Основы колориметрического анализа меди в воде

Медь и её содержание в живой природе и полезных ископаемых. Определение содержания ионов меди в воде реки методом фотоэлектроколориметрии. Методика определения качества природных вод в школьном кабинете химии и результаты колориметрического анализа.

Рубрика Химия
Вид лабораторная работа
Язык русский
Дата добавления 25.03.2013
Размер файла 68,6 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

Материалы и методы

Основы колориметрического анализа

Результаты измерений

Выводы

Использованная литература

Введение

Медь -- элемент побочной подгруппы первой группы, четвертого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 29. Обозначается символом Cu (лат. Cuprum).

Общее содержание меди в земной коре сравнительно невелико [0,01% (масс.)], однако она чаще, чем другие металлы, встречается в самородном состоянии, причем самородки меди достигают значительной величины. Этим, а также сравнительной легкостью обработки меди объясняется то, что она ранее других металлов была использована человеком.

В настоящее время медь добывают из руд. Последние, в зависимости от характера входящих в их состав соединений, подразделяют на оксидные и сульфидные. Сульфидные руды имеют наибольшее значение, поскольку из них выплавляется 80% добываемой меди.

Сейчас известно более 170 минералов, содержащих медь, но из них только 14--15 имеют промышленное значение. Важнейшими минералами, входящими в состав медных руд, являются: халькозин, или медный блеск, Cu2S; халькопирит, или медный колчедан, CuFeS2; малахит Cu(CO3)(OH)2. В России богатые месторождения медных руд находятся на Урале [3].

Чистая медь - тягучий вязкий металл светло-розового цвета, легко прокатываемый в чистые листы. Она очень хорошо проводит теплоту и электрический ток, уступая в этом отношении только серебру. В сухом воздухе медь почти не изменяется, так как образующаяся на ее поверхности тончайшая пленка оксидов (придающая меди более темный цвет) служит хорошей защитой от дальнейшего окисления. Но в присутствии влаги и диоксида углерода поверхность меди покрывается зеленоватым налетом дигидроксида карбоната меди (II) Cu2(CO3)(OH)2. При нагревании на воздухе в интервале температур 200-375°С медь окисляется до черного оксида меди (II) CuO. При более высоких температурах на ее поверхности образуется двухслойная окалина: поверхностный слой представляет оксид меди (II), а внутренний - красный оксид меди (I) Cu2O. Ввиду высокой теплопроводности, электрической проводимости, ковкости, хороших литейных качеств, большого сопротивления на разрыв и химической стойкости медь широко используется в промышленности.

Большие количества чистой электролитической меди (около 40% всей добываемой меди) идут на изготовление электрических проводов и кабелей. Из меди изготовляют различную промышленную аппаратуру: котлы, перегонные кубы и т.п.

Широкое применение в машиностроительной промышленности, а также в электротехнике и других производствах имеют различные сплавы меди с другими металлами. Важнейшими из них являются латуни, медноникелевые сплавы и бронзы [3].

Медь встречается в природных водах как в ионной форме CuІ+, так и виде комплексных соединений с органическими веществами. Содержание меди в поверхностных водах обычно не превышает несколько мкг в 1 л. Повышенное содержание меди может быть связано со сбросом промышленных сточных вод, а также коррозией медьсодержащих изделий. ПДК меди в водоемах хозяйственно-питьевого и культурно-бытового назначения составляет 1 мг/л, в водоемах рыбохозяйственного назначения - 0,005 мг/л [4].

Медь присутствует во всех организмах и принадлежит к числу микроэлементов, необходимых для их нормального развития. Содержание меди в организме человека колеблется (на 100 г сухой массы) от 5 мг в печени до 0,7 мг в костях, в жидкостях тела - от 100 мкг (на 100 мл) в крови до 10 мкг в спинномозговой жидкости. Всего в организме среднего человека (масса тела 70 кг) содержится 72 мг меди.

