Определение ионов сульфата, магния, никеля, калия

Размещено на http://www.allbest.ru/

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИОНОВ SO42-,Mg2+,Ni+,K+.

(Курсовая работа)

1. ВВЕДЕНИЕ

Аналитическая химия - наука о принципах и методах определения химического состава вещества и его структуры. Включает качественный и количественный анализы. Задача качественного анализа - обнаружение отдельных компонентов (элементов, ионов, соединений) анализируемого образца и идентификация соединений. Задача количественного анализа - определение количеств (концентраций или массы) компонентов. Некоторые современные методы анализа (например, эмиссионная спектроскопия) позволяют сразу получать информацию как о качественном составе образца, так и о количественном содержании отдельных компонентов.

Почти до середины XX в. в практике аналитической химии использовали главным образом гравиметрический и титриметрический методы анализа. Эти методы имеют достаточно высокую точность и универсальность, сравнительно просты и не требуют какой-либо сложной аппаратуры и измерительных приборов. Существенным достоинством их является возможность обходиться стандартных образцов и градуировочных графиков. Гравиметрический и титриметрический аналитические методы называют классическими. Основная область применения гравиметрии и титриметрии - определение больших и средних количеств веществ.

Примерно с середины XX в. бурными темпами стали развиваться физико-химические и физические методы анализа. Это явилось ответом на требование отраслей промышленности, связанных с развитием новой техники - атомной энергетики, ракетостроения, электроники и промышленности полупроводниковых материалов, исследованием космоса. Хотя такие методы, как эмиссионная спектроскопия и потенциометрия, были известны еще в XIX в., их интенсивное развитие и широкое практическое использование началось значительно позднее, когда потребовалось существенное увеличение чувствительности определений и уменьшение длительности анализа.

Следует отметить, что химические и физико-химические методы анализа взаимно дополняют друг друга. Классические химические методы применяют для анализа больших и средних содержаний, а физико-химические - для определения малых и исчезающе малых концентраций. Кроме того, абсолютные, или первичные, химические методы анализа часто используются для приготовления эталонов, т.е. стандартных образцов, в которых содержание определяемых компонентов устанавливается с высокой точностью.

Предмет работы: определение ионов сульфата, магния, никеля, калия.

Цель работы: отбор и изучение методик определения ионов SO42-,Mg2+ Ni+,K+.

Для достижения поставленной цели следует решить ряд задач:

1. Поиск литературы по теме

2. Сбор и обобщение материала по теме

3. Выделение интересующих моментов

Поставленные задачи были решены с помощью методов научного исследования: изучения литературы по теме.

Структура работы состоит: из введения, 4-х глав, заключения, списка использованной литературы (и других источников).

2. Теоритическая часть(SO42-)

2.1 Определение сульфатов кинетическим турбидиметрическим методом

Метод основан на том, что между концентрацией сульфатов в сильнокислом растворе и временем t, через которое достигается заданная оптическая плотность суспензии малорастворимого сульфата бария, существует пропорциональная зависимость, т. е. зависимость между концентрацией сульфат-ионов и скоростью их образования.

Приборы и реактивы

Фотоэлектроколориметр ФЭК-М с синим светофильтром л-430 нм . Секундомер. Хлорид бария ВаСl2*2Н20, 30%-ный раствор в 0,1 М HCl. Хлороводородная кислота 1,19 г/см3.

Раствор серной кислоты H2SO4, 0,1 М готовят из фиксанала, 1 мл содержит 4,8 мг SO42-.

Рабочий раствор серной кислоты содержащий 0,47 мг SO42- в 1 мл, готовят разбавлением раствора H2S04 в 10 раз.

Выполнение работы. Построение градуировочного графика. В мерные колбы вместимостью 100 мл вносят 6; 8; 10; 12; 14; 15 мл рабочего раствора H2SO4, что соответствует 2,9; 3,8; 4,8; 5,8; 6,7; 7,2 мг S042-, добавляют 50 мл 4 М НС1, разбавляют до метки дистиллированной водой и перемешивают. В первый световой пучок фотоэлектроколориметра помещают кювету с анализируемым раствором, налитым точно до риски, в левый кювету с дистиллированной водой. С помощью оптического клина устанавливают оптическое равновесие при .D=0,0 на правом барабане, затем переводят значение оптической плотности на D= 0,3 и в правую кювету из пипетки добавляют 3 мл хлорида бария. Одновременно включают секундомер. Когда стрелка гальванометра достигает нулевого положения, секундомер выключают и записывают время протекания реакции t(c). По полученным данным строят градуировочный график, откладывая по оси абсцисс концентрацию S042- в мг, по оси ординат -- соответствующее значение скорости образования сульфата бария в 0,3/t (с-1 ).

