МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ
Сибірський федеральний університет
Визначення іонів алюмінію і міді (II) в стічній воді
Курсова робота з аналітичної хімії
Студентка 2 курсу
Н.А. Сталоверова
Оцінка "______"
Керівник, доцент, к. х. н.
О.Н. Кононова
Оцінка захисту "______"
Підсумкова оцінка "______"
Зав. кафедрою аналітичної хімії
С.В. Качин
Красноярськ 2008
ЗМІСТ
Введення
1 Літературна частина
1.1 Фізико-хімічна характеристика алюмінію
1.2 Фізико-хімічна характеристика міді
1.3 Аналітичне визначення іонів алюмінію (III) та міді (II)
2 Експериментальна частина
2.1 Вибір об'єктів дослідження
2.2 Прилади і реактиви
2.3 Методики, використовувані в роботі
2.3.1 Визначення міді (II) йодометричним методом
2.3.2 Визначення алюмінію (III) комплексонометричний методом
2.4 Обговорення результатів
Висновки
Список літератури
ВСТУП
Вода-джерело життя, ніщо живе на землі не може обійтися без неї, тому її аналіз має важливе значення. У стічних водах міститься більша кількість різноманітних органічних, неорганічних, органо речовин природного і техногенного походження. Вода може містити ці речовини як в істинно розчиненому стані, так і в колоїдному у вигляді суспензій та емульсій. Якість води попередньо оцінюється за узагальненими показниками: колір, прозорість, пенистость, запах, кислотність та лужність. Потім слід більш глибокий аналіз на вміст і токсичність присутніх у воді речовин.
Дана робота присвячена визначенню вмісту алюмінію (III) та міді (II) в стічній воді.
Глава 1 ЛІТЕРАТУРНА ЧАСТИНА
1.1 Фізико-хімічна характеристика алюмінію
Алюміній - найпоширеніший у земній корі метал. Він входить до складу глин, польових шпатів, слюд і багатьох інших мінералів. Загальний вміст алюмінію в земній корі становить 8% (мас). Основною сировиною для виробництва алюмінію служать боксити, які містять 32-60% глинозему [1].
В даний час промислові способи отримання алюмінію засновані на електролітичному розкладанні оксиду алюмінію, розчиненого в розплавленому кріоліті. Як матеріал для електродів зазвичай використовують ретортне графіт [2].
Алюміній Al 13 розташований в третій групі періодичної системи і має електронна будова 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1; найбільш характерна ступінь окислення +3 і координаційні числа 4 і 6. Металевий атомний радіус 0,143 нм, ковалентний - 0,126 нм, умовний радіус іона Al 3 + - 0,057 нм. Енергія іонізації Al - Al + 5,99 Ев [1].
Алюміній - типовий амфотерний елемент, для нього характерні аніонні й катіонні комплекси. Так, в кислому середовищі існує катіонний аквакомплекс [Al (OH 2) 6] 3 +, а в лужному - аніонний гідрокомплекс і [Al (OH) 6] 3 - [1].
