کاغذ صافی

دانش پژوهان عزیز، یکی از مهارت های پرکاربرد که در بسیاری از پروژه ها مورد استفاده قرار می گیرد، مهارت کار با کاغذ صافی است که در زیر توضیحاتی در مورد آن ارائه می شود.

کاغذ صافی در ابعاد مختلف و بیشتر به شکل دایره و مربع شکل ساخته می شود و مورد اصلی استفاده از آن جدا کردن رسوبات و صاف کردن محلول هاست.

"صاف کردن" یا فیلتراسیون یکی از اصلی ترین تکنیک های شیمی کاربردی است و در بیشتر فعالیت های عملی شیمیایی با این تکنیک سر و کار خواهید داشت.

برای استفاده از کاغذ صافی باید آن را به یکی از دو شیوه ای که در زیر نشان داده شده آن را تا بزنید و سپس آن را در قیفی در اندازه مناسب بگذارید. اندازه قیف و اندازه کاغذ صافی باید با هم متناسب باشند، به طوری که لبه کاغذ صافی، فقط چند میلی متر پایین تر از لبه قیف قرار بگیرد. برای تا کردن کاغذ صافی طبق شکل های زیر عمل کنید:

شیوه اوّل تا زدن کاغذ صافی

کاغذ را از وسط تا کنید به طوری که یک نیم دایره کامل به دست بیاورید

این نیم دایره را دوباره تا بزنید تا یک ربع دایره به دست آورید. اما این بار کمی خط تا را کج بگیرید تا لبه های کاغذ کاملاً روی هم قرار نگیرند (به شکل بالا دقت کنید) این انحراف در خطِّ تا کمک می کند تا کاغذ صافی در داخل قیف بهتر قرار بگیرد.

این ربع دایره از چهار لایه کاغذ تشکیل شده است. یکی از لایه ها را از بقیه باز کنید تا کاغذ صافی به صورت یک مخروط  در آید.

شیوه دوم تا زدن کاغذ صافی

تا زدن کاغذ صافی به شیوه زیر موجب خواهد شد که سرعت صاف شدن محلول بیشتر شود. در صورتی که جمع آوری مادل جامد باقی مانده برایتان مهمتر است از شیوه بالا استفاده کنید.

جمع آوری ماده جامد باقی مانده در کاغذ صافی به شیوه اول آسان تر است. اما اگر فقط بخواهید مایعی را به سرعت صاف کنید شیوه زیر برای تا زدن کاغذ مناسب تر است.

دایره بزرگِ کاغذ را از وسط تا کنید.

نیم دایره به دست آمده را مجدداً تا کنید تا یک ربع دایره به دست آید.

لبه صاف یک طرف ربع دایره را بگیرید و آن را از خط وسط ( خط چین قرمز شکل بالا)  تا بزنید.  همین کار را در طرف دیگر ربع دایره هم بکنید.

حالا باید کاغذ شما شبیه به باله ماهی شده باشد که به طور متوالی تا خورده باشد ( شکل زیر).

طبق شکلهای زیر هر یک از قطعات مثلثی شکل فوق را یک بار دیگر تا بزنید.

هنگام تا کردنِ کاغذ لبه ها را زیاد فشار ندهید؛ فشارِ زیاد ممکن است سوراخهای خیلی کوچکی در کاقذ ایجاد کند که به چشم نمیآیند اما موجب عبورِ مواد جامد از کاغذ بشوند.

تا بالاخره کاغذ صافی به شکل زیر درآید

هنگامی که این کاغذ را باز کنید در بعضی از قسمتها (فلش ها در شکل زیر) تا خوردگی ها به صورت یکی در میان نیستند.

تا خوردگیها را مجدداً به نحوی اصلاح کنید که یکی در میان به طرفِ داخل و خارج قرار بگیرند.

بهتر است قبل از قرار دادن کاغذ صافی درونِ قیف، آن را پشت و رو کنید. ( هنگام تا زدنِ کاغذِ صافی چربی دست شما ممکن است به آن چسبیده باشد، برگرداندن، یا به اصطلاح، پشت و رو کردنِ کاغذ باعث خواهد شد که این ذرات هر چند کوچک و ناچیز در درونِ کاغذ باقی بماند و به داخل مایعِ صاف شده وارد نشود.

