر واکنش ظرفیت‌های بالایی از انرژی را در مدت زمان کوتاهی آزاد می‌کنند، بنابراین انفجار را می‌توان واکنش گرماده در نظر گرفت که انرژی زیادی را بصورت گرما ، صدا و نور در زمان کمتری آزاد می‌کند.

انجام واکنش گرماده از لحاظ تئوری

طبق قانون بقای انرژی ، انرژی از بین نمی‌رود اما بصورت‌های دیگر تبدیل می‌شود، بنابراین انرژی یک سیستم مقدار ثابتی است. بعنوان مثال انرژی امروزی جهان با انرژی آن در هزاران سال پیش برابر است. واکنش‌های شیمیایی با تغییر انرژی همراه‌اند. در یک واکنش وقتی پیوندهای ناپایدار با پیوندهای پایدارتری جایگزین می‌شوند مقداری انرژی آزاد می‌شود، بنابراین تشکیل پیوندهای پایدار با آزاد کردن انرژی همراه است و وقتی میلیون‌ها پیوند پایدار در یک واکنش ایجاد می‌شود این انرژی‌ها با هم جمع شده و انرژی بالایی را بصورت حرارت ، نور یا انفجار آزاد می‌کنند.

بنابراین در یک واکنش گرماده سطح انرژی کمتر از سطح انرژی مواد واکنش دهنده است و گرمای آزاد شده را با آنتالپی منفی نمایش می‌دهند.

وقوع واکنش‌های گرماده از لحاظ ترمودینامیکی

برخی از واکنش‌های شیمیایی گرماده بصورت خود بخودی انجام می‌گیرند. میزان خود بخودی بودن یک واکنش را ΔG که معیاری از آنتروپی و محتوای آنتالپی است، مشخص می‌کند. اما پیش‌گویی خود بخودی بودن یک واکنش دلیل بر وقوع آن واکنش نیست. زیرا ترمودینامیک ، چیزی در مورد سرعت یک واکنش پیش‌بینی نمی‌کند. بعنوان مثال واکنش کربن با اکسیژن در دمای 25ْ و فشار 1 atm از لحاظ ترمودینامیکی قابل انجام است. اما بدون یک عامل موثر مثل حرارت ممکن است مخلوط کربن و مدت‌های مدیدی بدون تغییر باقی بماند.

تغییر آنتروپی یک محیط بر اثر گرمایی که بعلت تغییر آنتالپی واکنش به محیط یا از محیط منتقل می‌شود بوقوع می‌پیوندد. هر چه بزرگ‌تر باشد بی‌نظمی بیشتری در محیط ایجاد می‌شود.

پس در یک واکنش گرماده خود بخودی:

 

 

 

آنگاه TΔs < 0- است. چون Δs برای یک تغییر خود بخود بزرگتر از صفر است و TΔs کل هم باید بزرگتر از صفر باشد در اینصورت بوده برای یک تغییر خود بخود است. برای بسیاری از واکنش‌های شیمیایی در 25 درجه سانتیگراد و فشار 1atm مقدار مطلق ΔH بسیار بزرگتر از مقدار TΔs می‌باشد در این شرایط واکنش‌های گرمازا بصورت خود بخود صورت می‌گیرند.

استفاده از واکنش‌های گرمازا در صنعت

بیشتر کوره‌های احتراقی که عملیات گداختن و تصفیه کانی آهن و تولید آهن در آنها انجام می‌گیرد نیاز به دماهای بسیار بالا برای انجام واکنش دارند. در عملیات ذوب سنگ آهن ، سنگ آهن را با کک و سنگ آهک در کوره قرار داده و جریانی از هوای داغ را به درون کوره هدایت می‌کنند. واکنش کک ( کربن ) با اکسیژن بسیار گرمازا است. بنابراین این کوره‌ها را از اکسیژن غنی می‌کنند. کک در اثر گرما هوای داغ با اکسیژن وارد واکنش شده و ایجاد می‌کند که از گرمای فراوان حاصل از این واکنش برای ذوب سنگ آهن استفاده می‌شود

 

هنگام انجماد آب ، مولکولهای H₂O در یک شش ضلعی باز قرار می‌گیرند. هر اتم اکسیژن در بلور یخ به 4 هیدروژن وصل می‌شود که با 2 اتم هیدروژن پیوند کووالانسی معمولی و با دو تای دیگر پیوند هیدروژنی تشکیل می‌دهد. بالا بودن نسبت فضای خالی در ساختمان یخ ، باعث کمتر شدن تراکم آن نسبت به آب می‌شود. افزایش حجم ، باعث کاهش چگالی آب می‌شود. سرد شدن آب تا زیر 4 درجه باعث کاهش تدریجی چگالی آب می‌شود و این نشان می‌دهد که در نقطه انجماد آب انتقال از یک ساختمان مولکولی فشرده و بسته به یک ساختمان باز به‌طور ناگهانی صورت نمی‌گیرد، بلکه به‌تدریج و در گستره دما انجام می‌شود.
با کاهش دما مولکولهای بیشتری به شکل ساختمان یخ می‌پیوندند و در دمای زیر 4 درجه تبدیل به ساختمان باز بر انقباض حاصل از سرد کردن غلبه کرده ، با پایین آمدن دما به سمت 0 درجه آب منبسط می‌شود. انبساط آب به هنگام انجماد هم اثرات مفید و هم اثرات مضری دارد. انجماد آب در بافتهای گیاهی و جانوری باعث تخریب دیواره سلولی در اثر انبساط می‌شود. اما همین فرایند انبساط در اثر یخ زدن آب در حفره‌های سنگها و صخره‌ها باعث شکستن سنگها شده و ایجاد خاکهای حاصلخیز می‌کند.