Алюміній являє собою сріблясто-білий досить твердий метал, з щільністю 2,7 г / см 3, плавиться про 660 і киплячий при 2520 0 С. Він характеризується великою в'язкістю, легко витягується в дріт та прокатується в тонкі листи, і високу електропровідність, що становить приблизно 0,6 електропровідності міді. Стандартний електродний потенціал алюмінію дорівнює - 1,663 B. При нормальних умовах алюміній - сріблясто-білий легкий метал. На повітрі алюміній покривається найтоншої, але дуже щільною, оксидною плівкою, що оберігає метал від подальшого окислення [2]. У зв'язку з цим його поверхню зазвичай має не блискучий, а матовий вигляд [3]. При прожарюванні мілко роздробленого алюмінія він енергійно згорає на повітрі. Аналогічно проходить його взаємодія з сіркою. З хлором та бромом його сполучається вже при звичайній температурі, з йодом - при нагріванні. При дуже високих температурах алюміній безпосередньо з'єднується також з азотом та вуглецем, а з воднем взаємодіє. По відношенню до води алюміній практично цілком стійкий. Сильно розбавлені, а також дуже міцні HNO 3 і H 2 SO 4 на алюміній практично не діють, тоді, як при середніх концентраціях кислот алюміній поступово розчиняється. По відношенню до CH 3 COOH і H 3 PO 4 алюміній стійкий. Чистий метал також стійкий по відношенню до соляної кислоти, але звичайний технічний в ній розчиняється. Алюміній легко розчинний в сильних лугах (NaOH, KOH) [2]:
2Al +2 NaOH +6 H 2 O = 3H 2 +2 Na [Al (OH) 4] (1)
Досить енергійно роз'їдається він також розчином аміаку [2]. Сполучення алюмінія з киснем супроводжується величезним виділенням тепла, значно більшим, ніж у випадку багатьох інших металів. Зважаючи на це при прожарюванні суміші оксиду такого металу з порошком алюмінія проходить бурхлива реакція, з виділенням метала із взятого оксида [2].
Оксид алюмінія являє собою білу дуже тугоплавку і не розчинну у воді масу. Природний Al 2 O 3 (мінерал корунд), а так само отриманий штучним шляхом а потім дуже прожарений, відрізняється більшою твердістю та не розчиняється в кислотах. Звичайно забруднений домішками оксида заліза природний корунд в міру своєї надзвичайної твердості застосовують для виготовлення шліфувальних кругів, брусків тощо
З огляду на нерозчинність Al 2 O 3 у воді, відповідаючий цому оксиду гідроксид [Al (OH) 3], може бути отриманий тільки непрямим шляхом (виходячи з солей). Він являє собою желеподібний осад білого кольору, практично не розчинний у воді, але розчиняється в кислотах і сильних лугах. Гідроксид алюмінію має, отже, амфотерні властивості. Проте основні, і кислі властивості його виражені досить слабо [3].
З тих пір, як алюміній став доступним для промислового використання, він набув широкого поширення. З нього виготовляють апарати для промислових цілей, а також численні предмети домашнього ужитку. Обрізки алюмінієвої жерсті переробляють в алюмінієвий порошок, що вживається в якості літографічного фарби, а так само для виготовлення вибухових речовин, які застосовуються в піротехніку [2].
1.2 Фізико-хімічна характеристика міді
Мідь Cu 29 розташована в першій групі системи елементів і має електронна будова 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 1. Для міді найбільш характерні з'єднання зі ступенями окислення + 1 (
Чиста мідь-тягучий, м'який, в'язкий метал. На відміну від більшості металів мідь має яскраво вираженої забарвленням - червоного, а в зламі рожевого кольору, в дуже тонких шарах на просвіт виглядає зеленувато-блакитний. На повітрі мідь покривається пухким шаром основних карбонатів [5].
При нагріванні мідь тьмяніє в результаті утворення поверхневого шару оксиду. При більш сильному нагріванні вона, нарешті, повністю переходить на оксид міді (I), а при більш високому тиску кисню в - на оксид міді (II). Вологий хлор швидко реагує з міддю вже при звичайній температурі. З іншими галогенідами мідь взаємодіє так само легко. Яскраво вираженим спорідненістю мідь має по відношенню до сірки і селену. Навпаки, газоподібний азот, навіть при більш високій температурі, помітно не діє на мідь. Однак, якщо над міддю, нагрітої до червоного розжарювання, пропустити газоподібний аміак, то вона утворює сполучення з азотом. У розведеної азотної кислоти мідь розчиняється з виділенням оксиду азоту та утворенням нітрату міді (II); з гарячою концентрованої сірчаної кислотою утворюється сульфат міді. У відповідності зі своїм становищем в електронному ряді напруг мідь не може звичайним чином заряджатися водневими іонами. Тому мідь за відсутності повітря не піддається впливу сірчаної і соляної кислот, оцтової кислоти і т.д. Однак при нагріванні газоподібний хлористий водень діє на мідь з утворенням хлориду міді (I) [4]:
Cu + HCl = CuCl +1 / 2H 2. (2)
Розчинення міді в розведеною азотної кислоти спочатку йде дуже повільно. Однак, після того як у розчині відповідно до рівняння утвориться деяка кількість нітрат - іонів, розчинення стає бурхливим [4].
