آیا تا به حال به فویل آلومینیومی در کابینت آشپزخانه خود نگاه کرده اید و به این فکر کرده اید که چه آزمایش های جالبی می توانید با آن انجام دهید؟ بنابراین من باید! در این آزمایش جالب، سولفات مس را با فویل آلومینیومی واکنش می دهیم تا فلز مس خالص به شکل پودر مس. چه در مدرسه باشید، چه در حال انجام شیمی خانگی، این آزمایش مطمئناً خوشحال کننده است.

ساخت پودر مس – زمینه

آلومینیوم موجود در فویل آلومینیوم با سولفات مس واکنش می دهد و یک واکنش جایگزینی برای ایجاد سولفات آلومینیوم و فلز مس انجام می دهد:

2Al + 3CuSO₄ → آل₂(بنابراین₄)₃ + 3 مس

این بدان معنی است که در طی واکنش، هر اتم آلومینیوم سه الکترون از دست می دهد تا یک یون آلومینیوم ایجاد کند. هر یون مس دو الکترون به دست می آورد و آن را به فلز مس تبدیل می کند:

ال⁰ → آل³⁺ + 3 e^–

مس²⁺ + 2 e^– → مس⁰

معادله یونی خالص: 2Al⁰ + 3 مس²⁺ → 2Al³⁺ + 2 مس⁰

فویل آلومینیوم در درجه اول از آلومینیوم عنصری تشکیل شده است که در یک لایه نازک چیده شده است. با این حال، حاوی مقداری آهن و سیلیکون نیز می باشد که معمولاً به ترتیب 1% و 0.5% می باشد. به طور قابل توجهی برای این آزمایش، یک لایه غیرفعال از اکسید آلومینیوم روی سطح فویل وجود دارد که ضخامت آن حدود 50 تا 100 نانومتر است. این امر از واکنش آلومینیم در هنگام تماس جلوگیری می کند. یون‌های کلرید نمکی که در طول آزمایش اضافه می‌کنیم به یون‌های مس اجازه می‌دهد تا به لایه اکسید نفوذ کرده و با آلومینیوم خالص زیرین واکنش دهند.

مس به خودی خود یک فلز قهوه ای مایل به قرمز است، اما محلول آبی سولفات مس یک رنگ آبی روشن زیبا است. این به دلیل مجتمع هماهنگی مس است²⁺ یون با آب تشکیل می شود – سولفات مس فوتون های نور را در ناحیه قرمز طیف مرئی جذب می کند، بنابراین نور آبی را منتقل می کند و باعث می شود محلول آبی به نظر برسد. این نور را جذب می کند زیرا معادل اختلاف انرژی بین اوربیتال های الکترونی با انرژی افزایش یافته و کاهش یافته یون مس است.

مواد

• سولفات مس (ما از پنتا هیدرات سولفات مس آبی استفاده کردیم)
• کاغذ آلومینیوم
• نمک سفره
• آب گرم
• فیلتر قهوه
• قیف
• ظرف شیشه ای
• میله همزن مغناطیسی + صفحه داغ (اختیاری)

توجه: برای تضمین استوکیومتری مازاد آلومینیوم و به حداکثر رساندن مقدار مس به دست آمده، باید تقریباً 13 برابر مقدار سولفات مس نسبت به آلومینیوم استفاده شود. حداقل 4 برابر سولفات مس آب مصرف شود تا به خوبی حل شود. در این آزمایش از 50 گرم سولفات مس، 4 گرم فویل آلومینیوم و 400 میلی لیتر آب استفاده کردیم.

سولفات مس در اکثر فروشگاه های سخت افزار به عنوان “قاتل ریشه” فروخته می شود.

