مقاله 23 : آزمایش هیدرولیز

[قاسم معتمدی]

عنوان آزمایش:بررسی تأثیر عوامل مختلف بر هیدرولیز​

چکیده:
درآزمایش هیدرولیز،محلولی از0.5مولارZn2+ و0.1مولارFe3+توسط رسوب دهنده سودNaOH مورد آژمایش قرارداده شد تا تأثیرعوامل محیط،دما،زمان،تلاطم،جوانه زا و PH برواکنش بررسی گردد.
کلمات کلیدی:هیدرولیز،PH،دما،زمان،تلاطم
مقدمه:
بازیابی شیمیایی :دراین روش ،موادی که بااجزاء درون محلول واکنش شیمیایی می دهند،به محلول اضافه می شودکه باعث ایجاد ترکیباتی با حلالیت بسیار پایین شده،رسوب تشکیل می شود.این موادشیمیایی را رسوب دهنده گویند.
دسته بندی روش شیمیایی:1-هیدرولیز 2-یونی 3-احیاء
هیدرولیز(آبکافت)Hydrolysis:چنانچه فقط آب به عنوان ماده رسوب دهنده به محلول اضافه شود.
ترمودینامیک هیدرولیز:

Mn++nH2OèM(OH)n+nH+


Mn++nOH-èM(OH)n


KSP=[Mn+][OH-]n


logKSP=log[Mn+]-npOH


log[Mn+]=logKSP-nlogKW-n.pH​

با توجه به پارامترهای ثابت KSPوKWدررابطه فوق نمودار log[Mn+]برحسب PHبرای هیدروکسید ها دردمای25درجه سانتیگراد بدست می آید. نمودار حاصل خطوط مستقیمی باشیبهای 1،2و3برای ظرفیت های مونو،دی،تری فلز به دست می آید.
با استفاده از نموداربدست آمده، می توان برای رسوب انتخابی یونهای مورد نظردرPHمناسب استفاده کرد.
برای هر هیدروکسیدی،یک محدوده باریکی از PHوجود دارد که رسوب آن از محلول های رقیق امکان پذیر است. جدا کردن فلزات از یکدیگر با دانستن اختلاف PH آنها امکان پذیر است.
واکنش های هیدرولیکی ممکن است منجر به رسوب اکسیدها،اکسیدهای هیدراته،هیدرواکسیدها،یا نمک های هیدروکسی برحسب درجه حرارت،غلظت محلول وخصوصیات یون فلزتشکیل شوند.درجه حرارت های بالا،به شدت سرعت هیدرولیز را افزایش می دهند.
مهمترین اکسید های تشکیل شده در اثر هیدرولیزTiO2ودر رده دوم Cu2Oاست.
باهیدرولیز یون تیتانیل TiO2+می توان Tio2را رسوب داد:

TiO2++H2Oè TiO2+2H+​

هیدرولیز معمولاّ با افزودن بذرSeedرسوبات تازهTiO2،از فرآیند قبلی وبهم زدن محلول برای چند ساعت در دمای محیط انجام می گیرد.به دنبال آن محلول را صاف می کنند.
همچنین رسوب هیدروکسیدها قسمت مهمی را ازفرآیندهای رسوب دهی تشکیل می دهد،زیرا هیدروکسید آلومینیوم به این طریق رسوب داده می شود.در فرآیند بایر برای حل سازی بوکسیت ،آلومینات سدیم محلول تولید شده و سپس هیدرواکسید آلومینیوم رسوب داده می شود:
(1) [ALO(OH)2]-+H2O=AL(OH)3+OH-
دراین فرایند محلول آلومینات با افزودن مقادیر قابل توجهی ازAL(OH)3به عنوان بذر به خوبی هم زده میشود و مخلوط کردن برای 4روز در محفظه انجام می شود تا رسوبات بزرگی تشکیل شود.ذرات ریز معلق برای سیکل بعدی به عنوان بذر به کار می رود.(بریلیوم،منیزیم وکبالت نیز به همین صورت است.)
مثلاّبرای منیزیم ،آب دریا 1.3g/Lمنیزیم دارد که بازیافت آن به صورت هیدرواکسید صورت می گیرد:

