آزمایش ِ تهیه ی اسید بوریک از بوراکس

 

آزمایش ِ تهیه ی اسید بوریک  از بوراکس

 

تئوری ِ آزمایش:

  بور و تركيبات گوناگون آن داراي كاربردهاي بسيار وسيع، استراتژيك و مهمي در صنايع مختلف كوچك و بزرگ كشاورزي، دارويي و پزشكي مي باشند. به دليل عدم وجود عناصر و مواد جايگزين آن بعضي از شاخه‌هاي صنعتي وابسته به اين عنصر متوقف مانده و يا با مشكلاتي اساسي و جدي روبروست. امروزه بوراتها داراي مصارف بسيار زيادي در ساخت فايبرگلاس، سراميك، رساناها، اسيدبوريك، كاشي سازي، شوينده‌ها (صابون سازي، مواد پاك كننده و...) (10%)، پارچه بافي، صنعتي كشاورزي (32%)، كود شيميايي، پربوراتها، صنايع شيشه، پشم شيشه، مينا كاري، كمك ذوب، چسب، مهار آتش سوزي، گدازآور در صنايع فلزگري، در تهيه چسب و حلالها، در راكتورهاي اتمي، صنايع الكتريكي، در كاغذ سازي، در تركيب ضد يخ، چرم سازي، جوشكاري، لحيم كاري و عكاسي مورد استفاده قرار مي گيرند.

مصرف بور در غرب از سال 1970 تا سال 1989 داراي رشد نسبي 4/1 درصد در سال و از سال 1989 تا 1999 داراي رشد نسبي 2 درصد در سال بوده است. عنصر بور در رژيم غذايي انسانها وارد مي‌شود و هم اكنون تحقيقات زيادي در اين زمينه در حال انجام است. گياهان بور را از آب و خاك مي‌گيرند و بدون آن نمي‌توانند زنده بمانند.

عنصر بور و تركيبهاي گوناگون آن، داراي كاربردهاي بسيار وسيع و مهمي در صنايع مختلف كوچك و بزرگ كشاورزي، دارويي و پزشكي مي‌باشند. به گونه‌اي كه مي‌توان گفت به دليل عدم وجود عناصر و مواد جايگزين آن فعاليت بعضي از شاخه‌هاي صنعتي وابسته به اين عنصر، متوقف مي‌ماند و يا مشكلاتي اساسي و جدي روبرو مي‌شوند.

در فاصله بين دو جنگ جهاني، شيشه‌هايي به بازار عرضه مي‌شد كه از سيليكاتهاي بور تهيه مي‌شدند. اين شيشه‌ها داراي خواصي چون مقاومت در برابر انبساط، مقاومت در برابر حرارت و مقاومت در برابر شوكهاي حرارتي بودند. در مدت جنگ جهاني دوم بهمراه رشد سريع صنايع الكترونيك و نياز به ساخت شيشه‌هاي بور و سيليكات به ميزان تقاضاي اينگونه شيشه‌ها افزوده شد و كارخانجات عرضه كننده درصدد رفع نياز بازار بور آمدند.

شيشه بورات: با اكسيدهاي لانتان و تانتال ولي بدون سيليس براي شيشه‌هاي عدسي‌هاي عكاسي، هواپيما و چشمي‌هاي با زاويه ديد وسيع به كار بورده مي‌شود. اينگونه شيشه‌ها داراي ضريب شكست نور زياد و پاشندگي كم هستند.

 

شيشه‌هاي اكسيد بوريا شيشه‌هاي بوراكس

اشعه ماوراء بنفش را عبور مي‌دهند. شيشه معروف به شيشه نامريي، شيشه بوراكس است كه سطح آن با لايه نازكي از فلوئوروسديم پوشيده شده است كه 6/99 درصد كليه اشعه مرئي را عبور مي‌دهد، و فقط بازتاب كمي داشته و حالت نامرئي بودن را به وجود مي‌آورد. شيشه‌هاي معمولي سديك و پتاسي نور ماوراء بنفش را عبور نمي‌دهند. شيشه محتوي 2 الي 4 درصد اكسيد سديك اشعه ماوراء بنفش را جذب مي‌كند و براي سپرهاي اشعه ايكس نيز به كار برده مي‌شود. شيشه‌اي كه بتواند اشعه ايكس پر انرژي و اشعه گاما را جذب كند ممكن است محتوي فسفات تنگستن باشد، در حالي كه شيشه‌اي كه براي جذب نوترونهاي كند در نيروگاهاي اتمي به كار برده مي‌شود. محتوي بورسيليكات كادميم همراه با فلوئورورها است.

