آز معدنی1

[شیمیدان کوچولو]

تهيه اسيد بوريک از بوراکس

سنجش اسيد بوريك توسط سود

هدف:
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 می دهيم.

تئوری:
اسيد بوريک (اسيد ارتوبوريک) اسيدی بسيار ضعيف است که از بورات ها و يا هيدروليز هاليد های بور با هيبريداسيون sp2 به دست می آيد. اين اسيد به صورت بلور های سفيد سوزنی شکل است که در آن واحد های B(OH)3از طريق پيوند های هيدروژنی به يکديگر متصل شده اند و لايه های نامحدودی (با فاصله 3.18Å) با تقارن تقريباً شش ضلعی تشکيل میدهند. این امر سهولت متورق شدن بلور ها را توجیه می کند.
بورات ها مشتق از سه اسید می شوند. اسید اورتوبوریک(H3BO3) اسید پیروبوریک(H2B4O7) اسید متابوریک(HBO2).
در اثر گرما در 100 تا 140 درجه سلسیوس اسيد بوريک به ترتیب به صورت زير تجزيه می گردد و در حرارت های بالاتر B2O3 بدست می آید:

H3BO3 ↔ HBO2 ↔ H2B4O7 ↔ B2O3

B2O3 یک اکسید اسیدی است. زیرا اغلب اکسید نافلزات با آب واکنش می دهند و اکسی اسید تولید می کنند:

B2O3 + H2O → H3BO3

اسيد بوريک در آب تا حدودی حل شده و انحلال پذيری آن با افزايش دما زياد می شود. اين اسيد تک بازی و ضعیف است و به عنوان پروتون دهنده عمل نمی کند بلکه به عنوان اسید لوییس (پذیرنده یون هیدروکسید) عمل می کند.

B(OH)3 + H2O ↔ B(OH)4- + H+ (aq) pk = 9.25

B(OH)4- در غلظت های کمتر از M 025/0 فقط به صورت نمونه های يک هسته ای B(OH)3و B(OH)4-وجود دارند ولی در غلظت های 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+ + 2 H2O pk = 6.84

در محلول های مختلف اسيد بوريک و بورات ها بسپار هايی مانند B3O3(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 بورات های متبلور مانند 2B2O3 و Cs2O محرز است.از تعادل سريعی که بين اسيد بوريک نشان دار شده با اکسیژن - 18و بورات ها انجام می شود، می توان نتيجه گرفت که در محلول تعادل به سرعت روی می دهد. اين ترکيب ها با پلی اولها مانند گليسرول و α - هيدروکسی کربوکسيليک اسيد ها کمپلکس هايی به نسبت 1:1 تشکيل داده، قدرت اسيدی اسيد بوريک افزايش يافته و اندازه گيری مستقيم آن با سود (NaOH) امکان پذير می شود. گلیسرول یک ماده کمپلکس دهنده که اگر غلظت آن را کمتر کنیم تعداد کمپلکس های پایدار کمتر می شود و در نتیجه قدرت اسیدی بوریک اسید کمتر افزایش می یابد در نتیجه با حجم کمتری از سدیم هیدروکسید (NaOH) تیتر می شود.
وسايل مورد نياز:
قيف ، لوله آزمايش، بشر، کاغذ صافی

مواد مورد نياز:
بوراکس،اسيد سولفوريک، آب جوش

روش کار:

6/3 گرم بوراکس را وزن کرده (برای توزین اسید سولفوریک یک ظرف شیشه ای کوچک را وزن کرده و اسید سولفوریک غلیظ به آن اضافه می کنیم تا 2/1 گرم به وزن آن اضافه شود. ) و در یک ارلن خلاء 12 میلی لیتر آب جوش و 2/1 گرم اسید سولفوریک غلیظ به آن اضافه می کنیم. مخلوط بوراکس و اسید سولفوریک را خوب هم می زنیم بدون سرد کردن، دهانه ارلن را می گذاریم پس از یک ربع اسید بوریک ته نشین می شود. سپس آن را توسط قیف بوخنز صاف می کنیم.کاغذ صافی را قبلا وزن کرده و سپس بعد از خشک شدن وزن رسوب را محاسبه می کنیم.

پرسش ها:

1) راندمان عمل را بدست آوريد ؟

مقدار تئوری=

مقدار عملی= وزن کاغذ صافی خالی _ وزن کاغذ صافی با رسوب

2) با وجود اينكه اسيد بوريك داراي 3 هيدروژن است چرا آن را يك ظرفيتي مي ناميم ؟

چون قدرت و اسيد بوريك اسيد ضعيفي است و فقط مي تواند يك پروتون آزاد كند خاصيت الكترونگاتيوي اتم بور در اسيد بوريك بسيار پايين است و تبعا مي تواند يك ابرالكتروني هيدروژني را به سمت خود جذب نمايد و هيدروژن آنرا آزاد نمايد به خاطر همين چون يك هيدروژن آزاد مي كند يك ظرفيتي است .

3) آيا اسيد بوريك به جزء 3 فرمول ديگري هم دارد ؟

بله، به نام تری هیدروکسید بور، و

4)فرمول گسترده بوراكس را رسم كنيد . نام شيميايي بوراكس چيست ؟
نام تجاری آن بورات سدیم است.