Mg2++2OH- è Mg(OH)2​

آهک ممکن است به همراه هیدررواکسید منیزیم رسوب کند،یا به صورت دولومیت کلسینه شده در آنجا هیدرواکسید منیزیم رسوب کرده وته نشین می شود. سپس ***** شده و Mg(OH)2 به 25درصد می رسد که به صورت MgOبرای نسوز یاHCLخنثی شده وMgCL2به دست می آید که از الکترولیز آن Mgبه دست می آید.
سینتیک هیدرولیز:
هدف از سینتیک هیدرولیز رسیدن به رسوب دانه درشت وسرعت بالای رسوب می باشد.مکانیزم آن جوانه زنی ورشد می باشد.
درسینتیک، تأثیرعوامل مختلف دما ،غلظت ،تلاطم وافزودن مواد جوانه زا برهیدرولیزمورد بررسی قرار می گیرد:
1-دما:
افزایش دما باعث افزایش سرعت رسوب ولی در برخی مواردموجب ریز شدن دانه ها می گردد.
2-غلظت:
غلظت زیاد باعث جوانه زنی زیاد ورشد کم ودر نتیجه ریز شدن دانه ها می شود.
3-تلاطم:
همزدن باعث جلوگیری از تمرکز موضعی غلظت در مرحله جوانه زنی رسوب می شود و در مرحله رشد جوانه ها باعث می شود مواد لازم برای رشد سریعاّ به جوانه ها برسد اما باید همزدن با سرعت کنترل شده ای انجام گیرد زیرا همزدن شدید باعث خرد شدن بعضی از دانه های رسوب می شود.درصنعت از تانک های مجهز به همزننده و در صورت نیاز به دمای بالا از اتوکلاو استفاده می شود.
4-افزودن مواد جوانه زا:
افزودن مواد جوانه زامثلاّ در واکنش هیدرولیزآلومینیم(1) باعث می شودکه با یون های OH-واکنش کرده و واکنش هیدرولیزآلومینیم را به سمت راست در جهت تشکیل رسوب حرکت دهدوهمچنین به عنوان هسته ای برای رسوبات AL(OH)3عمل کتد،پس موجب درشت شدن دانه ها می شود.

 

[hamid96]

هیدرولیز

هیدرولیز

مقدمه:
بازیابی فلز از محلول به روش های فیزیکی و شیمیایی انجام می گیرد.
بازیابی فیزیکی:
در این روش ، هیچ ماده ای که واکنش شیمیایی دهد به محلول اضافه نمی شود بلکه دما وغلظت طوری تنظیم می شود که عمل تبلور رخ دهد.

​

​

بازیابی شیمیایی:
در این روش موادی که با اجزاء درون محلول واکنش شیمیایی می دهند ، به محلول اضافه می شود که باعث ایجاد ترکیباتی با حلالیت بسیار پایین شده و رسوب تشکیل می شود . این مواد شیمیایی را رسوب دهنده گویند.
روش شیمیایی عکس روش فیزیکی می باشد یعنی ماده ای اضافه می کنیم تا واکنش دهد و یک ترکیب نامحلول تولید کند.
- دسته بندی روش شیمیایی:
1) رسوب دادن یونی
2) احیا
3) هیدرولیز

-رسوب دادن یونی:
در این روش یک یون به محلول اضافه می شود که می تواند با یون فلزی یک رسوب پایدار تشکیل دهد.
-احیا:
در این روش برای ایجاد رسوب ، ظرفیت یون فلزی کاهش می یابد به طوری که در اغلب مواقع فلز عنصری رسوب می کند.
- هیدرولیز:
آبکافت یک واکنش شیمیایی است که در طی آن یک یا چند مولکول آب به یون‌های هیدروژن و هیدروکسیل شکسته‌ می‌شود که این ممکن است باعث ادامه‌یافتن حضور آن در واکنش‌های بیشتری شود.در واكنش آبكافت ، همراه با تجزيه ي آب ، مولكول هاي ديگري نيز ممكن است شكسته شوند كه طي آن گروه هيدروژن به يك قسمت و گروه هيدروكسيل به قسمت ديگر مولكول شكسته شده اضافه مي شوند .هیدرولیز واکنشی است که در محیط آبی منجر به یونیزاسیون ماده می‌شود.ترکیب شدن یک نمک با آب و تولید اسید و باز را هیدرولیز یا آبکافت گویند و به معنی تجزیه بوسیله آب است.
ترمودینامیک هیدرولیز:

​

​

​

​

سینتیک هیدرولیز:
دوهدف داریم1) درشت دانه بودن رسوب (2) بالا بودن سرعت رسوب
رسوب باید درشت دانه باشد چون رسوب ریز باعث مشکلات زیر می شود:
1) مشکل شدن ***** کردن
2) مشکل شدن حمل ونقل
3) مشکل شدن عملیات بعدی
4)ته نشین نشدن دانه ها
عوامل موثر بر سرعت هیدرولیز:
- دما:
افزایش دما سرعت هیدرولیز را به شدت افزایش می دهد ولی باعث ریز شدن دانه های رسوب می شود.
- غلظت:
غلظت زیاد باعث جوانه زنی زیاد ورشد کم می شود.
- هم زدن:
هم زدن از دو نظر خوب است 1)در مرحله ی جوانه زنی رسوب باعث می شود تجمع موضعی غلظت نداشته باشیم چون در نواحی با غلظت زیاد دانه ها ریز می شوند.2)در مرحله رشد دانه ها باعث می شود مواد لازم برای رشد ، سریع تر به دانه ها برسد.
اما اگر هم زدن زیاد شود ممکن است باعث خردشدن بعضی از دانه های رسوب شود که مطلوب نیست.
- جوانه زا:
به وسیله جوانه زا محلول را همگن می کنیم که در نتیجه ذرات درشت می شوند .بهترین جوانه زا ذرات خود ماده مورد استفاده است چون هر ماده ی دیگری که استفاده کنیم به عنوان ناخالصی عمل خواهد کرد.
آزمایش:
-مواد لازم:
محلول 0.5 مولار+ zn² +0.1مولارFe³[FONT=F_grand kufi]+[/FONT]
اسید سولفوریک
سود NaoH
آب مقطر
- وسایل مورد نیاز:
بشر ، پیپت ، هم زن ، دستگاه حمام آب(گرمکن) ، زمان سنج ،قیف ،کاغذ صافی ، دستگاه سنجش PH وترازو
- روش انجام آزمایش:
ابتدا میزان 100ccاز محلول در بشر ریخته شد سپس میزان 0.026ccاسید سولفوریک توسط پیپت برای انجام بهتر وکامل انحلال به محلول اضافه شد وبعد میزان 1ccنیز NaoH توسط پیپت به داخل بشر ریخته شد . تا اینجا روش انجام آزمایش برای بررسی پارامترهای موثر بر سرعت هیدرولیز ثابت بود.
-برای بررسی دما :
چهار محلول طبق روش بیان شده آماده شد سپس هر یک از آن ها در حمام هایی با دماهای 25،30،40و 50درجه سانتیگراد قرار داده شدند وهمزن با سرعت100rpm در داخل محلول ها برای مدت 30 دقیقه قرار داده شد پس از پایان زمان محلول ها توسط صافی هایی که قبلا با دقت 0.01gr وزن شده بودند صاف شدند وبه صافی ها زمان داده شد تا خشک شوند سپس صافی ها با دقت 0.01grوزن ومیزان جرم رسوب باقیمانده مشخص شد ضمن اینکه PH محلول ها نیز توسط دستگاه PH سنج مشخص گردید.
-برای بررسی زمان:
سه محلول طبق روش بیان شده آماده شده سپس هر یک در دمای 25درجه سانتیگراد قرا رداده شدند و همزن با سرعت 100rpmدر داخل محلول ها برای زمان های 5،10و30دقیقه به کار انداخته شد. پس از پایان زمان ها محلول ها توسط صافی هایی که قبلا با دقت 0.01gr وزن شده بودند صاف شدند وبه صافی ها زمان داده شد تا خشک شوند سپس صافی ها با دقت 0.01grوزن ومیزان جرم رسوب باقیمانده مشخص شد.
پس از پایان آزمایش ها به بررسی تاثیر دما ، زمان وPH بر سرعت هیدرولیز پرداخته شد که در قسمت نتایج بیان شدند.



نتایج:

​

نمودار1​

باتوجه به نمودار1 نتیجه گرفته شد که افزایش دما باعث افزایش میزان هیدرولیز شد پس افزایش دما تاثیر مثبت بر فرآیند داشت.

​

نمودار2​

با مشاهده نمودار 2 مشخص شد که با افزایش PH میزان هیدرولیز افزایش یافت چون با افزایش PHمیزان یون OH- در محلول اضافه می شد ودر نتیجه با یون های فلزی بیشتری واکنش می داد و باعث رسوب بیشتر ودرنتیجه افزایش سرعت هیدرولیز می شد.

​

نمودار3​

با نگاه به نمودار 3 نتیجه گرفته شد که زمان نیز باعث افزایش میزان هیدرولیز می شد چون با افزایش زمان میزان بیشتری از یون های فلزی با OH-واکنش می داد ورسوب می کرد.

نمودار4​

با توجه به نمودار 4 واین که PHآزمایش در محدوده2-4 قرار داشت نتیجه گیری شد که در این آزمایش رسوب باقیمانده آهن بود .
- خطاهای آزمایش:
1) خطا در اندازه گیری PHبه دلیل کالیبره نبودن دستگاه
2) احتمال نامرغوب وناخالص بودن سود واسید مورد استفاده
3)چون صاف کردن زمان بر بود امکان انجام واکنش بین یون فلزی وOH-وجود داشت که باعث افزایش هیدرولیز خارج از زمان تعریف شده می شد.
نتیجه گیری کلی:
1) افزایش دما ، زمان وPHدر میزان هیدرولیز تاثیر مستقیم داشت وباعث افزایش میزان هیدرولیز می شد که البته این ها هر کدام یک ماکزیمم خواهند داشت که در این آزمایش به آنها نرسیدیم.
2) در این جا با داشتن PHدر محدوده2-4به صورت انتخابی یون فلزی آهن رسوب داده شد.