آبفشان (پیست) (Wash bottle):

یکی از ابزارهای آزمایشگاهی می باشد که از یک بطری پلاستیکی و یک نازل در بالای آن تشکیل شده است.از این ابزار برای شست وشوی ابزارهای آزمایشگاهی مانند بشر و بالن ته گرد استفاده می شود. عملکرد این وسیله به این ترتیب است که با فشردن دست روی بطری پلاستیکی فشار داخل بطری افزایش یافته و مایع داخل بطری به صورت باریکه ای از سر نازل به بیرون می ریزد.

از دیگر کاربردهای آبفشان (پیست) در شستشوی رسوب یا اضافه كردن آب مقطر به كار می رود. از جمله کاربرد دیگر آبفشان (پیست) درسنجش های حجمی و وزنی است. پس ازشستن وآب کشیدن هر ابزار حجمی (بورت، پیپت، ارلن) با آب معمولی باید آن را با آب مقطر کر داد. برای این منظور از آبفشان استفاده می شود. برای کر دادن باید کمی آب مقطر به ظرف مورد نظر ریخت و تمام جداره داخلی ظرف را با آن خیس کرد و سپس محتوای ظرف را دور ریخت. این عمل را باید چند بار انجام داد تا به این ترتیب ماده قبلی چسبیده شده به ظرف ازداخل آن خارج شود. ازآبفشان می توان برای به حجم رساندن محلولهایی که در بالن حجمی یا استوانه مدرج قراردارند، استفاده کرد. برای این منظور باید قطره قطره آب مقطر را به محلول افزود تا سطح محلول به خط نشانه یا درجه مورد نظر برسد. در مواقع ضروری میتوان مواد شیمیایی دیگری را در آبفشان ریخت، سپس ماده را از آبفشان به ظرف مورد نظر منتقل کرد (مانند الکل، اسیدهای رقیق، آب اکسیژنه رقیق و...). پس از پایان آزمایش، باید بلافاصله محلول داخل آبفشان راخالی کرد و آن را شست و برچسب آن راعوض کرد (چون درآبفشان معمولا آب مقطر ریخته می شود، ممکن است هرمحلول بی رنگ، آب مقطرفرض شود).

از جمله کاربرد دیگر آبفشان در خشک کردن وسایل شیشه ای است. به این صورت که بعد از شستن وسیله شیشه ای (مانند بشر، ارلن، پیپت و غیره) با آب شهری و سپس کر دادن آن با آب مقطر داخل پیست (آبفشان)، از پیست دیگری که حاوی استون است استفاده کرده و وسیله شیشه ای را با استون نیز کر میدهند. یعنی بعد از این که وسیله شیشه ای با آب مقطر کر داده شد چون مقداری قطرات آب مقطر به شیشه میچسبد و دیر خشک میشود، با استون آنرا کر میدهند تا قطرات آب در استون حل شده و بعد وسیله شیشه ای را از محلول آب و استون خالی میکنند، چون استون بسیار فرار است قطرات باقی مانده بر روی وسیله شیشه ای سریع تبخیر شده و وسیله شیشه ای خشک میشود. (لازم به ذکر است محلول آب - استون را معمولا دور نمیریزند و آنرا درون ظرفی نگه داری کرده و بعد از مدتی که مقدار آن زیاد شد از طریق تقطیر استون را جداکرده و دوباره برای شستشوی وسایل شیشه ای از آن استفاده میشود)

قطره چکان ( Dropper)

وسيله اي شيشه اي يا پلاستيكي است كه يك طرف آن داراي حباب لاستيكي قابل ارتجاع و طرف ديگر آن يك ميله شيشه اي (يا پلاستيكي) با نوك بسيار باريك است طول لوله قطره چكان با ارتفاع دهانه ظرف محتواي مايع مورد استفاده متناسب مي باشد و از چند سانتي متر تجاوز نمي كند.