همچنين از اسيد بوريك و بوراكس بعنوان مواد خام مورد نياز در صنعت شيشه سازي استفاده فراوان مي‌شود. البته انتخاب مواد خام حاوي بور بيشتر تابعي است از اندازه و نوع تجهيزات كارخانه ذوب شيشه، براي مثال در ساخت شيشه تجاري Eutal (نام ديگر آن E-gladd است) احتياج به كوره‌هاي بزرگ گاز سوز با كوره‌هاي پيش گرم كننده هوا مورد نياز است. با اين حال در بعضي از موارد جايگزين كردن اين مواد خام با يكديگر عملي مي‌باشد.

امروزه از كلمانيت بجاي سنگ آهك و اسيد بوريك جهت افزايش سرعت ذوب شيشه استفاده مي‌گردد. اين افزايش باعث بيشتر شدن مقدار توليد كوره در هر شيفت كاري مي‌گردد. اولكسيت نيز معمولاً جايگزين خوبي براي بوراكس محسوب مي‌شود، هر چند كه كلمانيت مراحل ذوب را سريعتر از اولكسيت پشت سر مي‌گذارد بهمين دليل هنگام مصرف اولكسيت مقداري (Soda Ash) Na2CO3 به آن اضافه مي‌كنند. در شيشه‌هاي كه نياز به خلوص و رنگ با كيفيت بالا وجود دارد ترجيح داده مي‌شود از اسيد بوريك و يا بوراكس خالص استفاده شود، كلمانيت و الكسيت هر دو به اندازه كافي داراي ناخالصي اكسيد آهن و سولفات مي‌باشند.

وجود بور در شيشه علاوه بور كاهش انبساط حرارتي باعث افزايش دوام شيميايي شيشه، اصلاح خواص اپتيكي و همچنين اصلاح خواص الكتريكي شيشه، مي‌گردد بوراي تهيه شيشه‌هايي كه درصد بالايي از سليس (High-Silica-glass) در تركيبات آنها وجود دارد، از بوراتها بعنوان كمك ذوب بجاي اكسيدهاي قليايي استفاده مي‌شود.

شيشه‌هاي معروف به شيشه‌هاي ضد اسيد نيز تركيبي از بور و سليس هستند كه درصد مواد قليايي در آنها بسيار پايين مي‌باشد. در سخت كردن پلاستيكها و در ساخت تانكهاي ذخيره زير زميني كه احتياج به مقاومت كشش و مدول الاستيسيته بالا دارد، از الياف شيشه‌اي استفاده مي‌گردد كه اين الياف از جنس سيليس و بور مي‌باشند. در جداول زير درصد مواد تشكيل دهنده بعضي از شيشه‌هاي حاوي اكسيد بور و همچنين مصارف مهم كاني‌هاي بوراته آورده شده است.

براي بالا بردن ضد سوختگي چوب و درب چوبي و چهار چوبهاي فلزي و چوبي براي جلوگيري در امر آتش سوزي و بخصوص راه پله‌هاي فرار ساختمانها و درب آنها از تركيبات بور استفاده مي‌شود.

بكارگيري اين محصولات در اروپا اجباري مي‌باشد لذا بيش از 10% توليد جهاني بور براي بالا بردن درجه ضد سوختگي چوب بكار مي‌رود.

ساخت اسيد بوريك

درصد خلوص كانسارهاي بور به وسيله حل شدن و تبخير بالا مي‌رود. بخارات سيستم‌هاي ژئوترمال قبل از استفاده در توليد قدرت (برق) حاوي مواد شيميايي داراي بور بوده كه بصورت اسيد بوريك قابل تفكيك مي‌باشد. از اين نوع تكنولوژي در كشور ايتاليا استفاده مي‌شود.

كانيهاي بور در شرايط خشك پايدار بوده اسيد بوريك يكي از محصولات مهم بور در شرايط معمولي پايدار بوده ولي اگر حرارت داده شوند ابتدا به اسيد متابوريك (HBO2) و با حرارت بيشتر سپس به اكسيد بور B2O3 تبديل مي‌شود.

ساخت فايبرگلاس ها

ماده اصلي فايبرگلاس از بور و سيليس با تركيبات قليايي كمتر، مي‌باشد مصارف زيادي يافته است.

يكي از مصارف اصلي بور در ساخت فايبرگلاسهاي مختلف مي‌باشد. از آنجائي كه در صنعت فايبر گلاس پارچه تكنولوژي جايگزين استفاده از بور اخيراً كشف شده است، مي‌توان تا حدودي كندي حركت استفاده از عنصر بور در ساخت اين نوع فايبرگلاسها را پيش‌بيني نمود.

مصارف هسته‌اي

تركيبات بور در ساخت پايگاه‌هاي پرتاب موشك داراي كاربرد استراتژيك مي‌باشند.

مصارف كشاورزي

كاني‌هاي بور نقش مهمي در ساختن بسياري از كودهاي شيميايي دارند. مصرف مقادير زيادي بور در كودهاي شيميايي ممكن بوراي گياهان و محصولات كشاورزي مضر باشد.

