سولفات مس (II) که بهعنوان ویتریول آبی یا بلو استون نیز شناخته میشود، یک ماده شیمیایی فوقالعاده پرکاربرد در آزمایشگاههای شیمی، صنعت و کشاورزی است. این ماده اغلب به شکل پنتا هیدرات سولفات مس (CuSO4·5H2O) یا همان کات کبود که یک نمک آبی رنگ و بسیار زیباست، در بازار یافت میشود. اما شاید برایتان جالب باشد که سولفات مس را میتوان به چند روش نسبتا ساده و با استفاده از مواد در دسترس ساخت. مثلا یکی از این راهها، ساخت سولفات مس با نیتریک اسید است که بهطور گستردهای در دنیا صورت میپذیرد.
اکنون ما قصد داریم تا انواع روشهای ساخت سولفات مس را توضیح داده و جزئیات، مزایا و معایب هر یک را بررسی کنیم. فقط به یاد داشته باشید که سولفات مس یک محرک پوست است که در صورت بلعیده شدن، میتواند برای بدن سمی باشد. پس هنگام کار با این مواد شیمیایی که در ادامه خواهیم گفت، از تجهیزات ایمنی مناسب استفاده کنید.
معرفی راههای ساخت سولفات مس
قبل از اینکه نحوه ساخت سولفات مس با نیتریک اسید را توضیح دهیم، بیایید کار را با روشهای سادهتر آغاز کنیم. سادهترین و مطمئنترین روش ساخت سولفات مس بهصورت آزمایشگاهی، استفاده از تکنیکهای الکتروشیمی است.
ساخت سولفات مس با باتری در خانه
برای این کار ابتدا به مواد زیر احتیاج داریم:
- سیم مسی (با خلوص بالا)؛
- اسید سولفوریک (H2SO4 یا اسید باتری)؛
- آب؛
- باتری 6 ولت؛
اسید سولفوریک غلیظ، 98٪ اسید سولفوریک و 2٪ آب دارد و غلظت آن 18.4 M است. این اسید برای کار در خانه بسیار قوی است، بنابراین باید آن را رقیق کنید؛ مثلا میتوانید از اسید باتری استفاده کنید که بهطور متوسط حدود 37٪ اسید در آب دارد و غلظت آن حدود 4 M است. همچنین، باید یک باتری 6 ولتی داشته باشید، اما باتری 9 ولتی یا منبع تغذیه ثابت هم کار شما را راه میاندازند. اکنون که مواد اولیه آماده شدند، مراحل زیر را دنبال کنید:
- 30 میلیلیتر آب و سپس 5 میلیلیتر اسید سولفوریک غلیظ را در یک ظرف شیشهای کوچک یا بشر بریزید. همیشه اسید را به آب اضافه کنید، نه برعکس. این امر احتمال پاشیدن اسید را به حداقل میرساند. اگر از اسید باتری استفاده میکنید، باید آب کمتری مصرف نمایید. غلظت اسید خیلی مهم نیست، بنابراین یا 30 میلیلیتر اسید باتری را در 40 میلیلیتر آب مخلوط کنی و یا مخلوطی از نصف اسید باتری و نصف آب درست کنید.
- دو تکه سیم مسی بردارید. مقداری از عایق را از انتهای سیمهای مسی جدا کنید و سپس آنها را در مایع خود قرار دهید. هر سیم مسی را به یک ترمینال باتری وصل کنید و انتهای آن را در محلول به شکلی فرو کنید که سیمها با یکدیگر تماس نداشته باشند.
- به تدریج با تولید سولفات مس، مایع به رنگ آبی در میآید.
واکنش بین اسید سولفوریک و مس، یک محلول سولفات مس (II) رقیق میسازد. اگر به این محلول دست نزنید، کریستالهای سولفات مس با تبخیر آب تشکیل میشوند. با اینحال، محلول هنوز حاوی مقداری اسید سولفوریک است، بنابراین هنگام جدا کردن کریستالها (که محصول جامد شما هستند) مراقب باشید. همچنین میتوانید محلول را با جوشاندن غلیظ کنید. پس از تبخیر مایع، پودر سولفات مس آبی رنگ ته ظرف باقی میماند.
