آزمایش بررسی حرکت یون ها در آب

در این مقاله قصد داریم که به آزمایش بررسی حرکت یون‌ها در آب بپردازیم که بیش‌تر در این آزمایش شیمیایی حرکت یون‌ها را با ترکیب دو ماده سدیم هیدروکسید و کات کبود مشاهده خواهیم کرد. برای فهمیدن این مطلب ابتدا به تعریف یون پرداختیم و همچنین در معادله‌ی نوشتاری تغییر شیمیایی انجام شده در این آزمایش به این نکته‌ی مهم نیز خواهیم رسید که کات کبود زمانی که در معرض سدیم هیدروکسید در آب قرار گیرد، فرآورده‌های یون، مس، یون سولفات و یون سدیم، یون هیدروکسید را به ما می‌دهد. بد نیست بدانید که اگر این یون‌ها به هم برسند با هم واکنش نشان خواهند داد که در نوع خود بسیار جالب و هیجان‌انگیز است.

کات کبود یا زاج کبود که اغلب یک ترکیب شیمیایی کریستالی به رنگ آبی می‌باشد. از این ترکیب به وفور در صنعت و کشاورزی نیز استفاده می‌شود. اما سدیم هیدروکسید که با نام سود سوزآور شناخته می‌شود، یک ماده‌ی شیمیایی به رنگ سفید است. همچنین جالب است بدانید که این ماده در تماس مستقیم با پوست، باعث می‌شود که ایجاد سوختگی نماید. از کاربردهای این ترکیب می‌توان گفت که در صنعت بیش‌ترین کاربرد را دارد. حال برای بررسی بیش‌تر این موضوع در ادامه‌ی مطلب همراه ما باشید.

تاریخچه کشف یون

از نکات جالت توجه کشف یون می‌توان به شیمی‌دان و فیزیک‌دان برجسته‌ی انگلیسی مایکل فارادی اشاره نمود که سابقه‌ی معرفی واژه‌ی یون به وی تعلق دارد. اما فارادی از این اصطلاح برای توصیف ترکیب شیمیایی که از یک الکترود به محلول آبی حرکت می‌کرد استفاده می‌نمود. در ادامه بهتر است بدانید که اصطلاح یون از کلمه‌ی یونانی یون گرفته شده است که به معنای رفتن می‌باشد.

فارادی هیچ گاه نمی‌توانست حرکت ذرات را از یک الکترود به الکترود دیگر تشخیص دهد، اما جالب است بدانید که این نوع آزمایشات صورت گرفته او را به این نتیجه رساند که فلزات تمایل به حل شدن در محلول‌های خاصی به نام الکترولیت دارند اما در صورتی این امکان وجود دارد که در الکترود دیگر رسوب تشکیل بدهند. البته این موضوع به این معنی می‌باشد که نیاز است در ماده‌ای که تحت تأثیر جریان الکتریکی قرار داد حرکتی نیز وجود داشته باشد.

همچنین واژه‌ی یون این قابلیت را دارد که برای اتم‌ها و یا مولکول‌هایی به کار گرفته شود که بار خالص آن‌ها صفر نیست و یا به عبارتی می‌توان گفت که از لحاظ بار الکتریکی خنثی نیستند‌. بنابراین می‌توانیم به این نتیجه برسیم که در ساختار مولکولی و اتمی همه‌ی یون‌ها دو حالت وجود دارد:

۱- تعداد پروتون‌هایی که در داخل هسته وجود دارد از تعداد الکترون‌های اطراف آن بیشتر می‌باشد. در این حالت است که بار خالص یون مثبت خواهد بود.

۲- اما زمانی بار خالص یون منفی می‌شود که تعداد الکترون‌ها از تعداد پروتون‌ها بیشتر است، که آنیون نام می‌گیرد.

شاید دلیل به وجود آمدن یون به این دلیل باشد که اتم‌ها این تمایل را دارند که به حالت پایدار برسند. حال سوالی که ممکن است برای شما پیش بیاید این است که حالت پایدار چیست و چه ویژگی‌هایی دارد؟

باید بگوییم که حالت پایدار یعنی تعداد الکترون‌های ظرفیت عناصر در لایه ظرفیت آن‌ها برابر ۸ باشد که تنها آرایش الکترونی عناصر گروه ۱۸ یعنی گاز‌های نجیب یا بی‌اثر (پایدار) به این گونه قرار می‌گیرد.