پودر مس از فویل آلومینیوم – روش

1. سولفات مس را در آب گرم حل کنید.
   یک میله همزن مغناطیسی را در محلول قرار دهید و لیوان را روی یک صفحه داغ با قابلیت همزن مغناطیسی قرار دهید. با این حال، محلول نیازی به گرم کردن ندارد، بنابراین مطمئن شوید که از تنظیمات مناسب روی صفحه استفاده کنید. در غیر این صورت، از یک میله همزن شیشه ای برای هم زدن محلول و حل کردن سولفات مس استفاده کنید. ممکن است لازم باشد چند دقیقه هم بزنید تا کریستال ها کاملا حل شوند.
2. فویل آلومینیومی را به محلول سولفات مس اضافه کنید.
   برای اطمینان از اینکه تمام فویل زیر آب می‌رود، ممکن است لازم باشد آن را خراش دهید یا به آن فشار دهید.
3. در این مرحله، واکنش خود به خود رخ نمی دهد.
   این به دلیل لایه اکسید آلومینیوم است که قبلاً مورد بحث قرار گرفت، که به عنوان یک مانع غیرقابل نفوذ بین فلز آلومینیوم واکنش پذیر و یون های مس عمل می کند. به این لایه اکسیدی، لایه غیرفعال می گویند. به همین دلیل است که فویل آلومینیوم به طور کلی غیر فعال است، حتی اگر آلومینیوم خود یک فلز بسیار فعال است.
4. نمک سفره را به محلول اضافه کنید، حدود ¼ قاشق چایخوری.
   این به یون های مس اجازه می دهد تا لایه اکسید آلومینیوم را دور بزنند و واکنش همانطور که انتظار می رود پیش می رود. در این مرحله، باید مقدار کمی گاز هیدروژن را مشاهده کنید که از محلول حباب می کند. این به دلیل واکنش جانبی بین آلومینیوم واکنش پذیر و آبی است که در کنار یون های مس به آن می رسد: 2Al + 3H₂O → Al₂O₃ + 3 ساعت₂ . محلول همچنین باید به طور قابل توجهی گرم شود، زیرا واکنش بین یون های آلومینیوم و مس گرمازا است.
5. اجازه دهید واکنش ادامه یابد.
   فلز مسی قهوه‌ای مایل به قرمز باید روی سطوح فویل آلومینیومی ظاهر شود و به پایین لیوان فرو رود. هنگامی که محلول سولفات مس آبی رنگ خود را از دست می دهد و شفاف به نظر می رسد، واکنش نسبت به مس کامل می شود. همچنین ممکن است به دلیل فلز مسی ریز معلق در آن رنگ قرمز مایل به قهوه ای به خود بگیرد. باید مقدار کمی از فویل آلومینیومی باقی بماند، زیرا بیش از حد بود. برای آزمایش اینکه آیا واکنش واقعاً کامل شده است یا خیر، مقدار کمی فویل آلومینیومی جدید را در لیوان قرار دهید و آن را با دقت تماشا کنید تا ببینید آیا مس روی آن تشکیل شده است یا خیر.
6. محلول را فیلتر کنید.
   ابتدا با استفاده از موچین، فویل های آلومینیومی باقی مانده را بردارید. برای این آزمایش، فیلتراسیون گرانشی بسیار خوب عمل می کند. فیلتر قهوه را در قیف، در بالای شیشه قرار دهید. محلول و پودر فلز مس را داخل کاغذ صافی بریزید. اجازه دهید آن را چکه کند و فقط مس باقی بماند. مس را در حالی که هنوز در فیلتر است با آب مقطر بشویید تا سولفات آلومینیوم یا نمک باقی مانده از آن خارج شود، سپس آن را خشک کنید. محلول فیلتر شده باید شفاف به نظر برسد، اما اگر ذرات مس خیلی ریز وجود داشته باشد، ممکن است همچنان قرمز به نظر برسد.
7. آن را بردارید
   پودر مس ممکن است خیلی سنگین باشد که با بقیه مایع روی فیلتر ریخته شود. در این حالت، به سادگی آن را با یک ظرف پلاستیکی بردارید و مانند بالا بشویید و خشک کنید. و تمام – ما پودر مس را از فویل آلومینیومی درست کردیم!

ایمنی

توجه داشته باشید که سولفات مس تا حدودی است سمیبا این حال، دوز کشنده در بزرگسالان بسیار بالا است، حدود 25 گرم. از خوردن یا استنشاق ماده شیمیایی خودداری کنید. توصیه می کنیم از عینک و دستکش استفاده کنید زیرا ممکن است باعث تحریک شود. اگر با آن تماس پیدا کردید، به سادگی دست های خود را کاملا بشویید.

پودر مس را برای آزمایشات بعدی ذخیره کنید یا در صورت نیاز آن را در سطل زباله بیندازید. محلول باقیمانده و فیلتر شده حاوی سولفات آلومینیوم را با مقدار زیادی آب در زهکشی بریزید.

آزمایشات بیشتر

اینجا را کلیک کنید تا ببینید چه آزمایش های جالب دیگری را می توان با استفاده از سولفات مس انجام داد! برای دیدن آزمایش خمیر دندان فیل و نحوه استخراج فلز پتاسیم از موز و نحوه ایجاد کریستال های قلع در محلول کلرید قلع حتما این آزمایش های مشابه را نیز بررسی کنید! بچه های کوچکتر نیز می توانند یک قایق فویل آلومینیومی