Определение содержания SO42- в растворе. Пробу анализируемого раствора переносят в мерную колбу вместимостью 100 мл, приливают 50 мл 4 М НС1, доводят до метки дистиллированной водой и тщательно перемешивают. Затем действуют так же, как описано при построении градуировочного графика. Количество SO42- в анализируемом растворе находят по градуировочному графику.

2.2 Турбидиметрическое и нефелометрическое определение (SO42-)

Несмотря на то, что турбидиметрическим и нефелометрическим методам присуща, как это хорошо известно, некоторая неопределенность, все же суспензии сульфата бария широко изучались и использовались для количественного определения серы. Результаты в основном зависят от формы и размеров кристаллов. Для уменьшения растворимости, а также для стабилизации суспензии BaS04 предложено добавлять глицерин или смесь глицерина с глюкозой, смесь этанола с гликолем, диэтиленгликолем, монолауратоксиэтилсорбитол, желатин.

Введение в анализируемый и стандартный растворы суспензии BaSO4 для создания центров кристаллизации способствует стабилизации числа частиц и улучшает воспроизводимость результатов; формированию осадка способствует добавление этанола.

При нефелометрическом определении сульфатов помутнение пробы сравнивают визуально со шкалой стандартов или измеряют ОП суспензии на ФЭК-Н-57 или ФЭК-М. Метод применен для определения сульфатов в питьевой и минеральной воде, почвенных вытяжках, этаноле, вольфрамате аммония, для определения 5-10-5% серы в йоде, 10-4% серы в мышьяке, индии и таллии и в других объектах. Фототурбидиметрическое определение заканчивают измерением ОП суспензии на ФЭК-М со светофильтром №2. Турбидиметрический метод разработан для определения SO42- в природных водах, в полупроводниках и галогенидах щелочных металлов, в электролитах хромирования, полиметилметакрилатах и др.

Дифференциальный турбидиметрический метод позволяет определить SO4"" в широком интервале концентраций от 0,01 до 40,0% SO42- в фосфорных удобрениях, экстракционных кислотах, фосфатных растворах.

При рН 3-4 в среде 60-70%-ного этанола возможно проведение фототурбидиметрического титрования. Растворы, содержащие 10 мкг SO42- мл, титруют 2,5-10-3 N раствором ВаСl до появления изгиба на кривой титрования. При анализе бетона и цемента титрование проводят при рН - 5 в 85%-ном этаноле в присутствии электролитов.

В хронофотометрическом варианте нефел о метрического метода измеряют время, необходимое для достижения определенной ОП в зависимости от концентрации сульфатов. Описаны методы определения 0,01-1,8% SO42- в фосфате хрома, фосфористой кислоте, в пентаборате калия.

2.3 Метод ИК-спектроскопии (SO42-)

Сульфат - ионы могут быть определены методом ИК-спектроскопии при л =1100см-1. Прямолинейность градуировочного графика сохраняется для содержаний 10-120 мкг SO42-. Определению мешают органические соединения, бораты. Карбонаты, фосфаты определяются с помощью анионита. Чувствительность определения повышается выделением сульфатов в виде PbS04. Метод использован определения SO42- в водах, известняках, перекиси и тетрафториде плутония.

Предложен метод определения BaS04, SrS04, K2SO4, Na2S04, в пробе по ИК-спектрам с использованием КВг - таблеток; ОП измеряют при 983 см-1 ( BaS04 ),993 см_1( SrS04) и 619 см-1 (K2S04, Na2S04 ).Карбонаты и нитраты не мешают.

Сульфаты щелочных металлов (0,1-1,0 мг) в присутствии больших количеств нитратов определяют методом РЖ-спектроскопии по поглощению полосы 619 см-1 с использованием таблеток КВr.