Основная роль меди в тканях растений и животных - участие в ферментативном катализе. Медь служит активатором ряда реакций и входит в состав медьсодержащих ферментов, прежде всего оксидаз, катализирующих реакции биологического окисления. Медьсодержащий белок пластоцианин участвует в процессе фотосинтеза. Другой медьсодержащий белок, гемоцианин, выполняет роль гемоглобина у некоторых беспозвоночных. Так как медь токсична, в животном организме она находится в связанном состоянии. Значительная ее часть входит в состав образующегося в печени белка церулоплазмина, циркулирующего с током крови и доставляющего медь к местам синтеза других медьсодержащих белков. Церулоплазмин обладает также каталитической активностью и участвует в реакциях окисления. Медь необходима для осуществления различных функций организма - дыхания, кроветворения (стимулирует усвоение железа и синтез гемоглобина), обмена углеводов и минеральных веществ. Недостаток меди вызывает болезни как растений, так и животных и человека. С пищей человек ежедневно получает 0,5-6 мг меди.

Цель работы: определить содержание CuІ+ в воде р. Великой методом фотоэлектроколориметрии.

Материалы и методика

Экспериментальная часть выполнена с использованием пособия по определению показателей качества природных вод в школьном кабинете химии [2].

Отбор пробы: забор воды проводился 29.03.2010 на набережной р. Великой.

Принцип метода: фотометрический метод определения массовой концентрации ионов меди основан на взаимодействии диэтилдитиокарбамат натрия с ионами меди в слабокислом растворе с образованием диэтилдитиокарбамата меди, окрашенного в желто-коричневый цвет.

Для устранения влияний ионов железа добавляют сегнетову соль (тартрат калия-натрия). Этим методом пользуются при содержании железа от 0,02 до 0,5 мг/л. Селективность определения существенно повышается при примени диэтилдитиокарбамата свинца; в этом случае предел обнаружения составляет 0,002 мг/л [6,7,8].

Средства измерений, вспомогательное оборудование, материалы, реактивы: колориметр фотоэлектрический концентрационный КФК-2; кюветы с толщиной рабочего слоя 5 см; весы лабораторные; колбы мерные; колбы конические; пипетки; стаканы; аммиак водный, 5%-ный; соляная кислота (1:1); сегнетова соль, 50%-ный раствор; крахмал, 0,25%-ный раствор; диэтилдитиокарбамат натрия, 0,1%-ный раствор

Основной стандартный раствор сульфата меди: растворяют 0,393 г CuSO4·5H2O марки х.ч. в мерной колбе на 1 л в небольшом количестве дистиллированной воды, добавляют 10 мл раствора серной кислоты и доводят до метки дистиллированной водой. В 1 мл такого раствора содержится 0,1 мг CuІ+.

Рабочий стандартный раствор сульфата меди: 10 мл основного раствора разбавляют в мерной колбе на 100 мл дистиллированной водой. 1 мл раствора содержит 0,01 мг ионов меди.

Ход определения: в мерную колбу объемом 50 мл отмеряют 30 мл исследуемой воды, подкисляют 1-2 каплями соляной кислоты; затем последовательно добавляют 1 мл раствора сегнетовой соли, 5 мл раствора аммиака, 1 мл раствора крахмала и 5 мл раствора диэтилдитиокарбамат натрия. После добавления каждого реактива раствор перемешивают и дистиллированной водой доводят до метки.

Интенсивность полученной окраски можно измерить визуально, пользуясь шкалой стандартных растворов и фотоколориметрическим методом как описано ниже.

