بخشی از مقاله
چکیده:
سیستمهای تعادل فازی از مباحث مهم در شیمی فیزیک است. با توجه به این که آموزش عملی فازها به درک عمیق تر این بخش از علم کمک می کند، طرح یک دستور کار با رویکرد شیمی سبز و توجه به سلامت انسان ضروری است. در این پژوهش سیستم ساده تعادل فازی جامد - مایع پالمتیک اسید - اولئیک اسید، جایگزین سیستم نفتالن - بنزن یا نفتالن - تولوئن شده است. این سیستم نه تنها می تواند اهداف آموزشی این بخش را تامین کند، بلکه دارای قابلیت بازیافت مواد مصرفی یا استفاده از پسماند آن به عنوان مواد اولیه در سایر آزمایشگاه های آموزشی است.
از جهت قیمت نیز برای یک آزمایشگاه آموزشی دوره کارشناسی مقرون به صرفه است. از این آزمایش ساده، نقطه ذوب پالمتیک اسید برابر 64 درجه سانتی گراد و آنتالپی ذوب این ماده، 40/69 کیلوژول بر مول به دست آمد که نسبت به مقادیر واقعی، با توجه به وسایل ساده مورد استفاده و میزان خلوص مواد به کار رفته، دارای درصد خطای قابل قبولی می باشد که در دستورکارهای سیستم نفتالن - تولوئن نیز همین مقدار خطا مشاهده می شد .
مقدمه
جنبش شیمی سبز109 در اوایل دهه 1990 توسط آژانس محیط زیست آمریکا110 آغاز شد و هدف آن تشویق صنایع و محیط های علمی بود تا از علم شیمی طوری استفاده کنند که آلودگی محیط زیست را در پی نداشته باشد. یعنی ماموریت شیمی سبز عبارت بود از: "پیشرفت فناوریهای شیمیایی که استفاده یا تولید مواد خطرناک را در طراحی، ساخت و استفاده از محصولات شیمیایی به حداقل برساند یا حذف کند"[1]
در این میان به کارگیری شیمی سبز در طراحی آزمایشهای دوره اموزشی مقطع کارشناسی یا دبیرستان، نه تنها می تواند ایده جایگزین سازی ترکیبات و روشهای نامتناسب با محیط زیست و سلامت انسان را در زندگی حرفه ای و شخصی فراگیران ایجاد نماید بلکه می تواند زمینه ساز رشد و تقویت این نوع تفکر و توسعه آن در مقاطع تحصیلات تکمیلی گردد. یکی از آزمایشهای سرفصل دروس آزمایشگاه شیمی فیزیک 1 رشته های شیمی مبحث فازها است که یکی از مباحث اساسی شیمی به شمار می رود و نه تنها اکثر دانشجویان مرتبط با این رشته بهنحوی با آن سر و کار دارند، بلکه در صنایع مختلف نیز از این موضوع علمی استفاده میشود.
سیستمهای دوجزئی جامد-مایع یکی از انواع تعادلهای فازی هستند که به علت بررسی متغیرهای ترمودینامیکی و ارائه اطلاعات مفید در باره سیستم مورد نظر، به عنوان یکی از ساده ترین تعادلها در اغلب آزمایشگاههای شیمیفیزیک سراسر جهان مطرح می-باشند.[2-12] علاوه بر این، نمودارهای دما-ترکیب این سیستمها در طراحی فرایندهای مهم صنعتی همچون تولید بلورها، آلیاژهای فلزی ، نیمههادیها و دارو ها مورد استفاده قرار می گیرد6 ]و .[13 برخی از سیستم های دو جزئی که در آزمایشگاهها مورد بررسی قرار می گیرند عبارتند از: سیستم دوجزئی - جامد - مایع - شامل: نفتالن-دیفنیل آمین 2]و [9-12، پارا دی کلرو بنزن-فنانترن، نفتالن-دیفنیل متان[6-7] ، نفتالن- تولوئن و نفتالن-بنزن .[8] مشکل اساسی همه این سیستمها ایجاد آلودگی زیستمحیطی اعم از آلودگی هوا و اثرات مخرب تنفسی و پوستی ، خطرات سرطان زایی[14] و نیز آلودگی خاک و آبهای زیرزمینی در نتیجه وارد شدن پسماند و دورریز این آزمایشها به چاههای فاضلاب است.