Cu 2 O отримують прямим взаємодією міді з киснем, який плавиться без розкладання при
З оксидів в ступені окислення +2 стійкий CuO, його отримують безпосередньою взаємодією компонентів. Гідроксіди
Дією пероксиду водню на сильнощелочной розчин розчинної солі
Сполуки Cu (III) - сильні окислювачі.
Одним з основних властивостей міді і в будь-яких ступенях окислення є здатність утворювати комплексні сполуки. Більшість розчинних сполук міді є комплексними сполуками. Комплексообразовательная здатність пояснюється дефектністю (n-1) d-оболонок (при ступенях окислення більше +1) [5].
З ацидокомплексов Cu + найбільш стійкі ціанідні. Так, для [СuCl 2] ¯ pK = 5,96, а для [Cu (
Мідь в ступені окислення +3 значно стабілізуються за рахунок комплексоутворення. Для міді відомий світло-зелений високоспіновий октаедричні комплекс
Багато з'єднань міді використовуються як фарби. Подрібнений малахіт, а також штучно приготовлені препарати аналогічного складу знаходять застосування як клейові або водяні фарби під назвою мідної зелені. Більше 50% міді застосовується в електротехніці (мідні дроти). Також мідь застосовується в металлотехніке і для карбування монет. Кордон між металевою міддю і CuO володіє випрямляючих властивістю, тому оксид міді застосовується для виготовлення «купроксних» випрямлячів змінного струму. Мідний купорос застосовується в гальванотехніки, для протруювання зерна, вироблення шкір, медицині [4].
1.3 Аналітичне визначення іонів алюмінію (III) та міді (II)
За Шварценбаху, алюміній можна визначити як прямим, так і непрямим титруванням [6]. При прямому визначенні зі змішаним індикатором CuY - ПАН, до кислого анализируемому розчину додають аміак до рН між 0 і 1. Потім доливають краплю бромфенолового синього і, додаючи ацетат амонію, доводять забарвлення розчину до синьо-сірого, після чого швидко доливають концентровану оцтову кислоту, рН розчину повинен становити приблизно 3, якщо необхідно, його коригують за допомогою оцтової кислоти або ацетату амонію. Після пріліваніем кількох крапель комплексона міді і індикатора ПАН (до появи глибокої фіолетового забарвлення) розчин нагрівають до кипіння. Далі проводять титрування, причому розчин весь час підтримують у стані, близькому до кипіння. Близько точки еквівалентності забарвлення переходить в жовту, так як ЕДТА швидше реагує з CuY - ПАН швидше ніж з алюмінієм, проте фіолетове забарвлення швидко повертається. Відновлення забарвлення індикатора сповільнюється близько точки еквівалентності, тому необхідно додавати титрант по краплях. Крапку еквівалентності вважають досягнутою, коли жовте забарвлення розчину залишається незмінною після кип'ятіння протягом півхвилини. Для обережності кип'ятять ще одну хвилину, причому іноді з'являється слабкий червоний відтінок, який зникає при додаванні останньої краплі ЕДТА.
При зворотному титруванні Al (III) розчином заліза (III) з саліцилової кислотою осад алюмінію розчиняють у невеликому обсязі соляної кислоти і доливають в невеликому надлишку ЕДТА [6]. У суміші встановлюють значення рН = 6 додатком по краплях розчину аміаку. Потім розчин швидко кип'ятять, по охолодженні доводять об'єм розчину дистильованою водою до 100 мл і додають розчину ацетату натрію до рН суміші, рівного 6 - 6,5. Далі додають кристалічний індикатор, і титрують суміш стандартним розчином FeCl 3 до появи червоно - коричневого забарвлення, стійкого протягом короткого часу. У ході титрування значення рН розчину має бути не нижче 5. Щоб уникнути зниження рН, необхідно до розчину додати кілька крапель аміаку [6].
