چاپ آبی Blue Print

واکنش های نور شیمیایی photochemical reactions
واکنش های فتوشیمی(نورشیمی) واکنش هایی هستند که در اثر جذب نور( فرا بنفش ۱۰۰ تا ۴۰۰ نانومتر، دیدگانی ۴۰۰ تا ۷۵۰ و زیر قرمز ۷۵۰ تا ۲۵۰۰ نانومتر) انجام می شوند. واکنش های نور شیمی هم در واکنش های معدنی و هم آلی پر اهمیت هستند.

این واکنش ها شامل جذب نور می باشند. مهمترین واکنش فتو شیمیایی در طبیعت فتوسنتز می باشد که در این واکنش، گیاهان از کربن دی اکسید و آب با استفاده از نور خورشید گلوکز می سازند. همچنین تجزیه ی شیمیایی پلاستیک ها، تشکیل ویتامین D توسط نور خورشید، عکاسی سیاه و سفید (آنالوگ) که در آن از نمک نقره استفاده می شود و در آن نقره کلرید نوردهی می شود و یک الکترون از کلر به نقره منتقل تا فلز نقره تشکیل شود . نمونه هایی از واکنش های فتو شیمیایی هستند. بیش از ۵۰ سال واکنش های فتو شیمیایی به طور عمده برای چاپ استفاده می شد. و به خاطر رنگ آبی آن چاپ آبی نامیده می شد. به ویژه آرشیتکت ها و مهندسین از این تکنیک چاپ آبی استفاده می کردند.

اولین قانون واکنش های نور شیمی، تحریک نوری Photoexcitation می باشد. در این حالت واکنش دهنده ها به سطح انرژی بالاتر، حالت تهییج شده می رسند. اولین قانون واکنش هایی فتو شیمیایی به عنوان قانون Grotthuss–Draper شناخته می شود. در این حالت نور بایستی توسط مواد شیمیایی جذب شود تا واکنش فتو شیمیایی انجام پذیرد. واکنش های فتو شیمیایی به یک چشمه ی نور احتیاج دارد در گذشته ( و زندگی روزانه) نور خورشید سرچشمه ی نوری بود ، اگرچه پلی کروماتیک است و همه ی رنگ ها را دارد. اما لامپ بخار جیوه در آزمایشگاه بیشتر متداول است. لامپ های بخار جیوه ی کم فشار به طور عمده در ۲۵۴ نانومتر نشر دارند. زمانی که از چشمه ی نوری پلی کروماتیک استفاده می کنیم باید از فیلتر استفاده کنیم.

خوب با این مقدمه، به این نتیجه می رسیم برخی از واکنش ها در تاریکی انجام نمی شوند و فقط در حضور نور انجام پذیر خواهند بود که به این واکنش ها، واکنش های فتوشیمیایی می گویند.
برای مثال فتوسنتز گاز HCl
H2 (g) + Cl2 (g) + hν ——————-> 2 HCl (g)

نور یک شکل از انرژی است، از این رو انرژی فعال سازی لازم را برای انجام واکنش فراهم می کند.
ویژگی های واکنش های فتو شیمیایی چیست؟
۱- واکنش های فتوشیمیایی در تاریکی انجام نمی شوند و در مجاورت نور و جذب آن انجام پذیرند.
۲- از آنجایی که تابش های رنگی مختلف نور دیدگانی فرکانس های متفاوتی دارند و از این رو انرژی های متفاوتی دارند، بنا بر این همه ی تابش ها نمی توانند برخی از واکنش ها را شروع کنند. برای مثال یک فتون از نور بنفش بالاترین فرکانس و انرژی را دارد. بنا بر این واکنشی که با نور بنفش آغاز می شود ممکن است با دیگر رنگ ها نور دیدگانی انجام نشود. به عبارت دیگر یک فتون از نور قرمز پایین ترین فرکانس و انرژی را دارد. بنا بر این یک واکنش با دیگر تابش ها نیز انجام پذیر است.
۳- دما اثر ناچیزی بر بسیاری از واکنش های فتو شیمیایی دارد. در عوض شدت نور می تواند اثر زیادی بر واکنش های فتو شیمیایی دارد.
۴- تغییرات انرژی آزاد واکنش فتو شیمیایی نمی تواند منفی باشد.
۵- بسیاری از مواد هستند که مستقیمآ در مقابل نور واکنش نمی دهند اما اگر ماده ی دیگری به ان ها افزوده شود واکنش فتو شیمیایی شروع می شود.

یکی از بهترین و جالب ترین واکنش های فتو شیمیایی چاپ آبی می باشد. برای انجام این آزمایش روش ها و مواد مختلفی وجود دارد که بهترین آن فریک سیترات آمونیاکی و پتاسیم فری سیانید
K3[Fe(CN)6]
می باشد.


پتاسیم فری سیانید با عبور گاز کلر از محلول پتاسیم فرو سیانید
K4[Fe(CN)6]
تهیه می شود و سپس از محلول جدا می شود.