Построение калибровочного графика. В мерные колбы на 50 мл отмеряют пипеткой 0,0; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 2,0; и 3,0 мл стандартного раствора, что соответствует содержанию меди в этих растворах 0,0; 0,02; 0,04; 0,1; 0,2; 0,4 и 0, 6 мг/л. Последовательно прибавляют те же реактивы, что и к исследуемой воде, доводят дистиллированной водой до метки и перемешивают. Окраска полученных растворов устойчива в течение 1 часа. Оптическую плотность измеряют в кювете с толщиной рабочего слоя 5 см с синим светофильтром (л=430 нм) по отношению к контрольному раствору, не содержащему меди. Калибровочный график строят в координатах «оптическая плотность (D) - c (CuІ+, мг/л).

Расчет проводят по формуле:

cx = c · 50/V (1)

где

с - содержание меди, найденное по калибровочному графику или шкале стандартных растворов, мг/л;

V - объем пробы исследуемой воды, взятой для анализа.

Основы колориметрического анализа

Методы анализа, основанные на поглощении электромагнитного излучения анализируемыми веществами, представляют обширную группу абсорбционных оптических методов, получивших широкое распространение как на промышленных предприятиях, так и в научно-исследовательских лабораториях. Колориметрия представляет собой один из наиболее простых способов абсорбционного анализа.

Растворы многих веществ имеют характерную окраску, обусловленную избирательным поглощением света ионами или молекулами. Например, окрашенные гидратированные ионы CuІ+, NiІ+,CoІ+, Feі+, Crі+, CrO4І-, MnO4-, комплексные ионы [Fe(SCN)]І+, [Cu(NH3)4]І и некоторые другие. Нередко окрашивание появляется уже при растворении вещества в воде. Однако, чаще приходится иметь дело с бесцветными средами, т.е. не поглощающими видимый солнечный цвет. В таких случаях при необходимости проводят фотометрическую реакцию, в результате которой получают окрашенные продукты реакции.

Физическая сущность поглощения состоит в том, что энергия света частично превращается во внутреннюю энергию поглощающего вещества. Этот процесс подчиняется законом квантовой механики: поглощается та часть света, энергия кванта которого соответствует разности двух состояний частиц - основного (с энергией E0) и возбужденного (с энергией EВ).

EВ-E0 = hх или ДE = hх = h · c/л (2)

где х - частота колебаний, равная c/л;

с - скорость света;

л - длина волны поглощаемого излучения;

h - постоянная Планка.

Если через раствор проходит «белый» свет, состоящий из лучей с разными длинами волн, то поглощается только та его часть, которая отвечает уравнению (2). Остальная часть излучения проходит без ослабления (не поглощаясь), и этот свет имеет окраску, которую мы наблюдаем.

При определении интенсивности окраски раствора визуально метод называется визуально-колориметрическим. При измерении интенсивности окраски с помощью фотоэлектроколориметра метод называется фотоэлектроколориметрическим.

В основе колориметрических измерений лежат два закона светопоглощения, характеризующие зависимость поглощения монохроматического (с постоянной длиной волны) излучения от толщины поглощающего слоя (1, см) и от концентрации окрашенного вещества (с, моль/л). В качестве меры интенсивности в спектре поглощения принята оптическая плотность раствора (D), равная логарифму отношения интенсивности светового потока после прохождения раствора (I0) к интенсивности светового потока после прохождения раствора (I).

D = lg I0/I

Объединенный световой закон колориметрии включает обе указанные зависимости и выражается уравнением:

D = е · с · l (3)

где е молярный коэффициент поглощения (л/(моль·см)), величина которого зависит от природы вещества, растворителя и длины волны излучения.

Визуальная колориметрия. Это самый простой и самый старый метод основан на визуальном сравнении окраски.

В большинстве случаев (хотя и не всегда) в визуальной колориметрии не требуется строгая выполнимость основного закона светопоглощения.

Наибольшее распространение получили три метода визуальной колориметрии: метод стандартных серий (метод шкалы), метод уравнивания окрасок и метод разбавления, который иногда относят к методу уравнивания окрасок [1].