ساخت سولفات مس با استفاده از پراکسید هیدروژن در آزمایشگاه
برای این کار، شما به پراکسید هیدروژن 30 درصد و اسید سولفوریک غلیظ (98 درصد) و همچنین، به چند اینچ سیم مسی یا چند تکه لوله مسی نیاز دارید. 10 میلیلیتر پراکسید هیدروژن 30 درصد را در یک بِشر بریزید. سپس 3 میلیلیتر اسید سولفوریک غلیظ به آن اضافه کنید. این محلول، “محلول پیرانا” نامیده میشود و به سرعت دمایش بالا میرود. بنابراین در هنگام کار با آن بسیار مراقب باشید و دستکش و عینک مناسب به چشم بزنید. ضمنا هرگز سعی نکنید ظرف حاوی محلول پیرانا را بپوشانید، چون میتواند باعث انفجار شود. ظروفی که با آنها کار میکنید هم باید تماما شیشهای باشند و محیط کارتان تهویه کاملا مطبوعی داشته باشد.
سپس مس را به محلول اضافه کنید. در واقع کافیست حدود 3 گرم سیم مسی یا تکههای مسی را با دقت در محلول قرار دهید. مس مورد استفاده باید خلوص بالایی داشته باشد.حال فقط واکنش را تماشا کنید! حبابهایی در اطراف تکه مسی شروع به تشکیل شدن میکنند و مایع شفاف داخل شیشه شروع به آبی شدن میکند. بسته به دما و غلظت محلول شما، این کار ممکن است چند دقیقه طول بکشد. وقتی تشکیل حبابها تمام شد، مس باقی مانده را با احتیاط با یک کاردک شیشهای از درون ظرف بردارید. سپس باید به محلول آبی سولفات مس باقی مانده اجازه دهید تا رطوبت خود را از دست داده و به شکل کریستالهای جامدی تهنشین شود.
بیشتر بخوانید: ساخت سولفات مس با هیدروژن پراکسید
مراحل ساخت سولفات مس با نیتریک اسید
ساخت سولفات مس با نیتریک اسید، یکی از روشهایی است که در ساخت سولفات مس بهصورت صنعتی از آن بسیار استفاده میشود. با اینحال در زیر قصد داریم مراحل ساخت سولفات مس با نیتریک اسید را در مقیاس کوچک و آزمایشگاهی توضیح دهیم تا با واکنشهای موجود در آن آشنا شوید:
- ابتدا باید بدانیم نکات ایمنی که در پروسه ساخت سولفات مس با نیتریک اسید باید به آن توجه کنیم، چیستند؟ در قدم اول، وسایل ایمنی خود را آماده کنید! اسید نیتریک بهطور قابل توجهی خطرناکتر از اسید سولفوریک است، بنابراین در طول این آزمایش بسیار محتاط باشید. شما به محافظ چشم، دستکش مقاوم در برابر اسید و روپوش آزمایشگاهی نیاز دارید.
- یک فضای کار مناسب پیدا کنید. بهدلیل خطرات ناشی از مصرف اسید نیتریک، این آزمایش فقط باید در محیط آزمایشگاهی انجام شود. از آنجایی که این آزمایش بخارات سمی (گاز NO2) تولید میکند، باید در زیر یک هود بخار انجام شود.
- مواد اولیه و تجهیزات لازم برای ساخت سولفات مس با نیتریک اسید، شامل لوازم شیشهای برای آزمایش، به همراه اسید سولفوریک، اسید نیتریک و تکههای مسی میشوند. برای انجام آزمایش به یک لیوان شیشهای، یک پیمانه شیشهای با درجهبندی میلیلیتری، یک قطرهچکان شیشهای، یک میله همزن یا کاردک شیشهای برای حذف تکههای مس اضافی و یک ترازو برای اندازه گیری مس نیاز دارید. در مرحله بعد به اسید نیتریک (70٪) و اسید سولفوریک غلیظ (98٪) نیاز دارید. اینها را میتوان به سادگی از یک شرکت تامینکننده مواد علمی و آزمایشگاهی خریداری کرد. شما همچنین به چند اینچ سیم مسی یا چند تکه لوله مسی نیاز دارید.
- ابتدا 30 میلیلیتر آب را در ظرف بریزید. سپس 5 میلیلیتر اسید نیتریک و 3 میلیلیتر اسید سولفوریک غلیظ به آن اضافه کنید.
- سپس حدود 6 گرم سیم مسی یا تکههای فلزی مس را با احتیاط داخل محلول بریزید. سپس از دود حاصله دور شوید و فقط واکنش را تماشا کنید! یک گاز قهوهای شکل میگیرد و با حل شدن مس، حبابهایی تشکیل میشود و مایع درون بشر به رنگ آبی در میآید. هنگامی که تشکیل حباب متوقف شد، واکنش کامل میشود. گاز حاصل از واکنش سمی است و نباید استنشاق شود.
