1-1 ترمودینامیک محلولهای الکترولیت
خواص ترمودینامیکی محلولهای الکترولیت مانند محلولهای غیر الکترولیت برحسب پتانسیل های شیمیایی وفعالیتها مورد بحث قرار می گیرد.
به هر حال یونها به خاطر بارهای الکتریکی خود شدیداً بر هم اثر نموده و انحرافات از حالت ایده‌آل حتی در غلظتهای بسیار کم مهم است]2[.
در ادامه به بررسی رفتار غیرایده آل محلولهای الکترولیت و توضیح در مورد بعضی پارامترها و توابع محلولهای الکترولیت می پردازیم.
1-1-1 رفتار غیر ایده آل محلولهای الکترولیت
در محلول یک الکترولیت، برهم کنش های گوناگونی بین اجزای محلول برقرار است، مهمترین آنها عبارتند از برهم کنش« یون – یون » ، « یون – حلال » ، « حلال- حلال ».
این برهم کنش ها موجب می شوند تا محلولهای یونی دارای رفتار غیره ایده آل باشند، به همین دلیل توابع ترمودینامیکی تشکیل محلولهای یونی کاملاً متفاوت از توابع تشکیل محلولهای ایده آل است.
در یک محلول یونی، هر یون آبپوشیده با مولکولهای آب مجاورش بر هم کنش جاذبه برقرار می کند. از سوی دیگر، یک کاتیون آبپوشیده و یک آنیون آبپوشیده یکدیگر را جذب می کنند، در حالیکه یونهای هم بار یکدیگر را دفع می نمایند.
علاوه بر آن ، در شرایطی که یونش الکترولیت در محلول کامل نباشد، بایستی به برهم کنش های مولکول الکترولیت آبپوشیده با سایر اجزاء در محلول نیز توجه شود. گذشته از آن ، لازم است جنبش های گرمایی گونه های مختلف در محلول مدنظر قرار گیرد.
همانطور که اشاره شد مجموع این عوامل باعث می شوند تا محلولهای یونی از حالت ایده آل بسیار دور باشند]1[.
1-1-2 فعالیت یونها در محلول الکترولیت
در مورد غیرالکترولیت ها ، فعالیت حل شونده در محلول رقیق را تقریباً برابر مولاریته فرض می کنند
( بدین معنی که).
با وجود این در محلولهای یونی اثرات متقابل بین یونها آنقدر قوی است که از این تقریب فقط
می توان در محلولهای بسیار رقیق ( محلولهایی با غلظت کمتر از مولار) استفاده کرد ]2[.
بنابراین بهتر است برای توجیه رفتار یون برای تعیین خواص محلول، عامل دیگری غیر از غلظت را به کار ببریم. کمیتی که به جای غلظت به کار برده می شود فعالیت یون[1] نام دارد که در آن اثر برهم کنش‌های یونی با محیط در نظر گرفته شده است. رابطه فعالیت و غلظت را می توان بصورت زیر نشان داد:
(1-1)
که در آن فعالیت یون و ضریب فعالیت[2] نامیده می شود و c غلظت می‌باشد.
ضریبی است که تفاوت بین فعالیت و غلظت را مشخص می کند و مقیاسی از برهم‌کنش‌های بین یونی می‌باشد]6[.
در این آزمایش جهت افزایش دقت کار از آب دوبار تقطیر استفاده گردیده است. 3-2 شرح وسایل و دقت آنها
وسایل و دستگاههایی که در این آزمایش مورد استفاده قرار گرفتند عبارتند از :
1- انواع پی پت حبابدار
2- بالون حجمی با اندازه های مختلف
3- استوانه مدرج
4- دماسنج با دقت 1/0
5- کریستالیزور
6- دسیکاتور
7- بشر در اندازه های مختلف
8- دستگاه بن ماری
9- هیتر گرمایی
10- ترازوی متلر[1] با دقت gr001/0
11- دستگاه طیف سنج شعله ای Flame photometer، مدل 410 Sherwood
3-3 روشهای تجربی
در این آزمایش ، میزان قابلیت حل شدن سدیم فلوئورید در آب خالص ، در محلول پتاسیم نیترات با غلظتهای مختلف و در حلال مخلوط ( آب و اتانول ) با درصدهای جرمی مختلف اتانول بدست آمد.
برای تعیین میزان قابلیت حل شدن سدیم فلوئورید از دو روش تبخیر حلال و روش نشر اتمی شعله ای استفاده شده است.
3-3-1 روش تبخیر حلال در اندازه گیری قابلیت حل شدن سدیم فلوئورید در دمای 25
یکی از روشها جهت تعیین قابلیت حل شدن نمکها ، روش تبخیر حلال می باشد. در ادامه به شرح عملی آزمایش در آب خالص، محلول پتاسیم نیترات با غلظت های مختلف و در حلال مخلوط ( آب و اتانول ) در دمای 25 به کمک روش تبخیر حلال می پردازیم.