5) بور با ساير عناصر خانواده خود چه اختلافي دارد ؟

هم خواص فلزي و هم خواص غير فلزي دارد . اما بقيه عناصر گروه سوم خواص فلزي دارند و در تركيبات خود خاصيت بازي ايجاد مي كنند اما بور در تركيبات خود خاصيت اسيدي ايجاد مي كند.
6)موارد استفاده از اسيد بوريك را ذكر كنيد ؟
در صنعت شیشه و کاغذ، در ضد عفونی کنندگان خانگی، در عایق فایبر گلاس، در وسایل آزمایشگاه، دارو، دارای خاصیت ضد قارچی است.

7) در اين آزمايش بعضي مواقع راندمان بيشتر از 100 درصد مي باشد، علت را بنويسيد ؟

علت اين است كه بعضي مواقع اسيد بوريك توليد شده همراه کاغذ صافي كه بوسيله آن اسيد بوريك صاف شده است كاملا خشك نمي شود يا اينكه بعد از خشك شدن بصورت گرم توزين مي شود بنابراين جرم آن كمي بيشتر از جرم واقعي شده و راندمان بيشتر از 100درصد مي شود.
تئوری:
اسیدبوریک اسید ضعیفی است و در آب مانند یک اسید یک ظرفیتی عمل می کند و می توان آن را بطور دقیق سنجید. ولی اسیدبوریک با الها یا پلی الها کمپلکسهای بسیار پایداری تولید می کند.درچنین حالتی قدرت اسیدی اسیدبوریک با افزایش مواد کمپلکس دهنده مثل گلیسرول آنقدر افزایش می یابد که تیترکردن مستقیم را با سود امکان پذیر می کند. برای افزایش پایداری کمپلکسهای بورات و بالا بردن قدرت اسید بوریک از پلی الکلها به مقدار زیاد در محیط عمل استفاده می کنند.

وسايل مورد نياز:
ترازو/ بالون ژوژه/ پيپت / پوار/ ارلن/ بورت/ پايه و گيره

مواد مورد نياز:
آب جوش/اسید بوریک/ گلیسیرین/ فنل فتالئين/ سود
روش کار:

5/0 گرم اسید بوریک را وزن کرده آب مقطر به اندازه50 میلی لیتر بوسيله استوانه مدرج به آن اضافه می کنیم آب مقطر بايد گرم باشد تا اسيد بوريك به خوبي در آن حل شود پس از حل شدن اسيد بوريك در آب مقطر آن را به وسيله آب مقطر داخل آبفشان در بالون ژوژه به حجم 100 میلی لیتر می رسانیم پس از به حجم رساندن، درِ بالن ژوژه را مي گذاريم و آن را چند بار سر و ته مي كنيم تا مخلوط همگن شود .

سپس 10 میلی لیتر از محلول را بوسيله پيپت و پوآر متصل به آن برداشته و در درون ارلن مي ريزيم و 30 میلی لیتر گلیسیرین 1 مولار و چند قطره معرف يا شناساگر فنل فتالئين به آن اضافه مي كنيم (چون مخلوط اسيد بوريك و گليسيرين اسيدي است فنل فتالئين در محيط اسيدي بي رنگ مي باشد ) و با سود 0.1 نرمال كه در درون بورت قرار دارد و بر روي دستگاه ( پايه و گيره) سوار است تيتر مي كنيم . براي تيتر كردن اين مخلوط ، ارلن حاوي اين مخلوط را با دو انگشت دست چپ گرفته و شير بورت را بوسيله دو انگشت دست راست گرفته و باز مي كنيم با اين عمل قطره قطره سود 0.1 نرمال وارد ارلن حاوي مخلوط اسيد بوريك و گليسيرين و فنل فتالئين مي شود پس از مدتي تغيير رنگ به صورت رنگ صورتي ( ارغواني ) پايدار ايجاد مي شود بلافاصله پس از ايجاد رنگ پايدار شير بورت را بسته به تيتر كردن خاتمه مي دهيم . براي آنكه عمل تغيير رنگ به خوبي مشاهده شود در زير ارلن يك كاغذ سفيد رنگ قرار مي دهيم . حجم سود مصرفي براي تيتر اين مخلوط را از روي بورت مي خوانيم و آنرا ياداشت مي كنيم.

بار ديگر 10 میلی لیتر از محلول را با30 میلی لیتر گلیسیرین1/0 مولار و چند قطره شناساگر فنل فتالئين را با سود 0.1 نرمال تيتر مي كنيم . حجم سود مصرفي براي تيتر اين مخلوط را از روي بورت مي خوانيم و آنرا ياداشت مي كنيم.

پرسش ها:

1) در صد خلوص اسيد بوريك را محاسبه كنيد ؟

2)نتيجه اي را كه از اختلاف درصد خلوص اسيد بوريك هنگام سنجش در دو محيط گليسيرين1 و 1/0 مولار بدست آورده ايد را توجيه كنيد ؟

درصد خلوص در محيط گليسرين 1 مولار باعث كاهش ان ميگردد ودر محيط 1/0 باعث افزايش درصد خلوص.

گردآورنده:فاطمه فهیمی