مصارف متالورژيكي

تركيبات بور در توليد استيل و فلزات غير آهني، آلياژها، مغناطيس‌هاي كمياب و فلزات بي شكل مورد استفاده قرار مي‌گيرد. علاوه بور اين براي جوشكاري، ساخت بعضي از روكشها، بعنوان كمك ذوب آهن و فلزات غير آهني استحصال بعضي از مواد معدني و پوشهاي ضد زنگ نيز استفاده مي‌شود.

بوراتها بسادگي با اكسيدهاي فلزي آغشته شده تا در درجه حرارتهاي كاملاً پايين بتوان از به هدر رفتن فلزات قيمتي در هنگام استحصال جلوگيري كند. همچنين از فلزات بي‌شكل حاوي تركيبات بور براي از دست رفتن انرژي در ترانسفور ماتورها استفاده مي‌گردد. تركيب بور، آهن و روي در ساخت آلياژهاي ضد زنگ و مقاوم در برابر حرارت استفاده مي‌گردد.

مصارف آتشباري

مواد منفجره آمونيوم در مناطقي كه مس استخراج مي‌شود بخاطر اثرات سولفيدهاي مس بر روي آنها در شرايط خاصي پايدار نمي‌ماند، لذا با پاشيدن محلول‌هاي بورات آمونيوم بر روي چاله‌هاي حفاري در جايي كه مواد منفجره قرار مي‌گيرند اين مواد را پايدار نگه مي‌دارند.

مصارف مغناطيسي

فرو بردن Ferro Boron براي ساخت پودرهاي آهن رباهاي خيلي قوي مورد استفاده مي‌گردد.

مصارف جوشكاري

تقريباً تمامي جوش دهنده‌هاي خشك حاوي تركيبات بور بوده كه بوراي زنگ نزدن و اتصال خوب و محكم محل جوي، مورد استفاده قرار مي‌گيرد.

مصارف پوششي

بوراتها بصورت آلياژ با نيكل در كنترل كردن PH در زمان الكتروليز و پوشش دادن، بكار مي‌رود.

مصارف ديگر

ديگر مصارف عنصر بور عبارتند از:

ماده شيميايي بور براي تنظيم خواص قليايي و اسيدي (خنثي كننده) بعضي تركيبات شيميايي نقش اساسي دارد.

كنترل كننده غلظت رنگها

ثابت نگه داشتن PH مواد منفجره

ساخت فيلم‌ها

مقاوم كردن سطح شيشه‌ها در برابر حرارت و مواد شيميايي

ساخت صفحه‌هاي ظريف LCD

ساخت سراميك‌هاي زيبا

آلياژ بور و آهن براي جلوگيري از زنگ زدگي

مخلوط روي و بور براي پوشش كابلهاي الكتريكي

جذب اشعه نوترون

محفظ‌هاي هسته‌اي

ساخت ضد باكتري

ساخت مواد آرايشي

معالجه سرطان و...

شرحکار:

درجلسه اول آزمایش 3.6gازبوراکس را توزین نمودیم آن را درون ارلن ریختیم وml12آب راتوسط استوانه مدرج به آناضافه نمودیم.محتویات ارلن راروی  هیترقراردادیم تابوراکس حل شود.سپس ارلن رابه همراه محتویات درون آن درداخل یک کاسه محتوی آب شهرقراردادیم.بمدت10دقیقه تاکاملاخنک شود.سپس مقدار1.2g  از اسید سولفوریک غلیظ که معادل 0.7 میلی لیتراسترابه درون ارلن اضافه نمودیم وبمدت 10دقیقه منتظر ماندیم تا H2so4کاملا حل شود.

برای جدا کردن رسوب از قیف و ارلن بوخنر استفاده کردیم.

در جلسه ی دوم آزمایش 50ml آب مقطر را وسیله ی هیتر گرم نمودیم.0.5g  از اسید بوریک را به آن اضافه کردیم .محلول بد ست آمده را به بالن ژوژه منتقل کردیم و به حجم  100mlرساندیم.

10میلی لیتر را درون یک ارلن ریخته  و30ml گلیسیرین 1Mرا با استفاده ازیک  استوانه ی مدرج درون ارلن ریختیم .1 تا 2 قطره فنل فتالئین ریخته وبا سود آن را تیتر نمودیم.بامشاهده تغییررنگ به صورتی کم رنگ تیتراسیون خاتمه می یابد.حجم سود مصرفی 7.4میلی لیتر بود.

 در مرحله ی بعد 10میلی لیتر از محلول را برداشته و به همراه  3mlگلیسیرین 0.1M درون یک ارلن تمیز ریختیم وبا 27mlآب مقطر به حجم رساندیم.3قطره فنول فتالئین را به محلول اضافه کردیم  مجموعه را با NaOHتیتر کردیم.کاهش مقدارسود مصرفی نشان میدهد با کاهش غلظت گلیسیرین مقدار باز مصرفی کمتر میشود.

