آزمایش مقایسه چگالی آب و کربن تتراکلرید

کربن تترا کلرید با فرمول شیمیایی CCl₄   یک ترکیب آلی بی رنگ با بویی شیرین است. این ماده حلال غیرقطبی مناسب برای برخی از واکنش­ها می‌باشد و می­تواند چربی ها و روغن ها و حتی ید را در خود حل کند. این ماده در آب حل نمی­شود و هنگام مخلوط شدن با آب به صورت دو فاز در می­آیند. چگالی کربن تتراکلرید حدود 5/1 گرم بر سانتی متر مکعب است که نسبت به آب ( با چگالی 1 گرم بر سانتی متر مکعب ) سنگین تر می باشد .

کربن تتراکلرید در ابتدا به عنوان یک حلال مشهور در شیمی آلی خیلی کاربرد داشت اما امروزه به دلیل اثرات مضر آن بر سلامتی انسان استفاده­ی کمتری دارد.

آزمایش مقایسه چگالی آب و کربن تتراکلرید

شکل 1- کربن تتراکلرید

شکل 2- ساختار شیمیایی کربن تتراکلرید

خطرات کربن تتراکلرید : تتراکلرید کربن درهوای اتاق سریعاً به فرم بخار در می‌آید. این ماده سمیت بالایی دارد و به دلیل اینکه سریعاً به فرم بخار در می‌آید، از طریق استنشاق بسیار خطرناک و مضر است. این ماده بر روی سیستم اعصاب مرکزی اثر می‌گذارد که نشانه‌های آن عبارت است از سردرد، تهوع، گیجی و خواب آلودگی، استفراغ، مستی و عدم هماهنگی. درمواجهه‌های کوتاه مدت با این ماده صدمات کبدی و کلیوی دیده شده‌است.

راهنمای کار با کربن تتراکلرید: درصورت استنشاق ابتدا منبع آلودگی را پاک می­نمایند و سپس شخص را به هوای آزاد برده، اگر وی در تنفس مشکلی داشت از ماسک اکسیژن استفاده می­شود و سریعا شخص را به پزشک می­رسانند.

مواد مورد نیاز :

• آب
• کربن تتراکلرید
• چند قطره عصاره زعفران
• قیف جداکننده کوچک
• پیپت
• پایه و گیره نگهدارنده قیف جداکننده

شکل 3- قیف جدا کننده به همراه پایه و گیره

شکل 4- پیپت

مراحل انجام کار :

• ابتدا آب درون قیف می­ریزیم و سپس با استفاده از پیپت مقداری (حدود 10 میلی لیتر) کربن تتراکلرید را با احتیاط درون آب می­ریزیم. به علت بی رنگ بودن هر دو مایع، دو فاز به خوبی از هم تشخیص داده نمی­شوند. برای این منظور چند قطره زعفران به آب اضافه می­کنیم تا آب رنگی شود (زعفران در کربن تتراکلرید حل نمی­شود و فقط در آب حل می­شود). به این صورت دو فاز بهتر از پیش از همدیگر تشخیص داده می­شوند. قسمت بالایی(که محلول آب و زعفران است) را زرد و مایع پایینی را بی­رنگ می­بینیم.

2- حال برای جداسازی ابتدا بشر ( یالیوانی ) را زیر قیف جداکننده می­گذاریم و سپس شیر قیف جداکننده  را به آرامی باز می­کنیم. مشاهده می­کنیم که کربن تتراکلرید که در قسمت پایینی مخلوط بوده ابتدا خارج می­شود  و زمانی که کربن تتراکلرید خارج شد سریع شیر را می­بندیم.

3- کربن تتراکلرید درون بشر را سریعا به ظرفی در بسته منتقل می­کنیم.

شکل 5- جداسازی مخلوط دو فاز آلی و آبی در قیف جداکننده ( فاز آبی محلول سبز رنگ و فاز آلی مایع زرد رنگ مافوق آن می­باشد)

!!! توجه :

از آن جایی که کربن تتراکلرید مایعی سمی و فرار است می­توان به جای آن از روغن مایع استفاده کرد.

نتیجه آزمایش/چرایی آزمایش :

مخلوط همگن، مخلوطی است که در آن ذرات به طور یکنواخت در سر تا سر مخلوط توزیع شده باشند. از واژه­ی محلول نیز به جای مخلوط همگن استفاده می­کنند؛ مانند محلول سرکه که مخلوطی از اسید استیک و آب است. محلول نمک طعام نیز مخلوطی از نمک کلرید سدیم در آب است. در هر یک از این مخلوط ها، اسید استیک و نیز نمک طعام به طور یکنواخت در تمام آب توزیع شده اند. در مقابل، مخلوط ناهمگن مخلوطی است که در آن ذرات به طور غیر یکنواخت در سرتاسر مخلوط توزیع می­شوند؛ مانند مخلوطی از ماسه، سیمان و آب (که ذرات به طور غیر یکنواخت در آب توزیع شده­اند)، سالاد و یا مخلوط آب و روغن

جداسازی مخلوط های ناهمگن آسان تر از مخلوط های همگن است. یکی از راه های جداسازی مخلوط های ناهمگن مایع در مایع، استفاده از قیف جداکننده (دکانتور) است. اساس کار این وسیله، اختلاف چگالی دو مایع می­باشد.

پرسش:

• هنگامی که دو مایع (کربن تتراکلرید و آب ) را مخلوط کنیم کدام مایع در قسمت پایین قرار می­گیرد؟چرا؟
• به چه روشی می­توان آب و کربن تتراکلرید را از هم جدا کرد؟
• آب و کربن تتراکلرید هردو بی­رنگ هستند. چگونه می­توانیم به راحتی آن­ها را از هم تشخیص دهیم؟
• اگر قیف جداکننده نداشته باشیم چه راهکاری برای جداسازی آب و روغن پیشنهاد می­کنید؟

پاسخ :

• کربن تتراکلرید. چون چگالی بیشتری دارد.
• با استفاده از قیف جداکننده
• با استفاده از انحلال یک ماده ی رنگی مثل عصاره ی زعفران
• مخلوط را درون یک کیسه فریزر می­ریزیم و کمی صبر می­کنیم تا دو فاز تشکیل شود. سپس در قسمت زیرین یک سوراخ ایجاد می­کنیم تا مایعی که چگالی بیشتری دارد خارج شود و به این ترتیب جداسازی صورت می­گیرد.