ادامه مطلب

هدف: تعیین وزن مولکولی جسم فرار در حالت بخار به روش دوما به کمک معادله حالت

گازهای کامل

تئوری : بر طبق معادله گازهای کامل ارتباط بین فشار، حجم و درجه حرارت به صورت زیر

است

P

M PRT

PV nRT

=

=

جرم مولکولی M چگالی و P ، تعداد مول ها n ، دمای آن T ، حجم گاز V ، فشار P به طوری که

گاز می باشد هر چند هیچ گازی از معادله گازهای ایده آل پیروی نمی کند ولی خیلی از گازها در

فشار یک اتمسفر یا کمتر از آن از این رابطه با تقریب خوبی پیروی م یکنند.

در روش دوما وزن گازی که در درجه حرارت 20 تا 40 درجه بالاتر از نقطه جوش

جسم فرار در فشار اتمسفر و حجم ثابت در یک حباب قرار دارد، اندازه می گیرند. مقادیر لازم

عبارتند از فشار بارومتر درجه حرارت بخار و وزن حباب که با هوا ، بخار ماده و آب پر شده

است.

محلول سازی یکی از ابتدایی ترین کارهای در ازمایشگاه است که لازمه هر کار ازمایشگاهی است به همین جهت در این جا روش های ساده ومختصری در مورد محلول سازی در ازمایشگاه برای شما جمع اوری کرده ام و امیدوارم که مورد استفاده قرار گیرد.

محلول سازی از محلول های غلیظ ازمایشگاه

معمولا در ازمایشگاه محلول ها به صورت غلیظ و با درصد خلوص مشخص و استانداردی وجود دارد و برای تهیه محلول های رقیق تر باید از ان ها استفاده کرد.

برای این کار از روابط رقیق سازی استفاده می کنیم :

در رابطه بالا نیاز است که نرمالیته یا مولاریته محلول غلیظ موجود در ازمایشگاه را تعیین کنیم.

برای تعیین نرمالیته از فرمول زیر استفاده می کنیم : 

 

نرمالیته محلول غلیظ را بدست اوردیم. در رابطه اول فقط حجم محلول غلیظ ( v2 ) مجهول است که محاسبه می شود و فقط کافی است این مقدار (v1)را از محلول غلیظ برداشته و به حجم مورد نظر ( v2 ) برسانیم.

برای تعیین نرمالیته و مولاریته محلول های ازمایشگاهی می توانید از جدول زیر استفاده کنید. که در این صورت فقط به رابطه اول نیاز خواهید داشت.

مثال :
100cc محلول اسید سولفوریک 2N تهیه کنید ؟

اطلاعاتی نظیر دانسیته , درصد خلوص , جرم مولکولی و ... را می توانید از برچسب روی ظرف محلول بدست اورید.

 

مقدار 5.43cc از محلول غلیظ اسید سولفوریک برداشته و به حجم 100cc برسانید. ( در بالون ژوژه 100cc )

تذکر : در مورد اسید های غلیظ و قوی مثل اسید سولفوریک همیشه اسید را به اب اضافه می کنیم. ( قبل از اضافه کردن اسید مقداری  اب مقطر در بالون بریزید و سپس اسید را اضافه کنید. )

 

محلول سازی از مواد جامد ازمایشگاه

برای محلول سازی از مواد جامد ازمایشگاه از رابطه زیر استفاده کنید :

 

فقط کافی است مقدار ماده جامد بدست امده را در مقداری اب مقطر حل کرده و به حجم مورد نظر برسانید.

 

مثال :

50cc محلول یک نرمال یدید پتاسیم تهیه کنید؟

(جرم مولکولی یدید پتاسیم : 166grگرم )

اگر دقیقا 3.32gr از یدید پتاسیم را در 50cc اب مقطر حل کنیم محلول یک نرمال بدست خواهد امد.

تذکر : در مورد برخی مواد جامد که رطوبت جذب می کنند باید دقت شود که از فرمول نوشته شده بر روی برچسب ظرف ماده جرم مولکولی محاسبه شود . مثلا BaCl2 . 2H2O به جرم مولکولی ان دو ملکول اب ( 36gr ) اضافه شده است که باید در محاسبات لحاظ شود.

تهیه چند محلول دیگر :

100cc محلول استات سدیم 10% ( وزنی - حجمی ) تهیه کنید؟

استات سدیم جامد است و در مورد جامدات فقط کافی است مقدار 10 گرم استات سرب را وزن کرده و به حجم 100cc برسانید.(واضح است که اگر 200ccمحلول بخواهیم باید 20gr گرم را در 200cc حل کنیم.)

محلول 2:1  ( دو به یک ) اتانول تهیه کنید؟

یعنی به ازای یک سی سی اتانول دو سی سی اب مقطر اضافه کنید.

۱۰۰cc محلول اسید کلریدریک %25 از اسید کلریدریک غیظ %37 بسازید.

برای این کار طبق روش زیر محاسبه کنید و به اندازه مقدار بدست امده از محلول غلیظ برداشته و با اب مقطر به حجم مورد نظر برسانید.

 

 

مقدار 67.5cc از اسید کلریدریک %37 برداشته و در یک بالون 100cc با اب مقطر به حجم برسانید.