بنابراین طبق قانون اُکتِت (octet) برای رسیدن به آرایش الکترونی پایدار، الکترون از دست می‌دهند یا دریافت می‌کنند و از این طریق است که یون به وجود می‌آید. اما بد نیست بدانید که نیروهای جاذبه الکترواستاتیکی که در بین آنیون‌ها و کاتیو‌ن‌ها وجود دارد برای ایجاد پیوند یونی به منظور تشکیل ترکیب یونی نیرو محرکه‌ای را به وجود می‌آورد. البته این موضوع را هم در نظر داشته باشید که اگر یون تنها از یک نوع اتم تشکیل شده باشد، یون تک اتمی است، در صورتی که دارای دو یا چند اتم باشد، یون مورد نظر ما چند اتمی و یا یون مولکولی خواهد بود.

آزمایش بررسی حرکت یون‌ها در آب

حال نوبت به آزمایش بررسی حرکت یون در آب است. از دیگر نکات جالب توجه این آزمایش این است که به وسیله‌ی این آزمایش قصد داریم که به مشاهده‌ی حرکت یون‌ها با ترکیب دو ماده سدیم هیدروکسید و کات کبود بپردازیم.

مواد مورد نیاز:

– پنس
– آب مقطر
– سدیم هیدروکسید
– کات کبود
– ظرف شیشه‌ای (پتری)

مراحل انجام کار آزمایش بررسی حرکت یون‌ها در آب

1- ابتدا نیاز است که ظرف پتری را نیمه آب مقطر پر کنید.

2- حال شما باید یک دانه سدیم را با استفاده از پنس برداشته و در کناره‌ی ظرف آن را به آرامی درون آب قرار دهید.

3- به وسیله‌ی پنس یک بلور کات کبود را بردارید و آن را روبه‌روی سدیم هیدروکسید در طرف دیگر ظرف و در کناره‌ی ظرف درون آب قرار دهید.

4- حال نوبت نتیجه‌ی این آزمایش است، پس صبر کنید و گزارش کار خود را در دفتری یادداشت کنید.

نتیجه‌ی آزمایش

به وسیله‌ی آزمایش بررسی حرکت یون‌ ها در آب به این نتیجه‌ی جالب رسیدیم که با توجه به آزاد شدن یون‌های کات کبود و سدیم هیدروکسید می‌توان نتیجه گرفت که یون‌های هر کدام از این ترکیب‌ها با یکدیگر تمایل به واکنش دارند و ما شاهد رنگ آب کمرنگی در ظرف هستیم که بیش‌تر نشان‌دهنده‌ی حضور مس در محلول می‌باشد. همچنین شما می‌توانید برای تشخیص مس از روش‌ها و آزمایش‌های مختلف شیمیایی و فیزیکی دیگری نیز استفاده نمایید که می‌توان به موارد زیر اشاره نمود.

1- آزمایش کلرید: اگر به مس یک محلول کلرید سدیم اضافه شود و همچنین اگر که مس حاضر باشد، رنگ محلول به سفیدی تغییر می‌کند.

2- آزمایش نیترات: زمانی که مس به محلول نیترات سدیم اضافه شود، رنگ محلول به سبز تغییر می‌کند.

3- آزمایش استفاده از مغناطیس: مس غیرمغناطیسی است و در نتیجه نیروهای مغناطیسی را جذب نمی‌کند. اگر یک مغناطیس نزدیک به مس قرار دهید و مس به مغناطیس نچسبد، این امر نشان‌دهنده‌ی غیرمغناطیسی بودن مس می‌باشد.

4- آزمایش نقطه ذوب: همانطور که می‌دانید نقطه‌ی ذوب مس حدود 1083 درجه‌ی سانتیگراد می‌باشد. با استفاده از کوره‌های آزمایشگاهی می‌توان نقطه‌ی ذوب مس را اندازه‌گیری نمود و با اطمینان از شناسایی مس اطلاع پیدا کرد.

