((بسم الله الرحمن الرحیم))
آزمایش2 (( تعیین وزن اتمی منیزیم ))
آشنایی: هدف آزمایش با وزن اتمی عناصر و چگونگی تعیین آنها و اندازه گیري وزن اتمی منیزیم
تئوري :
از خواص مهم یک اتم جرم آن است. چون اتم ها فوق العاده کوچک هستند در آزمایشگاه هاي معمولی جـرم هریک از آنهارا نمیتوان به سادگی تعیین کرد .بنابراین فقط نسبت وزن هاي آنها به یکدیگر سنجیده می شود. مثلاً در مولکول آب، نسبت وزن اکسیژن به وزن هیـدروژن مثـل 7.937 به 1 . است اگر مولکول آب مرکب از یک اتم اکسیژن و یک اتم هیدروژن مـی بـود، وزن اتـم اکسـیژن 7.937 برابر وزن اتم هیدروژن می شد. ولی چون مولکول آب شامل دو اتم هیدروژن و یک اتـم اکسـیژن اسـت،
بنابراین وزن اتم اکسیژن 15.87 برابر وزن اتم هیدروژن خواهد بود. براي اینکه یک واحد ثابتی براي اندازه گیـري وزن اتمی بوجود آید، لازم است که یک عنصر را به عنوان مبنا انتخاب نمود و وزن سایر اتم هـا را نسـبت بـه آن سنجید. انتخاب این عنصر اختیاري است. طی سال هاي متمادي اکسیژن براي این منظور انتخاب شده بود و وزنـی برابر با 100 واحد جرم اتمی به آن نسبت داده بودند. بعدها این وزن بـه 16 کـاهش یافـت. در سـال هـاي اخیـر متداولترین ایزوتوپ طبیعی کربن c 12 6 به عنوان مبدأ انتخاب گردیده است. که وزنـی معـادل 0000.12 واحـد
جرم اتمی به آن داده .شده است در حقیقت واحد جرم اتمی (وزن اتمی) عبـارت اسـت از یک دوازدهم جـرم اتـم کـربن c
12
6 که آن را با amu یا . نشان می دهند بر مبناي این واحد، جرم یک اتم هیدروژن یعنـی سـبکترین اتـم هـا 1amuو جرم یک اتم اکسیژن amu16 می باشد. وقتی که جرم اتم ها را بر مبناي واحد جرم اتمـی ارائـه دهیم، آن را جرم اتمی می نامند .
یکی از دقیقترین روش هاي تعیین جرم اتمی و مولکولی استفاده از اسپکترومتري جرم یا طیف سنجی جرمی است.
در چنین سنجشی مقدار نمونه مورد نیاز کمتر از یک میلی گرم می باشد .در این روش ترکیب مورد نظر را به یـون مولکول تبدیل می کنند. معمولترن روش براي تولید یون، بمباران الکترونی بخارات نمونه است. به این ترتیب کـه
بخار نمونه تحت فشاربین ده به توان منفی 5 و ده به توان منفی 7 میلی متر جیوه به داخل منبع یونی وارد می شود ودر آنجا توسـط شـعاع الکترونی بمباران می شود. یون مولکول M در اثر حذف یک الکترون از مولکول تشکیل می شود .
به محض اینکه محل پیک مربوط به یون مولکولی در طیف شناسایی شـود، در ایـن صـورت نسـبتm بر e آن وزن مولکولی ترکیب را به دست می دهد .
طیف جرمی به صورت یک نگار میله اي نمایش داده می شود که در آن فراوانی نسبی پیکها نسبت به تغییرات mبرeآنها رسم می شود فراوانی نسبی 100 به پیک پایه( فراوان ترین یون) نسبت داده می شـود.
با افزایش انرژي الکترونهاي بمباران کننده یونهاي مولکولی اولیه حاصل ، وارد فرایند تجزیـه اي شـده و منجـر بـه تشکیل یونهاي قطعه اي می شوند که این یونها مشخص کننده ساختمان مولکولی است مثلا . ترکیبی که یقینـا یـک الکل باشد موجب تشکیل یک پیک یون قطعه اي درmبرeبرابر با 18-M می شود چون معلوم شده است که الکلها در فرایند حذف آب شرکت می کنند . طیف سنج جرمی یک دسـتگاه حسـاس بـوده و حضـور یونهـا ناشـی ازمولکولها یک یا چند ایزوتوپ سنگین هستند را ثبت خواهد کرد بنابر این معمـولا در طیـف جرمـی ،خوشه اي از پیکه با نسبتهاي (خوشه مولکولی) mبرeبرابر با M ،1+M ،2+M … و مشاهده می شود .