معمولاً از قطره چكان براي ريختن معرفها (فنل فتالئين، تورنسل، هليانتين) و يا برداشتن محلول هايي كه بخار سـمي توليد مي كنند (مانند: اسيد كلريدريك غلیظ، آب برم، آمونياك و…) و يا محلول هايي كه احتمال خطر آنها هنگام ريختن به دست و لباس زياد است (مانند: محلول اسيد سولفوريك غليظ يا اسيد نيتريك غليظ) استفاده مي كنند.

در ظرف هاي قطره چكاني تيره رنگ، معمولاً بايد موادي را ريخت كه در اثر جذب نور تجزيه و يا تغيير مي كنند (مانند پرمنگنات پتاسيم، پراكسيدهيدروژن، اسيد نيتريك غليظ و…)

در ظرف هاي قطره چكاني يا دیگر ظرف هاي دارای درپوش شیشه ای، هيچ گاه نبايد محلول سود يا پتاس ريخت، زيرا این نوع مواد، هنگام تبخير و خشك شدن درِ ظروف را مسدود مي كنند و جدا كردن آنها بسيار دشوار خواهد بود.

طرز كار: هنگام كار كردن با قطره چكان ابتدا با فشار دادن به لاستيك، هواي درون ميله شيشه اي را بايد خالي كرد و آن را به داخل مايع قرار داد. سپس با برداشتن فشار از روي لاستيك، مايع را به طرف ميله شيشه اي كشيد. پس از بالا كشيدن مايع، از مايع داخل آن، براي آزمايش استفاده كرد.

شیشه قطره چکان (Dropper Bottle)

از این وسیله بیشتر برای اضافه نمودن چند قطره از معرفهای شیمیایی و یا محلولهای غلیظ به مواد و یا محلولهای دیگر استفاده میشود که این وسیله از دو قسمت بطری و سر مخصوص تشکیل شده و برخی از انواع آن تیره رنگ میباشد که برای نگهداری محلولها و معرفهای حساس به نور است و نیز از نظر سر مخصوص هم دارای دو نوع شیشه ای و لاستیکی است که استفاده از نوع تمام شیشه ای آن در آزمایشگاه های شیمی رایج تر است.

توجه داشته باشید که درظروف شیشه ای که دارای در شیشه ای هستند هيچ گاه نبايد محلول سود يا پتاس ريخت، زيرا این نوع مواد، هنگام تبخير و خشك شدن درب ظروف را مسدود مي كنند و جدا كردن آنها بسيار دشوار خواهد بود.

لوازم اندازه گیری حجمی و مراقبت و تمیز کردن آنها

لوازم حجم سنجی شیشه ای برای تعیین حجم محلولها و یا مایعات به کار می رود برخی از لوازم شیشه ای در کارخانه مدرج شده اند. روی این ظرفهای مدرج، نشانه های ویژه ای دیده می شود گاهی روی این گونه ظرفها علامت TD (مخفف To Deliver) دیده میشود. مانند پیپت یا بورت که حجم محلول یا مایع خارج شده از آن را نشان می دهد. (نه مایع یا محلول موجود در ظرف).

گاهی نیز علامت TC (مخفف To Contain) دیده می شود. TC نشان می دهد که حجم محلول موجود در ظرف برابر مقدار نوشته شده است. (نه حجم خارج شده از آن). باید توجه داشت که به سبب چسبیدن محلول به اطراف ظرف و مرطوب شدن آن، حجم مایع موجود با حجم مایع خارج شده یکسان نیست .

بر روی ظرف های مدرج علاوه بر علامت TC و ظرفیت کل آن معمولا نوشته 20ºC نیز به چشم می خورد. این درجه حرارت نشان می دهد که ظرف مورد استفاده در20ºC درجه بندی شده است.

گنجایش تمام ظروف شیشه ای با تغییر درجه حرارت اندکی تغییر میکند، از این رو حجمی که روی شیشه نوشته شده است تنها در 20ºC درست است.