3-3-1- الف آب خالص
در این قسمت از کار آزمایشگاهی ، جهت کنترل دقیق دمای محلول از یک ظرف شیشه ای دو جداره که با دارا بودن ورودی و خروجی آب به یک بن‌ماری ارتباط دارد ،استفاده شده است.
دمای داخل بن‌ماری و ظرف شیشه ای با دو دماسنج کنترل شد. روش کار بدین صورت است که بعد از خشک کردن ظرف شیشه ای بعد از شستشو با آب دو بار تقطیر ، حدود ml 300 آب دوبار تقطیر به کمک استوانه مدرج به داخل ظرف شیشه ای منتقل کردیم، سپس با تنظیم دما بر روی 25 ، کم کم نمک سدیم فلوئورید اضافه نمودیم و با هم زدن آنرا حل کردیم ، با تکرار این کار و مشاهده مقداری نمک حل‌نشده در ته ظرف ، مطمئن شدیم که یک محلول سیر شده از نمک سدیم فلوئورید حاصل شده است.
حدود یک ساعت اجازه دادیم تا نمک حل نشده کاملاً ته نشین شود، در این مدت دما توسط دماسنج بر روی دمای 25 ثابت باقی ماند.
سپس توسط یک پی پت حبابدار ml50 ، 4 بار و هر بار ml50 از محلول شفاف بالای رسوب را وارد چهار کریستالیزور خشک و از قبل توزین شده کردیم.
کریستالیزورهای محتوی محلول سیر شده سدیم فلوئورید را در زیر هود و بالای چهار بشر محتوی آب ، طوری قرار دادیم که محلول سیر شده به کمک بخار آب تبخیر شود و نمک سدیم فلوئورید در ته کریستالیزور پدیدار شود.
سپس کریستالیزورهای محتوی نمک سدیم فلوئورید را در آون با کنترل دمایی قرار دادیم . دمای آون را به تدریج افزایش داده و در محدوده دمایی 80 الی 110 افزایش دما به آهستگی صورت پذیرفته تا اینکه بعد از رسیدن دما به 110 ، حدود 5/0 ساعت آون را در این دما قرار دادیم.
دستگاه را خاموش کرده و اجازه دادیم تا دمای داخل آون به 70 برسد ، سپس کریستالیزورها را از آون خارج نموده و به داخل یک دسیکاتور منتقل کردیم تا به دمای اطاق برسد. علت اینکار این است که نمک مجدداً آب جذب ننماید.
بعد از سرد شدن کریستالیزورها ، آنها را به کمک یک ترازوی دقیق توزین نموده و در نتیجه اختلاف جرم کریستالیزور پر و خالی ، برابر جرم سدیم فلوئورید در ml50 محلول می باشد.
با داشتن جرم سدیم فلوئورید درمحلول سیرشده آن ، قابلیت حل شدن سدیم فلوئورید، S/mol L-1، را تعیین نمودیم.
3-3-1- ب محلول پتاسیم نیترات با غلظت های مختلف
در این بخش از کار آزمایشگاهی قابلیت حل شدن سدیم فلوئورید را در محلول پتاسیم نیترات با غلظت های ( M05/0،M1/0،M2/0،M3/0، M5/0 ) در دمای 25 به روش تبخیر حلال بدست آوردیم. در ابتدا محلول پتاسیم نیترات با غلظت های مذکور را بصورت زیر تهیه نمودیم.
مقدار 55/50 گرم پتاسیم نیترات را که برابر 5/0 مول از آن می باشد را با ترازوی دقیق وزن کرده، سپس در مقدار معینی از آب دو بار تقطیر حل نمودیم، آنگاه محلول را در یک بالون حجمی ml500 به حجم رساندیم، محلول پتاسیم نیترات حاصل دارای غلظت M1 می باشد، برای تهیه محلول پتاسیم نیترات با غلظت های (M05/0، M1/0،M2/0،M3/0، M5/0 )به ترتیب ml25 ، ml 50، ml 100، ml150، ml 250 از محلول M1 ، برداشته و به حجم ml500 رساندیم.
بعد از تهیه محلول پتاسیم نیترات با غلظت های مورد نظر، قابلیت حل شدن سدیم فلوئورید را در هر یک از محلولها با غلظت معین در دمای25طبق روش بکار برده شده در آب خالص بدست آوردیم.
البته نکته قابل تذکر در اینجا این است که اختلاف جرم کریستالیزور پرو خالی برابر مجموع جرم سدیم‌فلوئورید و پتاسیم نیترات است که با داشتن غلظت پتاسیم نیترات در محلول سیر شده و محاسبه جرم پتاسیم نیترات در ml50 محلول سیرشده سدیم فلوئورید و تفریق آن از جرم کل 2 نمک، جرم سدیم فلوئورید را در ml50 محلول سیرشده بدست آورده واز آنجا قابلیت حل شدن سدیم فلوئورید، S/mol L-1، را تعیین نمودیم.
مطالعه و بررسی تجمع یونی در محلول سیر شده سدیم فلوئورید با نگرش ترمودینامیکی بصورت تحلیلی و تجربی - 60 صفحه فایل ورد و قابل ویرایش