5- آزمایش الکترولیت‌ها: همچنین بهتر است بدانید که مس به عنوان یک فلز منتقالی عمل می‌کند و در حضور محلول‌های الکترولیتی رفتار خاص خود را دارد که با آزمایش‌های الکترولیت‌ها می‌توان مس را تشخیص داد.

توضیحات تکمیلی

بهتر است بدانید که کات کبود کریستالی به رنگ آبی است که قابلیت حل شدن در آب را نیز دارد. اما با توجه به ویژگی‌های گوناگونی که دارد، می‌توانید از کات کبود در کاربردهای گوناگونی همچون تصفیه‌ی آب آشامیدنی تا کنترل رشد جلبک در حوضچه استفاده نمود. همچنین از دیگر نکات مهم کات کبود این است که جزو پرمصرف‌ترین مواد شیمیایی در صنایع مختلف به شمار می‌رود چرا که شرکت‌های مختلفی در زمینه‌ی تولید و فروش کات کبود فعالیت دارند.

اما آنچه که بسیار مهم است این است که دوز مصرفی و رعایت موارد ایمنی این محصول بسیار بالاست زیرا دوزهای بالای آن می‌تواند سمی باشد. نماد شیمیایی کات کبود، CuSO₄ است که یک جامد آبی کریستالی است که در آب بسیار محلول است و می‌تواند محلول با غلظت‌های مختلف را تشکیل دهد. از واکنش اسیدسولفوریک با اکسید مس از طریق الکترولیز فلز مس تشکیل می‌شود.

سؤالات متداول

1- کاربرد کات کبود در صنعت کشاورزی چیست؟

– از کاربردهای کات کبود می‌توان به این مورد اشاره کرد که در صنعت کشاورزی بیش‌تر به عنوان قارچ‌کش برای کمک به جلوگیری از گسترش بیماری‌های قارچی در محصولات استفاده می‌شود.

– همچنین می‌تواند به عنوان نرم‌تن کنش برای کشتن حلزون‌ها و راب‌هایی که می‌توانند به محصولات زراعی آسیب برسانند استفاده شود.

– علاوه بر این، کات کبود را می‌توان برای کنترل انواع خاصی از حشرات استفاده نمود.

– کات کبود همچنین می‌تواند برای کنترل رشد جلبک‌ها و سایر علف‌های هرز آبی در سیستم‌های آبیاری، استخرهای ماهی و سایر آب‌نماها استفاده نمود.

– همچنین می‌تواند به کاهش سمیت برخی فلزات در خاک نیز کمک نماید. چرا که هنگامی که در ترکیب با سایر کودها استفاده می‌شود می‌تواند به کاهش تجمع فلزات سنگین مانند سرب، روی و کادمیوم در خاک کمک و آن را برای رشد محصولات کشاورزی مناسب‌تر کند.

2- چرا محلول نمک‌ها رسانای جریان الکتریکی می‌باشند؟

در پاسخ به این سوال باید بگوییم که در این نوع محلول یون وجود دارد و به دلیل آن که یون‌ها هم بار الکتریکی دارند پس در نتیجه محلول‌های نمک رسانای جریان الکتریسیته هستند. پس جریان برق را از خود عبور داده و همچنین محلول‌های نمک دارای رسانای جریان الکتریکی می‌باشند.

3- طبق آزمایش بررسی حرکت یون‌ها در آب اگر که ترکیبات پتاسیم یدید و سرب نیترات در معرض یکدیگر قرار بگیرند، به چه نتیجه‌ای می‌توان دست یافت؟

بهتر است بدانید که بلورهای پتاسیم یدید و سرب نیترات با آب مقطر واکنش نشان می‌دهد و در آب حل می‌شوند و بیش‌تر به صورت یون‌های پتاسیم، یون یدید، یون نیترات و یون سرب درمی‌آیند که این یون‌ها شروع به حرکت در داخل آب مقطر می‌کنند و در اثر واکنش شیمیایی این یون‌ها با هم سرب یدید تشکیل می‌شود که در نتیجه رنگ زرد به وجود می‌آید.