مقدار تغییر گنجایش دراثر درجه حرارت، به اندازه ظرف و جنس شیشه بستگی دارد. برای نمونه یک بالن ژوژه 100 سی سی از جنس سیلیس در اثر بالا رفتن درجه حرارت از 20 درجه سانتیگراد به 27 درجه سانتیگراد حجم آن تنها دو دهم سی سی افزیش می یابد. شیشه هایی از جنس بور سیلیکات ضریب انبساط حرارتی بسیار کمی دارند.

مراقبت و تمیز کردن وسایل شیشه ای مدرج

ظرفهای شیشه ای مدرج، وسایل دقیقی هستند که در جابه جا کردن و تمیز نمودن آنها باید دقت کامل به عمل آورد. هرگز نباید وسایل شیشه ای مدرج را حرارت داد و یا هیچ گونه محلولی را در این گونه شیشه ها به مدت زیادی نگهداری کرد. ظرف را باید خالی کرد و پس از شستن با آب مقطر، آنرا خشک کرد. بلافاصله درب بالن ژوژه را بگذارید و دهانه بورت را با پنبه بپوشانید تا در مدت زمانی که از آن استفاده نمیکنید توسط گرد و خاک هوا آلوده نشود. قبل از استفاده از وسایل شیشه ای از تمیزی آنها اطمینان حاصل کنید. ساده ترین راه اطمینان از تمیزی وسایل، مرطوب نمودن آنها به وسیله آب مقطر است. هرگاه بعد از خالی شدن، قطرات آب در دیواره های ظرف جمع شد، در این صورت سطح آن به اندازه کافی برای آزمایشهای کمّی تمیز نیست.

چربی وسایل شیشه ای را می توان با محلول دترژنتها (مایع ظرفشویی) و محلول غلیظ سدیم هیدروکسید (در حدود 10 درصد) تمیز کرد . سپس با آب شیر و سرانجام با آب مقطر بشوئید. هرگاه ظرف مورد نظر پس از شستن با دترژنت، محلول هیدروکسید سدیم و آب کشیدن تمیز نشد در این صورت از محلول سولفوکرومیک و یا از محلول کرومیک اسید استفاده کنید. این محلول ها بسیار خورنده هستند و تمام مواد آلی را از میان می برند. هرگاه تماسی با لباس و یا بدنتان داشته باشد، به شدت می سوزاند. در صورت تماس، فوراً لباس یا بدنتان را با آب زیاد و سدیم بی کربنات شستشو دهید. این محلولها را تنها زیر نظر مربی استفاده کنید. از محلول پرمنگنات قلیایی نیز می توان برای پاک کردن وسایل شیشه ای استفاده کرد. بایستی توجه داشت که از محلول جوشان این پاک کننده استفاده میشود.

همزن شیشه ای (Glass Stirrer)

میله شیشه ای توپر كه برای مخلوط كردن محلولها ویكنواخت كردن گرمای یك محلول و ریختن مخلوط روی كاغذ صافی به كار می رود. 

میله های همزن از شیشه هایی به قطر 3-5 میلیمتر و به درازای مناسب بریده می شوند هر دو انتهای آنرا بایستی روی چراغ گاز گرفت تا کاملا گرد شود. درازای همزن باید مناسب با اندازه و شکل ظرف مورد نظر باشد، مثلا برای بشر باید حدود 5 سانتی متر بلندتر از لبه بشر باشد. گاهی انتهای میله را مجهز به لوله لاستیکی می کنند و از این برای شستن و جدا کردن رسوب استفاده میکنند. 

شکل: چند نمونه همزن شیشه ای

شکل: چگونگی هدایت مخلوط به داخل قیف به کمک همزن شیشه ای (1-همزن شیشه ای است)

قیف بوخنر و ارلن خلاء (ارلن تصفیه) (ارلن تخلیه) (Buchner Funnel & Filter Flask)

قیف بوخنر

 قیفی است که داخل آن دارای یک سطح با تعداد زیادی سوراخ کوچک میباشدو از جنس چینی یا شیشه و یا پلی پروپیلن ساخته شده است و برای صاف کردن سریع و همچنین خشک کردن سریع همراه با یک صافی کاغذی و ارلن خلاء به کار میرود.