Наиболее точные результаты получают при сравнении окраски пробы с окраской стандартных (эталонных) растворов. В 5-6 мерных колбах на 50 и 100 мл готовят растворы с точно известной концентрацией определяемого вещества. Эти растворы наливают в колориметрические пробирки, представляющие собой обычные пробирки из бесцветного стекла с одинаковым внутренним диаметром (~13 мм), до метки «5 мл» или «10 мл». Затем сравнивают окраску пробы с окраской стандартных растворов. Если окраска анализируемого раствора по интенсивности совпадает с окраской одного из стандартных растворов или близка к ней, то концентрация вещества в пробе будет равна концентрации вещества в данном стандартном растворе. В полевых условиях окраску раствора можно сравнивать с нарисованной контрольной шкалой, на которой воспроизводится окраска (цвет и интенсивность) стандартных растворов [5]. Метод визуального колориметрирования требует определенного навыка и обладает невысокой точностью. Ошибка определения может составлять до 10%, поэтому он может использоваться лишь для приблизительной оценки концентрации определяемого вещества [3].

Фотоэлектроколориметрия. Метод основан на измерении интенсивности монохроматического светового потока, прошедшего через анализируемый раствор, с помощью фотоэлементов в фотоэлектроколориметрах. Световой поток от источника излучения (обычно - лампы накаливания) проходит через светофильтр, пропускающий излучение лишь в определенном интервале длин волн, через кювету с анализируемым раствором и попадает на фотоэлемент, преобразующий световую энергию в фототок, регистрируемый соответствующим прибором.

Для получения оптимальных результатов при фотометрических измерениях предварительно проводят фотометрическую реакцию (если это необходимо), подбирают аналитическую длину волны, концентрацию измеряемого раствора, толщину поглощающего слоя, раствор сравнения (нулевой раствор) [1].

Концентрацию определяемого вещества в анализируемом растворе находят на основании результатов фотометрических измерений различными способами. Наибольшее распространение получили метод градуировочного (калибровочного) графика или метод одного стандарта. При постоянных л и толщине поглощаемого слоя, то есть в одних и тех же кюветах, измеряют оптическую плотность каждого из стандартных растворов, охватывающих область определяемой (неизвестной) концентрации вещества.

На основе полученных данных строят градуировочный график в координатах «оптическая плотность (D) - концентрация (С)». Затем в тех же условиях измеряют оптическую плотность исследуемого раствора и по полученному значению D из графика находят концентрацию определяемого вещества.

В методе одного стандарта готовят только один стандартный раствор с точно известной концентрацией определяемого вещества (Сст) и измеряют его оптическую плотность (Dст). Затем в тех же условиях измеряют оптическую плотность анализируемого раствора с неизвестной концентрацией (Cx). При условии выполнимости основного закона колориметрии значение Cx рассчитывают по формуле:

Cx = Dx/Dст · Cст

Относительная ошибка фотоколориметрического определения составляет около 3% [3].

Результаты измерений.

Результаты полученных измерений представлены в табл. 1.

с (CuІ+), мг/л

D

0,02

0,023

0,04

0,055

0,1

0,1

0,2

0,15

0,4

0,205

0,6

0,26

колометрический медь фотоэлектроколометрия вода

В пробе оптическая плотность составила 0,05.

На основе полученных данных был построен калибровочный график. По нему было определена концентрация CuІ+ в пробе исследуемой воды. После перерасчета по формуле 1 содержание CuІ+ в воде р. Великой составило

Рис. 1. Калибровочный график: зависимость оптической плотности от концентрации раствора ионов меди (II).

Выводы

1. В воде р. Великой присутствует CuІ+.

2. Содержание меди в воде р. Великой составило 0,08 мг/л, что не превышает ПДК для водоемов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового назначения.

Использованная литература

1. Алесковский В. Б., Бардин В. В., Булатов М. И. Физико-химические методы анализа. - Л.: Химия, 1988.

2. Волков В. Н., Давтян М. Л. Определение показателей качества природных вод в школьном кабинете химии. - Псков: ПГПУ, 2007.