برخی از کارشناسان جهت جلوگیری از این اثرات ، ترجیح میدهند که آزمایشهای فوق را از برنامه آزمایشگاه حذف نمایند در این صورت نیز یادگیری دانشجویان فقط مبنای نظری پیدا کرده و دچار اختلال میشود. در این راستا، بررسی و تحقیق در زمینه یافتن و انجام آزمایش با سیستمهایی که از نظر سلامتی و زیست محیطی ایمن و بیضرر باشند، ضروری به نظر میرسد. هدف اصلی این پژوهش، معرفی یک سیستم دوجزئی است که از یک سو، بدون ایجاد مشکلات زیست محیطی و اثر نامطلوب بر سلامت انسان بوده و با اصل 3 و 5 از اصول دوازده گانه شیمی سبز منطبق باشد[15] و سوی دیگر، اهداف آموزشی مرتبط با این مبحث درسی را تامین کند.
چندین مطالعه توسط گرماسنجی پویشی دیفرانسیلی [16-17] 111 یا روشهای دیگر [18-21] بر روی انتقالات فازی بر روی اسیدهای چرب جامد و مایع ، سیستم های دوجزیی و سه جزیی تا کنون گزارش شده است اما در این مطالعه با هدف به کارگیری وسایل ساده و رایج در آزمایشگاه ها و موادی با درصد خلوص مناسب از نظر قیمت و فراوانی انجام می گیرد. در این بررسی از سیستم دو جزئی - مایع - جامد - : اولئیک اسید-پالمتیک اسید استفاده شده است که از مزایای سهولت دسترسی، نداشتن اثرات نامطلوب زیست محیطی و اثر بر سلامت انسان، قابلیت بازیافت و استفاده مجدد و یا به کارگیری پسماند این ازمایش به عنوان مواد اولیه سایر ازمایشهای این دوره برخوردار است.
روش اجرا اولئیک اسید - 112 - ساخت کشور مالزی با خلوص تجارتی / دارویی و پالمتیک اسید 113 - CH₃ - CH₂ - ₁₄ COOH - با خلوص %95 از شرکت مرک خریداری شد. .این مواد بدون خالص سازی بیشتر با کنترل نقطه ذوب تایید گردید. سیستم تعادلی دو جزئی - جامد- مایع - : پالمتیک اسید- اولئیک اسید: مقدار 1/25 گرم پالمتیک اسید با ترازوی دیجیتال وزن و در یک لوله آزمایش قطور پیرکس قرار داده می شود . به محتوی لوله 0/1 میلی لیتر اولئیک اسید توسط میکرو پی پت افزوده می شود و سر لوله توسط یک چوبپنبه سوراخدار به همراه دماسنج الکلی - 0-100°& - مسدود شده - شکل - - 1 - ، و مجموعه در یک حمام آب توسط گرمکن الکتریکی حرارت داده می شود.
دمای گرمکن بر روی حدود 70 درجه - با توجه به نقطه ذوب پالمتیک اسید خالص 63 درجه - تنظیم می گردد . در دمای بالای 65 درجه مخلوط تک فازی شفافی ایجاد می شود. در این هنگام لوله آزمایش از داخل حمام خارج و در جلد هوا قرار می گیرد تا دمای آن بهآرامی کاهش یابد. هر 30 ثانیه یک بار دما یادداشت و دمای تشکیل اولین بلور پالمتیک اسید مشخص می شود. برای دماهای پایینتر از دمای محیط، به جای جلد هوا از حمام آب یخ جهت سرد شدن و ایجاد بلور استفاده می گردد. این عمل با افزایشهای متوالی اولئیک اسید طبق جدول - 1 - تکرار می شود.
همه محاسبات در این مطالعه، با استفاده از نرم افزار Excel انجام گردید و جهت رسم نمودارهای فازی نرم افزار sigmaplot مورد استفاده قرار گرفت. نتایج و بحث در جدول 1 مقادیر اولئیک اسید اضافه شده به 1/25 گرم پالمتیک اسید، دماهای مربوط به دوفازی شدن مخلوطها و کسر مولی و کسر جرمی پالمتیک اسید گزارش شده است. شکل - 2 - نمودارهای سرد شدن، دما-زمان، را برای افزایشهای مختلف اولئیک اسید نشان میدهد. همانطور که ملاحظه میشود شیب منحنیها با گذشت زمان کاهش پیدا کرده، ولی، بهجز برای بالاترین منحنی - پالمتیک اسید خالص - ، به علت اثر حضور اولئیک اسید، نقطه ذوب ثابتی حاصل نشده است.