ارلن خلاء

یک نوع ارلن است که دارای یک لوله در کنار و نزدیک به نوک آن میباشد که برای خروج هوا (به کمک پمپ مکنده) به کار میرود.

روش کار با قیف بوخنر و ارلن خلاء

دستگاهی مشابه زیر سوار کنید.

دنباله یک قیف بوخنر (1) را داخل یک چوب پنبه سورخ دار (4) کنید و چوب پنبه را داخل دهانه ارلن (1) نمایید به طوری که از کنار چوب پنبه و دیواره ارلن و یا دیواره دنباله قیف بوخنر و چوب پنبه هیچ گونه هوایی عبور نکند. پس از آن یک شیلنگ را که از یک سر به پمپ مکنده هوا وصل است به خروجی ارلن خلا وصل نمایید (3). سپس یک کاغذ صافی را که کاملا به اندازه کفی دهانه قیف بوخنر بریده اید و توسط ترازوی آزمایشگاه وزن نموده اید داخل قیف نمایید به طوری که به راحتی کف آن قرار گیرد و نه آنقدر بزرگتر از دهانه باشد که لبه های کاغذ از کنار دیواره قیف بالا بایستد و نه آنقدر کوچک باشد که نتواند کف قیف را به گونه ای بپوشاند که تمام سوراخها در زیر کاغذ صافی قرار گیرد. حال اندکی از حلال مناسب (یا مقدار بسیار کمی از محلول شامل رسوب که میخوایید صاف نمایید را روی صافی بریزید تا کاملا به کف قیف بچسبد) و هم اکنون پمپ را روشن کنید و محلول شامل رسوب را به کمک یک همزن شیشه ای به گونه ای داخل قیف بریزید که در یک نقطه در وسط صافی جمع شود. بعد از آن که تمام محلول از زیر قیف خارج شد، میتوانید تپه کوچکی که از رسوبات حاصل شده را با مقدار بسیار کمی از حلال مناسب (که رسوب را تا حد ممکن حل نکند و برعکس ناخالصی ها را حل نماید) بشویید و حال میتواند بسته به میزان لزوم صبر کنید تا بر اثر عبور شدید هوا از داخل رسوبات جمع آوری شده، آن رسوبات به سرعت خشک شود. حال کاغذ صافی را با احتیاط خارج کنید و کاغذ صافی و رسوب روی آنرا وزن کنید و وزن کاغذ صافی خشک که قبلا توزین نموده بودید را از از وزن جدید کم کنید تا وزن رسوب به دست آید.

قیف ساده (Funnel)

ابزار مخروطي شكل است كه در قسمت پايين آن لوله باريك و بلندي قرار دارد. نوك اين لوله مورب است. از قيف براي انتقال محلول از ظرفي به ظرف ديگر استفاده مي شود (به عنوان مثال براي انتقال محلول به بورت، استوانه مدرج، بالن حجمی، قيف جداکننده (قیف شيردار)، ارلن و… از قيف استفاده مي شود) براي اين كار، محلول موردنظر را نخست در بشـر ريخته سپس به كمك قيف تمـيز به ظرف دلخواه منتقل مي شود.

از قيف براي جدا كردن مايع از جامد نيز مي توان استفاده كرد. اين كار در شيمي تجزيه وزني براي صاف كردن رسوبها از اهميت ويژه اي برخوردار است. براي اين كار نخست بايد قيف راشست و خشك كرد سپس كاغذ صافي متناسب با قيف و با ذره هاي رسوب برگزيد (كاغذ صافي با قيف مناسب است كه پس از قرار دادن در قيف حدود 5/0 تا 5/1 سانتي متر از لبه قيف پايينتر باشد. و زماني متناسب با ذره هاي رسوب است كه آب زير صافي كاملاً زلال باشد.)