3. Глинка Н. Л. Общая химия. - М.: Интеграл-Пресс, 2002.

4. Контроль химических и биологических параметров окружающей среды. Энциклопедия «Экометрия». Под редакцией Исаева Л. К. Спб.: Эколого-аналитический центр «Союз», 1998.

5. Муравьев А. Г. Руководство по определению показателей качества воды полевыми методами. Спб.: Крисмас+, 1999.

6. Новиков Ю. В., Ласточкина К. О., Болдина Э. Н. Методы исследования качества воды водоемов. М.: Медицина, 1990.

7. Резников А. А., Муликовская Е. П., Соколов Н. Ю. Методы анализа природных вод. М.: Госгеолтехиздат, 1963.

8. Руководство по химическому анализу поверхностных вод суши. Л.: Гидрометеоиздат, 1977.

Размещено на Allbest.ru


Подобные документы

  • Физико-химическая характеристика алюминия. Методика определения меди (II) йодометрическим методом и алюминия (III) комплексонометрическим методом. Оборудование и реактивы, используемые при этом. Аналитическое определение ионов алюминия (III) и меди (II).

    курсовая работа [53,8 K], добавлен 28.07.2009

  • Положение меди в периодической системе Д.И. Менделеева. Распространение в природе. Физические и химические свойства. Комплексные соединения меди. Применение меди в электротехнической, металлургической и химической промышленности, в теплообменных системах.

    реферат [62,6 K], добавлен 11.08.2014

  • Характеристика, классификация и химические основы тест-систем. Средства и приёмы анализа различных объектов окружающей среды с использованием тест-систем. Определение ионов кобальта колориметрическим методом из растворов, концентрации ионов меди.

    дипломная работа [304,6 K], добавлен 30.05.2007

  • Методика определения содержания меди в виде аммиаката в растворе, дифференциальным методом. Необходимая аппаратура и реактивы. Основные достоинства дифференциальной спектрофотометрии. Расчет массы аммиаката меди в растворах в колбах. Погрешность опыта.

    лабораторная работа [60,7 K], добавлен 01.10.2015

  • Распространение меди в природе. Физические и химические свойства меди. Характеристики основных физико-механических свойств. Отношение меди к галогенам и другим неметаллам. Качественные реакции на ионы меди. Двойные и многокомпонентные медные сплавы.

    реферат [68,0 K], добавлен 16.12.2010

  • Специфика реакций термического разложения в неорганической химии. Особенности разложения хлоратов, карбонатов, нерастворимых в воде оснований. Реакции разложения оксидов. Методика синтеза гидроксокарбоната меди: расчет и материальный баланс процесса.

    курсовая работа [18,4 K], добавлен 15.05.2012

  • Общая характеристика электрогравиметрического метода анализа. Достоинства внутреннего электролиза. Аппаратурное оформление процесса контактного восстановления. Способы осуществления. Определение содержания меди и никеля в растворе методом цементации.

    курсовая работа [1,4 M], добавлен 22.06.2014

  • Медь металл мягкий и пластичный. По электро- и теплопроводности медь уступает только серебру. Металлическая медь, как и серебро, обладает антибактериальными свойствами. Малахит является соединением меди, состав природного малахита - основной карбонат меди

    курсовая работа [182,8 K], добавлен 24.05.2005

  • Физиологическая роль и индикаторы элементного статуса меди. Применение ее в промышленности и медицине. Физические свойства химического элемента, нахождение его в природе. Оценка содержания меди в организме человека, индикаторы ее элементного статуса.

    презентация [3,5 M], добавлен 23.02.2015

  • Физические и химические свойства меди: тепло- и электропроводность, атомный радиус, степени окисления. Содержание металла в земной коре и его применение в промышленности. Изотопы и химическая активность меди. Биологическое значение меди в организме.

    презентация [3,9 M], добавлен 12.11.2014

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.