1 روش دیگر استفاده از گرماي ویژه عنصر است در سال . 1809 دولانگ و پتیت گرماي ویژه بعضی از فلزات را اندازه گرفتند و متوجه شدند که مقادیر بدست آمده بر حسب نوع فلز تغییرات قابل ملاحظه اي دارد. بعد از انـدازه گیري گرماي ویژه تعداد زیادي از عناصر بر روي نمونه هاي مشخصی از عناصر (نه تنها از نظر وزن بلکـه از نظـر تعداد اتم ها) آن دو اظهار داشتند که حاصلضرب جرم اتمی یـک عنصـر در گرمـاي ویـژه آنهـا در حالـت جامـد،
مقداریست ثابت یعنی:
6/2=جرم اتمی*گرمای ویژه
با وجود اینکه این قانون ماهیت تقریبی دارد، می تواند به کمک تجزیه دقیق شیمیایی، روشی حساس جهت تعیـین جرم اتمی عناصر باشد .
روش هاي آزمایشگاهی دیگري نیز وجود دارد. از جمله ترکیب مقدار مشخصی عنصر مـثلاً Mg کلریـدریک بـا اسید و اندازه گیري دقیق حجم هیدروژن آزاد شده (در شرایط متعارفی) طبق معادله زیر می باشد :
mg+2Hcl→ mgcl2+H2
در این آزمایش از روش غیر مستقیم دیگري استفاده می شود. بدین ترتیب که براي تعیـین وزن اتمـی یـک عنصـر نامشخص، آنرا با یک عنصر دیگري که وزن اتمی آن مشخص است مثلاً اکسیژن ترکیب می کنیم سپس با دانستن تعداد اتم هاي دو عنصر در ترکیب و افزایش وزن در اثر ترکیب، می توان وزن اتمی عنصر اولیه را مشخص کرد .
مواد لازم: فلز منیزیم، نیتریک اسید غلیظ
وسایل لازم: پی پت 5 میلی لیتري، بوته چینی درب دار، چراغ گاز، پایه و گیره مخصوص، ترازوي دقیق
روش کار آزمایشگاهی :
در این آزمایش براي تعیین وزن اتمی منیزیم آن را به وسیله نیتریک اسید غلیظ اکسید می کنند و سپس بـا تعیـین وزن اکسید حاصل، می توان وزن اتمی منیزیم را محاسبه کرد.یک بوته چینی (یا کپسول چینی) را به مـدت چنـد دقیقه بوسیله شعله چراغ گاز به آرامی حرارت دهید.سپس آن را درون دسیکاتور قرار دهید و پـس از سرد شدن، دقیقاً آن را توزین کنید.آنگاه حدود 1 گرم منیزیم به بوته چینی افزوده و مجدداً دقیقاً توزین کنید.
با تقریب( 0/005). گرم پس از آن در زیر هود به بوته چینی محتوي فلز منیزیم حدود ، 5 نیتریـک میلـی لیتـر اسید غلیظ بیفزایید و به آرامی به مدت 15 دقیقه روي شعله چراغ گاز حرارت دهید .
احتیاط: احتمال پاشیدن محلول به بیرون وجود دارد. دقت کنید که روي پوست دست و صورت شما نریزد .
پس از آنکه تمام مایع داخل بوته چینی در اثر جوشیدن تبخیر گردید. با حرارت زیـاد بـه مـدت 10 دقیقـه دیگـر، حرارت دادن را ادامه دهید. سپس حرارت را قطع کنید و بوته را در دسیکاتور قرار دهید تا سـرد شـود. پـس از آن بوته را دقیقاً وزن کنید. (نتایج را در جدول .) یادداشت کنید محاسبات آزمایش را یکبار دیگر تکرار کنید و اعـدادي را که در مرحله دوم به دست می آورید با مرحله اول مقایسه کنید .
نکته : این آزمایش را براي تعیین وزن اتمی اکثر فلزات می توان به کار برد .
خطاي آزمایش نسبت به وزن اتمی واقعی منیزیم (24/312)
