استخراج – مانند گرفتن فلز پتاسیم از موز، یک فعالیت محبوب برای شیمیدانان خانگی و حرفه ای است. آنها به ویژه در رسانه های اجتماعی محبوب هستند، جایی که یک دانشمند با یک شیء بی ضرر مانند دستکش، موز، قهوه یا داروهای بدون نسخه شروع می کند و در نهایت با یک فلز یا ترکیب عجیب و غریب به پایان می رسد. در این مقاله می آموزیم که چگونه پتاسیم را از موز استخراج کنید.

یک آزمایش اخیر، تولید پتاسیم عنصری (و در نهایت هیدروکسید پتاسیم) از موز، دارای تعداد زیادی شیمی جالب است و موضوع این مقاله است.

روش استخراج توسط کودی دان ریدر از یوتا در ایالات متحده انجام شد و از طرح قبلی او برای کاهش و تقطیر فلزات قلیایی با نقطه ذوب پایین استفاده کرد. ویدئویی از این روش را می‌توانید در زیر مشاهده کنید، و آن را در کانال محبوب یوتیوب او، “Cody’s Lab” مشاهده کنید. کودی برای انجام آزمایشات شیمیایی نوآورانه، اغلب با فلزات قلیایی، جیوه، گالیم، یا فلزات گرانبها مانند طلا یا پلاتین شناخته شده است. این رایج ترین نیست هک شیمیدان خانگی، اما واقعا جالب است.

استخراج فلز پتاسیم از موز – روش

موز مقدار زیادی دارد مواد شیمیایی مفیدمانند ترکیبات پتاسیم. بیایید به مراحلی که او برای جداسازی فلز پتاسیم انجام داد، نگاهی بیاندازیم، که فقط با موز شروع شد. هم از گوشت و هم پوست موز با موفقیت یکسان استفاده شد.

1. رطوبت را از بین ببرید
   اولین قدم حذف رطوبت تا حد امکان بود. این کار با افزایش تا حد ممکن سطح سطح قبل از گرم کردن آنها در کوره خشک کن تسهیل می شود. خشک شدن در هوا نیز در صورتی کار می کند که سطح در معرض هوا به اندازه کافی بزرگ باشد و رطوبت به اندازه کافی کم باشد. 110 درجه سانتیگراد را می توان دمای مطلوبی برای حذف رطوبت از مواد آلی مانند موز در نظر گرفت.
2. پیرولیز مواد آلی
   در مرحله دوم، موز خشک شده در یک کوره، احتمالاً در حدود 400 تا 600 درجه سانتیگراد کربنیزه شدند. زنجیره های طولانی کربن، هیدروژن و اکسیژن موجود در سلولز، قندها و نشاسته ها به زغال چوب تجزیه می شوند و گازهایی مانند دی اکسید کربن، متان، اسید استیک و ترکیبات کربونیل مختلف. تمام ترکیبات فرار از بین رفتند و ما را با “بریکت های موز” باقی گذاشتند. بریکت های مشابه هستند به عنوان سوخت زیستی استفاده می شود در جاهایی مانند تایلند و اوگاندا.
3. احتراق مواد آلی باقیمانده
   سوم، هر ماده آلی غیرفرار باقی مانده در هوا سوزانده شد و احتراق با اکسیژن را تسهیل کرد و مواد آلی باقیمانده را به کربن کاهش داد.

   مراحل 2 و 3 را می توان ترکیب کرد و می توانید سعی کنید موز را مستقیماً پس از خشک کردن آنها بسوزانید. با این حال، در تلاش‌های دیگر دیده‌ایم که این ممکن است مدت زیادی طول بکشد و ممکن است منجر به کاهش کمتر محصول شود.

4. جداسازی ترکیبات محلول و نامحلول
   در این مرحله، هر گونه پتاسیم موجود در بقایای ذغال شده موز به راحتی در آب حل می شود. به احتمال زیاد به شکل کربنات پتاسیم است، اما مقداری کلرید می تواند همراه با نمک های سدیم مختلف وجود داشته باشد.

   بهره برداری از تفاوت های حلالیت در واقع برای بسیاری از استخراج ها کلیدی است و اغلب حلال های آلی برای تسهیل این امر مورد نیاز است. یک نمودار حلالیت خوب همیشه مفید است. با این حال، در این مورد آب مقطر ساده به خوبی کار می کند. کودی از آب مقطر کروگر استفاده می کند که اتفاقاً آب مقطر انتخابی تیم ACID-CITRIC.IR است.

   پس از خیساندن خاکستر موز در آب مقطر، دوغاب صاف می شود. فیلتر فقط حاوی نمک های معدنی محلول، عمدتا پتاسیم و تا حد کمتر نمک های سدیم است.