- اگر میخواهید کریستالهای سولفات مس را سریعا جمعآوری کنید، محلول سولفات مس را در یک ظرف شیشهای کمعمق بریزید و آن را به مدت چند روز در معرض هوا قرار دهید تا مایع باقی مانده تبخیر شود. به یاد داشته باشید محلول هنوز سوزاننده است و در کار با آن مراقب باشید. سپس میتوانید از کریستالهای سولفات مس خود در آزمایشهای مختلف یا برای رشد کریستالهای بزرگتر استفاده کنید.
- محلول سولفات مس اضافی را بهدرستی دور بریزید. سولفات مس یک عنصر رایج در بسیاری از پاک کنندههای فاضلاب است و در مقادیر کم (مانند آنچه در این آزمایش به دست میآید)، میتوانید با خیال راحت آن را در سینک شستشو بریزید.
نحوه واکنش شیمیایی سولفات مس با اسید نیتریک
برای ساخت سولفات مس با نیتریک اسید، دو مرحله واکنش شیمیایی انجام میشود:
- در این مرحله، مس با اسید نیتریک واکنش میدهد و نیترات مس، دیاکسید نیتروژن و آب تولید میشود. معادله شیمیایی این واکنش بهصورت زیر است:
Cu+4HNO3→Cu(NO3)2+2NO2+2H2O
- در این مرحله، نیترات مس حاصل شده از معادله بالا با اسید سولفوریک واکنش داده و سولفات مس و اسید نیتریک تولید میشود. معادله شیمیایی این واکنش بهصورت زیر است:
Cu(NO3)2+H2SO4→CuSO4+2HNO3
روشهای خالصسازی محصول تولیدی در یک کارخانه ساخت سولفات مس با نیتریک اسید، شامل چند مرحله و تکنیک مختلف میشود تا محصول نهایی با خلوص بالا تولید شود.
-
سولفات مس کریستالی165.000 تومان–5.500.000 تومان
-
سولفات مس پودری198.000 تومان–1.320.000 تومان
-
سولفات مس صنعتی165.000 تومان–5.500.000 تومان
-
سولفات مس شکری181.000 تومان–1.210.000 تومان
روشهای خالصسازی محصول تولیدی
روشهای خالصسازی محصول تولیدی در یک کارخانه ساخت سولفات مس با نیتریک اسید، شامل چند مرحله و تکنیک مختلف میشود تا محصول نهایی با خلوص بالا تولید شود. در ادامه، چندین روش معمول خالصسازی سولفات مس توضیح داده شده است:
- فیلتراسیون: فیلتراسیون اولین مرحله خالصسازی است که در آن مواد جامد معلق و ناخالصیهای نامحلول از محلول سولفات مس جدا میشوند. این کار میتواند با استفاده از فیلترهای صنعتی انجام شود.
- کریستالیزاسیون: کریستالیزاسیون فرآیندی است که در آن محلول سولفات مس غلیظ شده و سپس سرد میشود تا کریستالهای سولفات مس خالص تشکیل شود. این کریستالها سپس از محلول مادر جدا میشوند.
- شستشو: کریستالهای تشکیل شده در مرحله کریستالیزاسیون ممکن است هنوز مقداری ناخالصی داشته باشند. این کریستالها میتوانند با آب مقطر شسته شوند تا ناخالصیهای سطحی از بین بروند.
- خشککردن: کریستالهای سولفات مس شسته شده باید خشک شوند تا رطوبت اضافی آنها از بین برود. این کار معمولاً با استفاده از خشککنهای صنعتی انجام میشود.
- تبلور مجدد (Recrystallization): در صورت نیاز به خلوص بالاتر، کریستالهای سولفات مس میتوانند مجدداً در آب حل شده و دوباره کریستالیزه شوند. این فرآیند به حذف ناخالصیهای بیشتر کمک میکند.
- جداسازی با استفاده از حلالهای مختلف: برخی ناخالصیها ممکن است در حلالهای خاصی قابل حل باشند که در آن سولفات مس حل نمیشود. در این صورت، استفاده از حلالهای مختلف برای جدا کردن ناخالصیها میتواند مؤثر باشد.