2.4 КОНДУКТОМЕТРИЧЕСКОЕ ТИТРОВАНИЕ

Приготовление 0,01 н. раствора щелочи и его стандартизация. Взвешивают на технических весах 0,2 г гидроксида натрия и растворяют в 0,5 дм3 воды. Получают примерно 0,01 н. раствор. Приготовленный раствор заливают в бюретку. Точную концентрацию устанавливают кондуктометрическим титрованием 0,01 н. раствора серной кислоты.

В ячейку отмеряют пипеткой 5,00 см3 0,01 н. раствора H2SO4, доливают дистиллированную воду, чтобы отверстия на электроде были погружены в раствор. Включают магнитную мешалку и через 1-2 мин. производят измерение начальной электропроводности раствора. Затем титруют порциями по 0,5 см3 щелочи. После каждой порции щелочи выжидают 1-2 мин. и измеряют электропроводность. Первое титрование можно провести с повышенной скоростью, приливая по 1 см3 титранта. При последующих титрованиях вблизи точки эквивалентности уменьшают порции титранта до 0,5 см3

После точки перегиба определяют электропроводность еще в 4-5 точках. Титрование повторяют до получения трёх сходящихся результатов (т.е. различающихся не более чем на 0,1 см3

Результаты измерений заносят в таблицу

Кривые титрования смеси кислот кондуктометрическим методом

1. V(H2SO4) = 5,00 см3

2. C(H2SO4) = 0,01 н.

Строят график зависимости электропроводности от объема прилитой щелочи. Находят точку эквивалентности по резкому перегибу на кривой и определяют эквивалентный объем щелочи VЭКВ(NaOH).

Зависимость электропроводности раствора от объема прилитой щелочи

Находят среднее значение эквивалентного объема щелочи из трех параллельных определений и рассчитывают концентрацию щелочи с точностью до 4-х значащих цифр:

VовCов=VзквТСТ

где VОВ и CОВ объем и концентрация определяемого вещества; VТ и CТ объем и концентрация титранта. Определение концентрации раствора сульфата меди. В ячейку наливают из бюретки 5,00 см3 раствора сульфата меди. Титруют раствором щелочи, концентрация которого теперь известна, порциями по 0,5 см3

Кривая кондуктометрического титрования раствора сульфата меди.

Титрование повторяют до получения трёх сходящихся результатов (т.е. различающихся не более чем на 0,1 см3). Результаты измерений заносят в таблицу. Вычерчивают кондуктометрическую кривую титрования. По графику определяют точку эквивалентности. Находят среднее значение эквивалентного объема щелочи из трех параллельных определений и рассчитывают концентрацию щелочи с точностью до 4-х значащих цифр по уравнению.

3. Теоретическая часть (Mg)

3.1 Фотометрические методы

Все методы фотометрического определения магния можно разделить на три группы: методы, основанные на образовании окрашенных комплексов магния; методы, основанные на образовании адсорбционных окрашенных соединений и экстракционно-фотометрические методы.

Реагенты первой группы обладают высокой чувствительностью, при их использовании окраски растворов развиваются быстро и получаются хорошо воспроизводимые результаты. В этом отношении они превосходят реагенты, образующие с магнием адсорбционные окрашенные соединения, но имеют серьезный недостаток-малую селективность. Реагенты, образующие с гидроокисью магния адсорбционные окрашенные соединения, более селективны; однако для получения воспроизводимых результатов требуют строгого соблюдения среды, концентрации защитного коллоида, температуры и других условий.

3.1.1 Фотометрические методы, основанные на образовании адсорбционных окрашенных соединений с гидроокисью магния

Для фотометрического определения магния чаще всего применяют реагенты, образующие адсорбционные окрашенные соединения. Эти реагенты не образуют с магнием химических соединений определенного состава. Механизм цветных реакций их с магнием заключается в адсорбции молекул красителя на поверхности частиц Mg (ОН)2.при этом окраска адсорбционного соединения отличается от окраски самого красителя.

Определение с титановым желтым

Титановый желтый (тиазоловый желтый, ацидиновый желтый, мимоза и др.) -наиболее широко применяемый для фотометрического определения магния реагент.

Соотношение магния и реагента в окрашенном продукте реакции колеблется от 50:1 до 4:1.Применяют спиртовый раствор реагента, который устойчив продолжительное время; щелочные растворы реагента менее устойчивы. Оксалаты несколько усиливают окраску. Татранты не влияют на окраску соединения магния, но если в анализируемом растворе имеется железо, то окрашенное соединение магния в присутствии татрантов не образуется.