براي گذاشتن كاغذ صافي در قيف ابتدا بايد آن را چندين بار تا كرد، به شكل قيف درآورد و در آن گذاشت. براي اين كه كاغذ به قيف بچسبد بايد آن را خيس كرد و با انگشت تميز كاغذ صافي را كاملاً به جداره قيف چسباند. اگر كاغذ صافي كاملاً به قيف نچسبد و حبابهاي هوا بين كاغذ و جداره داخلي قيف بماند عمل صاف كردن كند مي شود.

بالن ژوژه (بالن حجمی) (Volumetric Flask)

بالنی است با گردن بسیار باریک و دراز که بر روی قسمتی از گردن آن خطی وجود دارد. گنجايش بالن حجمي با عددي كه بر روي آن نوشته شده است مشخص مي شود كه حدّ آن همان خط نشانه است. این ظرف برای محلول سازی دقیق و به حجم رساندن محلولها و نیز رقیق سازی آنها مورد استفاده قرار میگیرد. 

استفاده از بالن ژوژه برای تهیه محلولهای استاندارد

برای تهیه یک محلول استاندارد باید وزن معینی از جسم را با دقت وزن کرد برای این منظور نخست شیشه ساعت را وزن کنید. جسم موردنظر را در شیشه ساعت (یا شیشه توزین) بریزید و دوباره وزن کنید. تفاوت وزن دو توزین متوالی، نشانگر وزن جسم است.

1- هرگاه جسم مورد نظر در حلال زود حل شود:

قیف کوچکی را در دهانه بالن ژوژه بگذارید. به دقت جسم جامد را توسط قیف به بالن ژوژه منتقل کنید. شیشه ساعت (شیشه توزین) را با حلال بشوئید. سپس جداره قیف را با حلال بشوئید و از روی بالن ژوژه بردارید. دقت کنید که تمام حلال مصرفی را در بالن ژوژه بریزد و آن قدر به هم بزنید تا حل شود.

2- هرگاه جسم مورد نظر به سختی در حلال حل شود:

در این حالت بهتر است از یک بشر کوچک استفاده شود. جسم جامد را که روی شیشه ساعت توزین کرده اید در بشر بریزید و با مقدار کمی از حلال را به دقت روی شیشه را بشویید تا ماده جامد روی آن باقی نمانده باشد سپس با هم زن شیشه ای تمیزی نمونه را خرد کنید و با مقدار بیشتری از حلال آن را حل و به بالن ژوژه منتقل کنید . سپس تا دو سوم گنجایش بالن ژوژه را با حلال پر کنید، بهم بزنید تا محلول یکنواخت شود.

در هر دو حالت، سرانجام آنقدر حلال بیفزائید تا قوس پایینی حلال از خط نشانه 2 سانتی متر فاصله داشته باشد. درب بالن ژوژه را محکم ببندید و بالن ژوژه را چندین بار سر و ته کنید تا محلول یکنواخت شود. درب بالن ژوژه را بردارید. اندکی صبر کنید تا حبابهای هوای حل شده در محلول، خارج شود.

درب بالن ژوژه را بگذارید و 15 دقیقه صبر کنید تا محلول به درجه حرارت آزمایشگاه برسد. سپس قطره قطره حلال بیفزائید تا قوس پایینی محلول به خط نشانه بالن ژوژه مماس شود بار دیگر، در بالن ژوژه را محکم کرده و چندین بار سر و ته کنید تا محلول یکنواخت شود این تنها راه تهیه یک محلول یکنواخت بدون هدر رفتن محلول می باشد. درجه حرارت آزمایشگاه را در مرحله رقیق نمودن نهایی یادداشت کنید. ضریب انبساط آب در حدود0.02%  برای هر درجه سانتیگراد می باشد و بسیاری از حلال ها دارای ضریب بالایی هستند. هرگاه درجه حرارت آزمایشگاه متفاوت از درجه حرارت محلول باشد، بایستی تغییر حجم را تصحیح نمود.

بالن ته گرد (Round bottom flask)

بالن تقطیر در حقيقت يك نوع ارلن با ته گرد است و معمولا براي تقطير یا رفلاکس مورد استفاده قرار ميگيرد.