2K4[Fe(CN)6] + Cl2 → 2 K3[Fe(CN)6] + 2 KCl
پتاسیم فرو سیانید در صنعت از واکنش بین هیدروژن سیانید، فرو کلرید، و کلسیم هیدرواکسید تهیه می شود که منجر به تهیه ی
Ca2[Fe(CN)6] · 11H2O
می شود، این محلول با نمک پتاسیم واکنش داده می شود تا نمک پتاسیم ، کلسیم .
CaK2[Fe(CN)6]

حاصل شود و در ادامه با پتاسیم کربنات واکنش داده می شود تا نمک تترا پتاسیم به دست آید.
در گذشته این ماده با استفاده از یک ماده ی آلی غنی از نیتروژن و کربن و براده آهن و پتاسیم کربنات تهیه می شد، ماده آلی متداول غنی از نیتروژن و کربن ، شاخ ، خرده چرم، لاشه، یا خون خشک شده بود.

با افزودن محلول ۱۰٪ پتاسیم هگزاسیانوفرات(III) (پتاسیم فری سیانید) و محلول آمونیاکی و محلول ۱۰٪ سیترات آهن(III) آمونیاکی در مجاورت نور پیگمنت(رنگدانه ی) تیره آبی پروس Prussian blue با فرمول:
Fe7(CN)18

یا
Fe4[Fe(CN)6]3 · xH2O
دیگر نام های این پیگمنت آبی برلین Berlin blue یا آبی پاریس Parisian or Paris blue می باشد.

شرح آزمایش:
هدف: ثبت تصاویر طبیعت مانند برگ درختان بر روی کاغذ حساس به نور( یک آزمایش فتوشیمیایی)
وسایل لازم: بشر، ارلن، قیف، کاغذ صافی
مواد لازم: محلول ۱۰٪ پتاسیم هگزاسیانوفرات(III) (پتاسیم فری سیانید)، و سیترات آهن(III) آمونیاکی
نکته ایمنی:از عینک ایمنی استفاده کنید.
۱- ۱۵ میلی لیتر محلول ۱۰٪ پتاسیم فری سیانید را در تاریکی به ۱۵ میلی لیتر محلول ۱۰٪ سیترات آهن(III) آمونیاکی بیفزایید.
۲- کاغذ صافی یا پارچه ی پنبه ای را به آن آغشته کنید. و در تاریکی بخشکانید.
۳- پس از خشک شدن کاغذ را بر روی یک سطح صاف قرار دهید. یک طرح مثل برگ گیاه یا چیز دیگر بر روی آن قرار دهید و برای آن که جا به جا نشود یک شیشه روی آن قرار دهید.
۴- نیم ساعت زیر نور مستقیم آفتاب نور دهید. و پس از آن کاغذ را بشویید تا مواد واکنش نداده شسته شود.

اگر در تهیه آهن(III)سیترات در بازار مشکل داشتید به روش زیر آن را بسازید:

سیتریک اسید(جوهر لیمو) را از عطاری ها بخرید.

آهن(III)سیترات یک نمک است و نمک، حاصل واکنش اسید و باز است، پس آهن(III)هیدرواکسید را با سیتریک اسید واکنش دهید. برای تهیه ی آهن(III)هیدرواکسید، آهن(III)نیترات را با سدیم هیدرواکسید واکنش دهید تا آهن(III)هیدرواکسید رسوب کند. رسوب را صاف کنید.

رسوب حاصل که همان آهن(III)هیدرواکسید است را با سیتریک اسید بجوشانید تا سیترات آهن(III) تولید شود محلول راصاف کنید و از محلول زیر صافی را با مقداری آمونیاک مخلوط کنید.
پس واکنش هایی را که باید انجام دهید به ترتیب زیر است:
۱- ده گرم آهن(III)نیترات با سود سوز آور واکنش دهید تا آهن(III)هیدرواکسید رسوب کند. آن را صاف کنید.
۲- رسوب آهن(III)هیدرواکسید را با ده گرم سیتریک اسید و ۵۰ سی سی آب مخلوط کرده بجوشانید و سپس صاف کنید. محلول زیر صافی آهن(III)سیترات است.

1) Fe(NO3)3 + 3NaOH → Fe(OH)3↓ + 3NaNO3
2) Fe(OH)3 + C3H4(OH)(COOH)3 → C3H4(OH)(COO)3Fe + 3H2O

خوب اکنون آهن(III)سیترات آماده است به آن ۵ سی سی آمونیاک بیفزایید و آزمایش چاپ آبی را انجام دهید و از آن لذت ببرید.

در تصویر بالا نیتریک به اشتباه به جای سیتریک نوشته شده است

با سپاس از محمد رضا فکرت اندیش

سرچشمه ها:

https://scilearn.sydney.edu.au/fychemistry/LabManual/E02.pdf

http://simons.hec.utah.edu/papers/BOOK2_C7.PDF

http://www.thebigger.com/chemistry/chemical-kinetics/define-photochemical-reactions-with-example/