5. جداسازی نمک های سدیم و پتاسیم
   حلالیت پرکلرات پتاسیم، KClO_4، در دمای 10 درجه سانتیگراد حدود 10.6 گرم در لیتر است. با این حال، حلالیت پرکلرات سدیم، NaClO₄، در آن دما 1830 گرم در لیتر است. ما می‌توانیم از این ویژگی فیزیکی برای جدا کردن پتاسیم از محلول تولید شده در مرحله 4 استفاده کنیم. در واقع، عملاً تمام پرکلرات‌ها به جز پتاسیم، روبیدیم و پرکلرات سزیم در آب کاملاً محلول هستند که در صورت نیاز برای جداسازی آنها می‌تواند مفید باشد.

   بیشتر پتاسیم به شکل کربنات پتاسیم، K خواهد بود₂CO₃. با افزودن پرکلرات آمونیوم، چهار ترکیب زیر را در حالت تعادل خواهیم داشت:
   2NH₄ClO₄ + ک₂CO₃ <-> 2KClO₄ + (NH4)₂CO₃

   با استفاده از اصل Le Chatelier و حذف پرکلرات پتاسیم از طریق بارش در آب سرد، می‌توانیم این تعادل را به سمت راست هدایت کنیم. اگر ابتدا سطح آب به حداقل برسد، بهتر عمل می کند، همانطور که کودی در ویدیو انجام می دهد.

6. تجزیه پرکلرات پتاسیم
   پرکلرات پتاسیم عمدتاً در دمای 400-500 درجه سانتیگراد به KCl تجزیه می شود، اگرچه برخی مقالات مقداری KClO را گزارش می کنند.₃ در حال شکل گیری است، و همچنین تجزیه گاهی اوقات ناقص است. از آنجایی که KClO₄ به راحتی با مواد آلی واکنش نشان می دهد، این تجزیه به بهترین وجه بدون هیچ آلاینده انجام می شود.

   واکنش: KClO₄ + گرما -> KCl + 2O₂(g)

7. کاهش کلرید پتاسیم و تقطیر فلز پتاسیم با لیتیوم
   توانایی جداسازی فلزات قلیایی به شکل عنصری آنها در خارج از محیط صنعتی، جام مقدس برای بسیاری از دانشمندان است. تعداد معدودی با بهره گیری از سه واقعیت توانسته اند در این زمینه موفقیت کسب کنند. اول اینکه پتانسیل اکسیداسیون استاندارد فلز لیتیوم بیشتر از سایر فلزات قلیایی است. دوم اینکه فلز لیتیوم به راحتی در دسترس است و سوم اینکه سایر فلزات نقطه جوش کمتری نسبت به لیتیوم دارند.

   از نقطه نظر عملی، این بدان معنی است که یک توده مذاب از فلز لیتیوم و NaCl، KCl، RbCl، یا CsCl می تواند در یک واکنش اکسیداسیون- احیا واکنش نشان دهد. اگر فلز سدیم، پتاسیم، روبیدیم یا سزیم تبخیر شود و بنابراین از حالت تعادل خارج شود، می‌توان واکنش را به سمت کاهش یون لیتیوم سوق داد. این فرآیند هنگام برخورد با چنین فلزات واکنش پذیر در دماهای بالا می تواند بسیار دشوار و خطرناک باشد. با این حال، کودی یک دستگاه را مهندسی کرد به طور خاص برای این منظور، از قلع مذاب به عنوان بافر ایمنی استفاده شد و از آن برای تبدیل KCl از مرحله 6 به فلز پتاسیم خالص (که سپس به شکل موز در آمد) استفاده شد. برای یک واکنش ایمن تر که می توانید در خانه امتحان کنید، در مورد مس جایگزین روی بخوانید.

   واکنش: KCl + Li -> K(g) + LiCl

8. اکسیداسیون فلز پتاسیم با اکسید هیدروژن
   پتاسیم بلافاصله پس از تماس با آب به هیدروکسید پتاسیم، یک پایه قوی، اکسید می شود. یا در این مورد، برکه یا نهر نزدیک. اگرچه KOH در غلظت های بالا برای زندگی خطرناک است، اما افزودن چنین مقدار ناچیز به حجم زیادی از آب تأثیری بر PH آب نخواهد داشت و حتی ممکن است شرایط را برای ساکنان محلی اکوسیستم بهبود بخشد.

   واکنش: 2K + 2H₂O -> 2KOH + H₂(g)

   دلیل اینکه پتاسیم می تواند در تماس منفجر شود آب است بسیار جالب است. مردم معمولاً آن را به اشتعال گاز هیدروژن تولید شده نسبت می دهند، اما در واقع از تشکیل سریع یون های قلیایی با بار مثبت است که در طول تشکیل می شوند. خوشه های بصری خیره کننده، که با انرژی یکدیگر را دفع می کنند و باعث “انفجار کولن” می شوند.

و این چیزی است که در پس گرفتن فلز پتاسیم از موز وجود دارد. اگر می‌خواهید مراحل استخراج پتاسیم از موز را برای خودتان ببینید، می‌توانید ویدیو را اینجا ببینید. اگر این نوع شیمی شما را هیجان زده می کند، در نظرات به ما اطلاع دهید.

بیشتر خواندن

ساخت خمیر دندان فیل
نمایش شیمی بریگز راوشر

اعتبار عکس از تصاویر هدر به دنیس اس.کی.