آزمایش های شیمیایی معمولاً با رسوب دادن، آزاد کردن یک گاز یا تغییر رنگ همراه هستند. آزمایش چرخه ی مس، آزمایشی است که تمامی این موارد را در بر می گیرد و [tooltip text=”قانون بقای جرم” gravity=”n”]در هر واکنش شیمیایی، نه ماده ای به وجود می آید و نه از بین می رود. تنها نحوه ی پیوند عناصر از حالتی به حالت دیگر تغییر می کند. این تغییر باعث از بین رفتن و یا به وجود آمدن جرم اضافی نمی شود. [/tooltip] را نیز به اثبات می رساند.

دستور کار عملی آزمایش چرخه ی مس

1- ابتدا باید تکه ای از فلز مس را با دقت وزن کنیم و سپس آن را درون نیتریک اسید غلیظ حل کنیم. (توجه داشته باشید که در اثر این کار، گاز های سمی آزاد می شود. بنابراین باید این کار را زیر هود انجام داده و حتماً ماسک بر دهان داشته باشیم). در این مرحله، واکنشی مطابق با معادله ی زیر رخ می دهد:

\displaystyle Cu(s)+HN{{O}_{3}}(aq)\to Cu{{(N{{O}_{3}})}_{2}}(aq)+N{{O}_{2}}(g)

2- محلول مس (II) نیترات تشکیل شده را با استفاده از یک پیپت، به یک لوله آزمایش منتقل کرده و حتماً روی لوله ی آزمایش، نام محتویات آن را نیز بنویسید.

3- سدیم هیدروکسید غلیظ با حجم معینی را آرام آرام به محلول مس (II) نیترات اضافه می کنیم. توجه داشته باشید که این فرایند گرماده است و ممکن است ظرف واکنش داغ شود. بنابراین به هیچ وجه آن را در دست نگیرید و با استفاده از یک گیره آن را ثابت نگه دارید.

4- محتویات ظرف آزمایش مرحله ی 3 را به آرامی و پیوستگی تکان دهید. برای این کار می توانید از یک استیرر نیز کمک بگیرید.

5- مقداری مشخص از آب دیونیزه یا آب مقطر به ظرف آزمایش اضافه کرده و باز خوب تکان دهید یا روی استیرر قرار دهید تا واکنش کامل شود. در نهایت، واکنشی که در مراحل 3 تا 5 رخ می دهد به صورت زیر است:

\displaystyle Cu{{(N{{O}_{3}})}_{2}}(aq)+NaOH(aq)\to Cu{{(OH)}_{2}}(s)+{{H}_{2}}O(l)

6- لوله ی آزمایش خود را در بن ماری (آب نزدیک به دمای جوش) قرار دهید و هنگامی آن را خارج سازید که دیگر فعل و انفعالی از لحاظ بصری مشاهده نشود. بر اثر این کار، اکسید مس به دست می آید که پس از خارج سازی لوله از بن ماری، یک الی دو دقیقه آن را در مجاورت آب سرد قرار دهید:

\displaystyle Cu{{(OH)}_{2}}(s)\overset{\Delta }{\mathop{\to }}\,CuO(s)+{{H}_{2}}(g)

7- اجازه دهید تا مخلوط به دست آمده ته نشین شود. برای تسریع در انجام این کار، می توان از سانتریفوژ استفاده کرد. پس از سانتریفوژ، مایع را از جامد به دست آمده جدا کنید و حتماً روی ظرفی که مایع اضافی را در آن میریزید، برچسبی تحت عنوان “زباله” قرار دهید. مراقب باشید که حتی یک ذره ی کوچک از جامد شما هم همراه با مایع دور ریخته نشود.

8- رسوب به دست آمده که همان اکسید مس جامد است را با آب مقطر شستشو دهید. برای این کار، آب مقطر را به آرامی به آن اضافه کرده و ظرف واکنش را تکان دهید.

9- دوباره مایع درون ظرف باید تخلیه شود. پس فرایندی مشابه مرحله ی 7 انجام دهید. این کار را برای خارج کردن مواد اضافی به جا مانده از مراحل قبلی انجام می دهیم.

10- کمی HCl یا هیدروکلریک اسید غلیظ به آرامی به اکسید درون ظرف اضافه کنید (مراقب کار کردن با HCl باشید. به شدت خورنده است). سپس لوله ی آزمایش را به آرامی تکان داده تا واکنش کامل شود. برای این کار از استیرر نیز می توان استفاده کرد. واکنش رخ داده در این مرحله عبارت است از:

\displaystyle CuO(s)+HCl(aq)\to CuC{{l}_{2}}(aq)+{{H}_{2}}O(l)

11- در نهایت برای به دست آوردن مس جامد خالص، تکه ای با وزن مشخص از فلز آلومینیوم را به درون محلول بیاندازید. برای کامل شدن واکنش، باید آن را درون حمام آب سرد قرار داده یا در مجاورت آب سرد انجام دهید. مراقب باشید که این مرحله بسیار گرماده است و اصلاً لوله ی آزمایش را در دست خود نگیرید. در نهایت معادله ی واکنش رخ داده در این مرحله عبارت است از:

\displaystyle 3CuC{{l}_{2}}(aq)+Al(s)\overset{{{{H}_{2}}O}}{\mathop{\to }}\,2AlC{{l}_{3}}(aq)+{{H}_{2}}(g)+3Cu(s)

12- پس از پایان واکنش مرحله ی 11، مخلوط حاصل را سانتریفوژ کرده و محلول به دست آمده را جدا کنید (مشابه مرحله ی 7). سپس جامد باقی مانده را با آب مقطر بشویید (مشابه مرحله ی 9). اگر آلمینیوم اضافی درون ظرف موجود است، آن را خارج کنید و مس به دست آمده را به حال خود رها کنید تا خشک شود.

13- پس از خشک شدن مس، آن را وزن کنید. اگر در انجام مراحل آزمایش خطایی نداشته باشید، وزن آن باید با وزن مس اولیه شما برابر باشد.

آزمایش چرخه ی مس، آزمایشی جالب و جذاب است که قانون بقای جرم را به اثبات می رساند. حکیم مجریطی بیش از 1000 سال پیش این قانون را بیان کرده است و ما با انجام آزمایش چرخه ی مس، از نو به آن دست یافته ایم. ممکن است موادی که استاد یا معلم شما در انجام این آزمایش استفاده می کند، با آنچه در توضیحات آورده ایم تفاوت کند اما در هر صورت نتیجه و روش کار یکسان است.

موارد ایمنی: از عینک ایمنی استفاده کرده و در تمامی مراحل، دستکش لاتکس به دست داشته باشید. از تماس پوست خود با جامدات و محلول هایی که در این آزمایش استفاده می شوند، خودداری نمایید.