Определение с пикраминазо.

Пикраминазо - 2-окси-3.5-динитро-1-азо-4-1-оксинафталин - с магнием в шелочной среде образует адсорбционное окрашенное соединение. Оптимальная концентрация NaOH в растворе 1,5 N. По чувствительности реакции с магнием реагент близок к титановому желтому и феназо. Окраска соединения магния устойчива в течение 60 мин. При определении магния с пикраминазо мешаю те же металлы, что и в других методах, основанных на образовании адсорбционных окрашенных соединений

Определение с магнезоном I и магнезоном II.

Магнезон I с магнием в щелочной среде образует адсорбционное соединоение синего цвета (сам реагент красного цвета).

метод определения магния с магнезоном I по точности и чувствительности уступает описанным выше.

Магнезон II- с магнием образует адсорбционное соединение зеленого цвета с лmах=620 нм, сам реагент в щелочном растворе красно-фиолетового цвета.

Определение с бриллиантовым желтым.

Бриллиантовй желтый - двунатриевая соль с Mg(OH)2 образует окрашенное адсорбционное соединение, что использовано для фотометрического определения магния. Оптическую плотность измеряют при л-550нм.

3.1.2 Фотометрические методы, основанные на образовании окрашенных комплексов магния

В этих методах используются в основном азокрасители, меньшее значение имеют трифенилметановые красители.

Определение с эриохром черным Т.

Эриохром черный Т- с магнием образует три комплекса при рН ~ 8,4, ~ 9,5 и ~ 11,7 состава 1:1;1:2 и 1:3 соответственно. Интенсивность окраски комплекса магния сильно зависит от рН от 7,3 до 10,1, оптическая плотность повышается.

Определение магния с эриохром черным Т выполняют в солянокислых, сернокислых, азотнокислых и уксуснокислых растворах.

Определение с кислотным хром темно-синим.

Кислотный хром темно-синий с магнием дает красный комплекс состава 1:2, который используется для фотометрического определения магния.

3.1.3 Экстракционно-фотометрические методы определения магния Определение с эриохром черным Т

Разработан экстракционно-фотометрический метод определения магния с эриохром черным Т. Последний, а также его комплекс с магнием можно экстрагировать бутанолом или пентанолом. Экстракты реагента и комплекса устойчивы длительное время. Экстракция повышает чувствительность метода по сравнению с определением в водных растворах.

Определение с 8-оксихинолином.

Экстракционно-фотометрическое определение магния с 8-оксихинолином основано на растворении осадка оксихинолината магния в некоторых органических растворителях с образованием окрашенного раствора. В отличие от оксихинолинатов многих металлов соединение магния с 8-оксихинолином очень плохо растворимо в несмешивающихся с водой органических растворителях (хлороформ, бензол и др.). Это объясняется образованием очень устойчивого дигидрата Mg(Ox)2-2H20 (Ох - анион оксихинолина), в котором все шесть координационных мест магния насыщены. Полученный высушиванием при 180° С безводный оксихинолинат магния хорошо растворяется в безводных хлороформе и других органических растворителях, но в присутствии небольших количеств воды экстракты мутнеют из-за выделения оксихиналината магния. После замены входящей в комплекс воды полярными органическими молекулами оксихинолинат хорошо растворяется в органических растворителях.

В качестве веществ, улучшающих экстракцию оксихинолината магния, применяют бутиламин, этаноламин и изоамиловый спирт.

Метод определения магния оксихинолином мало селективен, большинством металлов приходится предварительно отделять или маскировать.

3.1.4 ОПРЕДЕЛЕНИЕ МАГНИЯ БИС-САЛИЦИЛАЛЬЭТИЛЕНДИАМИНОМ В ЛИТИИ ХЛОРИСTОМ И РУБИДИИ АЗОТНОКИСЛОМ

Определение магния в хлористом литии и азотнокислом рубидии основано на образовании внутрикомплексного соединения магния с бис-салицилальэтилендиамином в среде диметилформамида и способности этого соединения люминесцировать голубым светом под действием ультрафиолетовых лучей.