در مرحله ی سوم 10mlبوراکس به همراه1-2قطره متیل اورانژ را درارلن ریختیم وبا HClتیتر کردیم.پایان تیتراسیون را با تغییر رنگ محلول از زردئ به قرمز مایل به نارنجی تشخیص دادیم.

واکنش ها:

تیتراسیون بوراکس

1-Na2B4O7  +2Hcl +5 H2o  2Nacl +4H3Bo3

2Na2B4O7 +H2SO4 + 5 H2o→4 H3Bo3 + Na2So4

3-H3BO3 +BO3H4 → H2SO4 +5H2O +Na2B4O7

تهیّه بوراکس

4-Ca2B4O11 + 2NaCO3 → 2CaCO3  +Na2B4O7 +NaBO2

5- 4NaBO2 +CO2 → Na2CO3 +NaB4O7

محاسبات:

                             =0.0120Mol Mol H2SO4 =1.2 g H2SO4 ×

Mol Na2B4O7=3.6gr Na2B4O7,10H2O × =0.01793  Mol

 

H2SO4واکنش دهنده ی محدود کننده می باشد.

 

grH3BO3=0.012MolH2SO4×  × =2.966g

 

وزن رسوب همراه کاغذ صافی=1.90

وزن کاغذ صافی=0.32gr

%

ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ

M H2SO4=98.08 gr/mol

درصد خلوص=95-97%

d=1.84g/cm3         

 

 

gr pure=1840gr/l×96/100=1766.4gr

gr/lH2SO4=1.84g/ml× =1840g/l

 

 

1766.4gr              1000ml

1.2gr           Χml

x=0.679=0.7ml

_______________________________________

NHCl=0.083

V Hcl=12m

N1V1 بوراکس=N2V2HCl

N1×10ml=0.083×12ml

N1= =.0996

وزن هم ارز بوراکس←E=M/a=382/2=191gr/mol

C=N.E=0.0996mol/l×191gr/mol=18/91gr/l

18.91g                                      1000ml

Χgr                                        250ml

Χ=4.73gr

ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ

VNaOH= 7.1 ml

N NaOH = 0.1

(H3BO3) N1V1=N2V2 (NaOH)

N1 10 =0.1 7.1

N1= 0.071

                                                           

= =61.78g/mol=وزن هم ارزاسید بوریک

C=N.E=0.71mol/l×61.78g.mol=4.386

4.386g          1000ml

X g                 100ml                              x=0.4386

 

 

ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ

VNaOH=3.0 ml

NNaOH= 0.1

(H3BO3) N1V1=N2V2(NaOH)

N1

N1=0.03 mol/l

 

E=  = = 61.78g

C=E.N =61.78  0.03

1.85g            1000ml

X g                 100 ml                         x=0.185

 

بازده درصدی

پرسش و پاسخ ها:

1-هیبریداسیون پیشنهادی بور در اسیذد بوریک و شکل ساختمانی آن را نشان دهید:

SP2

 

2-اگر در آزمایش شناسایی و سنجش به جای دی متیل الکل از گلیسیرول استفاده شود چه تغییراتی ایجاد خواهد شد؟

بورات ها ب پلی اُل ها مانند  هیدروکسی کربوکسیلیک اسیدها و گلیسیرول کمپلکس هایی به نسبت 1:1 تشکیل می دهند و قدرت اسیدی بیشترمی شود و تیتر مستقبم با سود ممکن می شود.گلیسیرول ماده ای کمپلکس دهنده است که با کم شدن غلظتش تعداد کمپلکس های پایدار کمتر می شود، درنتیجه قدرت اسیدی اسید بوریک کاهش یافته و با حجم پایین تری از سود تیتر می شود.

 

3-سدیم تترا بورات نمک چه اسیدی است؟

بورات ها از 3 اسید مشتق می شوند:

الف-اسید پیرو بوریک H2B4O7

ب- اسید متابوریک H2BO

ج-اسید اورتو بوریک  H3BO3

 

4-واکنش تهیه اسیدبوریک از بوراکس و اسید سولفوریک را بنویسید:

Na2SO4  + H4BO3  → H2SO4 +5H2O + Na2B4O7

 

5-تغییر شکل اسید بوریک را در اثر حرارت بیان کنید؟

وقتی اسید بوریک ذوب می شود به صورت شیشه به دست می آید.B2O3 مذاب حاصل می تواند اکسید های فلزی را در خود حل کند.وشیشه ی بورات تشکیل می دهد، پیرکس شیشه ای از بور و سیلیکات می باشد.

+نوشته شده در چهارشنبه دهم آذر 1389ساعت13:19توسط اکرم حیدری |