- استفاده از تبادل یونی (Ion Exchange): در این روش، محلول سولفات مس از طریق ستونهای تبادل یونی عبور داده میشود که یونهای ناخالصی را جذب میکند و یونهای مس را آزاد میکند. این روش برای حذف ناخالصیهای یونیک بسیار مؤثر است.
- ترسیب (Precipitation): برخی از ناخالصیها میتوانند با استفاده از عوامل شیمیایی خاص بهصورت رسوب جدا شوند. این رسوبها سپس با فیلتراسیون از محلول جدا میشوند.
- الکترولیز (Electrolysis): الکترولیز یک روش پیشرفته است که میتواند برای خالصسازی بیشتر سولفات مس استفاده شود. در این روش، مس بهصورت الکتریکی از محلول جدا شده و بهصورت مس فلزی روی الکترودها جمعآوری میشود.
- کنترل کیفیت نهایی: پس از خالصسازی، محصول نهایی باید تحت کنترل کیفیت دقیق قرار گیرد تا اطمینان حاصل شود که خلوص و ترکیب شیمیایی آن مطابق با استانداردهای مورد نظر است. این کار معمولاً با استفاده از تحلیلهای شیمیایی و فیزیکی انجام میشود.
بیشتر بخوانید: سولفات مس با محلول الکترولیز
این مراحل و روشها به کارخانهها کمک میکند تا سولفات مس با خلوص بالا تولید کرده و نیازهای صنعتی و تجاری مختلف را برآورده کنند. شرکت خدمات و محصولات شیمیایی صنعتی آپادانا پارسه زنجان با تمرکز بر کیفیت و کارایی، انواع سولفات مس صنعتی را بدون اسید نیتریک برای طیف گستردهای از کاربردها ارائه میکند. این شرکت با تامین محصولات باکیفیت، ارائه خدمات مشاورهای و آموزشی و تضمین تحویل به موقع، سعی در جلب رضایت مشتریان خود دارد. شما میتوانید برای کسب اطلاع از بهترین قیمت سولفات مس و خرید سولفات مس، از طریق اطلاعات تماس در پایین صفحه با کارشناسان ما تماس حاصل کرده و مشاوره تخصصی رایگان دریافت کنید.
ما در این مقاله نحوه ساخت سولفات مس با نیتریک اسید را بررسی کردیم. بهطور کلی اگر میخواهید در مقیاس آزمایشگاهی برای خود سولفات مس بسازید، به شدت مراقب دستورالعملهای ایمنی باشید و از کلاه، دستکش و عینک مناسب استفاده کنید، چون هم نیتریک اسید و سولفوریک اسید و هم واکنش آنها با مس، میتوانند برای انسان خطرناک باشند.
فرق مس سولفات با کات کبود چیست؟
سولفات مس (II) یا CuSO4 یک جامد سفیدرنگ است و کات کبود یا سولفات مس پنتا هیدرات (با فرمول شیمیایی CuSO4·5H2O)، نوع آبدار سولفات مس و رایجترین فرم از این ماده شیمیایی میباشد.
روشهای صنعتی ساخت سولفات مس چیستند؟
سولفات مس را میتوان به روشهای مختلفی در کارخانه تولید کرد.
1. مخلوط کردن یک محلول اولیه اسیدی با محلول مادر از قبل گرم شده، تبخیر مخلوط در خلأ و کریستال کردن آن به درجه غلظت 1.1-2.5 (با غلظت اسید سولفوریک 25-55 گرم بر دسی متر مکعب).
2. اکسید کردن یونهای مس و آهن در محلول اسید اِچینگ، تنظیم مقدار pH، افزودن کربن فعال و به دست آوردن محلول اسید اِچینگ با حذف ناخالصی. این محلول سپس با یک نمک محلول منیزیم واکنش داده و کلرید مس بازی بهدست میآید که در مرحله بعد به هیدروکسید مس و سپس سولفات مس تبدیل میشود.
3. تولید سولفات مس از سرباره مس سیاه با حذف آرسنیک درحالت حذف ناخالصی شیمیایی و تبدیل سرباره به سولفات مس
4. استفاده از فاضلاب مس اسیدی بهعنوان ماده خام، جذب مواد آلی و یونهای مس، بازجذب یونهای مس و بازسازی محلول غلیظ سولفات مس که برای به دست آوردن کریستالهای سولفات مس متبلور میشود.
5. تهیه سولفات مس بازی، از طریق یک فرآیند هیدروترمال با مخلوط کردن محلول سولفات مس و محلول اوره، واکنش دادنِ مخلوط، شستن محصول واکنش و خشک کردن آن