Оптимальным условием проведения реакции является ph 11,5, создаваемый 0,005 М раствором изобутиламипа в диметилформамиде. Флуоресценция развивается немедленно и сохраняется неизменной в течение двух часов.

При длительном облучении раствора ультрафиолетовым светом его интенсивность уменьшается, поэтому при наблюдениях следует избегать излишнего облучения растворов.

Спектр флуоресценции внутрикомплексного соединении магния с бис-салицилальэтилендиамином представляет собой бесструктурную полосу в интервале длин волн 400--580 ммк с максимумом флуоресценции при 430 ммк.

Чувствительность реакции -- 0,0001 мкг Mg в 5 мл раствора. Определению 0,001 мкг в 5 мл раствора не мешает ни один катион, находящийся в растворе в количестве 0,01 мкг. Мешает определению магния присутствие 0,1 мкг Fe2+ Fe3+, Сu2+… вследствие

гашения или изменения цвета флуоресценции. При содержании I мкг мешают также Са, Се, Al, Zr, Со, Ag,Od3+, Th, Mo, Sr, As, Cd.

Присутствие воды в растворах недопустимо, так как даже содержание в растворе 5% воды снижает интенсивность его флуоресценции в два раза.

Чувствительность реакции дает возможность определять I * 10-6% магния из навески соли 0,1 г, при этом относительная ошибка определения не превышает ±15--20%. Продолжительность анализа составляет 30--40 минут.

Применяемые реактивы и растворы

Бис-салицилальэтилендиамип, 0,03%-ный раствор в диметилформамиде. Готовят растворением 0,03 г бис-салицилальэтилендиамина в 100 мл диметил-формамида; хранят в кварцевой колбе.

N, N'-Диметилформамид, перегнанный из кварца или стекла; хранят в кварцевой колбе.

Изобутиламип, перегнанный два раза из кварца или стекла. Готовят 0,5 М раствор растворением 5 мл изо-бутиламина в 100 мл диметилформамида. Изобутиламип и его 0,5 М раствор хранят в кварцевой колбе. ,

Раствор магния (раствор А), содержащий 100 мкг магния в I мл, готовят растворением в платиновой чашке 10 мг. Металлического магния спектральной чистоты в 0,2 мл концентрированной соляной кислоты особой чистоты. Полученный раствор выпаривают досуха, избегая прокаливания, и сухой остаток смывают 100 мл диметилформамида. В день применения 0,1 мл раствора А разбавляют диметилформамидом до 10 мл и получают раствор Б, содержащий 1 мкг магния в 1 мл.

Заключение

При написание курсовой работы, мною были изучены некоторые методики определения ионов SO42-,Mg2+. Проанализировав методики определения SO42- я заключил, что турбидиметрическое и нефилометрическое определение самое простое и недорогое, однако методом ик-спектроскопии можно определить достаточно малые концентрации (до 10 мкг), но этот метод не так селективен как кондуктометрическое титрование. При определении магния мной было установлено, что флоурисцентный метод не достаточно селективен так как имеет большой список мешающих ионов, но этот метод один из самых чувствительных. Наиболее селективными методами определения магния являются фотометрические методы, даже в присутствии многих мешающих ионов магний можно определить с применением нескольких фотометрических методов.

Список использованной литературы

1. Г. Шарло, Методы аналитической химии. М.: Химия, 2007г.

2. А. К. Бабко, А. Т. Пилипенко, Калориметрический анализ. Госхимздат, 1951г.

3. Б. А. Лопатин, Теоретические основы электрохимических методов анализа. Учеб. пособие для ун-тов. М., «Высш. школа», 1975г.

4. Гиллебрандт В.Ф., Лендель Г.Э. Практическое руководство по неорганическому анализу. М.: Химия, 2010г.

5. В. И. Фадеева, Т. Н. Шеховцова, В. М. Иванова и др. Основы аналитической химии. Практическое руководство: Учеб. пособие для вузов; под ред. Ю. А. Золотова. - М.: Высш. шк., 2011г.

6. Уильямс У. Определение анионов. [Справочник]. - М.: Химия, 1982г.

7. Алесковский В. Б. Физико-химические методы анализа. Практическое руководство: [Учеб. пособие для хим. и хим.-технолог. спец. вузов]. - Л.: Химия, 2008г.

Размещено на Allbest.ru