Серед методів визначення іонів алюмінію (III) одним з найважливіших є колориметрично визначення екстракцією оксіхінолята алюмінію [8]. Метод заснований на тому, що оксіхінолят алюмінію кількісно екстрагується хлороформом в слабокислою середовищі (рН = 4,35 - 4,5), забарвлюючи хлороформний шар в жовто-зелений колір. За інтенсивністю цього забарвлення визначають зміст алюмінію колориметрическим титруванням або методом стандартної шкали. Заважає визначенням залізо попередньо окислюють до тривалентного і витягують хлороформом в більш кислому середовищі (рН = 1,7 - 2,0).
До аліквотах додають ацетатного буферного розчину, припливу по краплях крижану оцтову кислоту до рН = 3. Розчин нагрівають до кипіння. До киплячого розчину додають комплексонати міді та індикатор АН, причому розчин забарвлюється в червоно-фіолетовий колір. Гарячий розчин титрують стандартним розчином комплексона III до жовтого кольору [9].
Також для визначення іонів алюмінію (III) використовують метод колориметричного визначення із застосуванням еріохромціаніна R [9]. Іони алюмінію утворюють з еріохромціаніном R при рН = = 5,4 комплексне з'єднання, що має фіолетове забарвлення. Светопоглощение вимірюють при λ - 530 нм, молярний коефіцієнт світлопоглинання дорівнює 40 ∙ 10 3.
Заважає визначенням залізо (III) відновлюють до заліза (II) гідрохлоридом гідроксиламіну. Заважають також фториди, фосфати і велику кількість органічних речовин. Органічні речовини і фтор можна видалити випарюванням проби з хлористоводневою кислотою насухо і прожарюванням залишку.
За Шварценбаху [6], мідь можна визначити як прямим, так і непрямим титруванням. При прямому визначенні міді з паном до аналізованого розчину добавляють ацетатний буферний розчин і індикатор. Негайно доводять розчин до кипіння і ваними розчином ЕДТА до дуже різкого переходу темно-фіолетового забарвлення в капарсечно - жовту.
За Васильєву [7], мідь можна визначити амперометричного титрування. Для цього розчин, що аналізується поміщають у мірну колбу місткістю 100мл, додають 2М сірчаної кислоти, доводять до мітки водою і ретельно перемішують. Аліквотах поміщають в електролізер, додають KI і титрують розчином тіосульфату натрію, занурюючи платиновий електрод, з'єднуючи ланцюг містком з фільтрувального паперу, при цьому під час титрування повинна працювати магнітна мішалка.
Також мідь можна визначити методом внутрішнього електролізу. Він дозволяє виділити мідь, відокремлюючи її від берилію, цинку, марганцю, кобальту, нікелю, олова (IV), заліза, алюмінію, лантану, хрому, галію, індію, талію (I), цирконію, торію, телуру (IV), ванадію , лужноземельних металів, магнію, кадмію, свинцю, арсенатів, титану, ураніл-і вольфрамат-іонів, додаючи перед електролізом 10%-ний розчин ЕДТА у кількості, принаймні в 10 разів перевищує вміст цих іонів, розбавляючи розчин і приводячи його рН до 9,0. Електроліз треба проводити з цинковим анодом. Разом з міддю в цих умовах виділяються тільки срібло і вісмут. Якщо передбачається присутність цих двох елементів, то рекомендується їх виділити спочатку в тих же умовах, але з додаванням 10%-ного розчину ціаніду калію для зв'язування міді [8].
Сибірський федеральний університет
Визначення іонів алюмінію і міді (II) в стічній воді
Курсова робота з аналітичної хімії
Студентка 2 курсу
Н.А. Сталоверова
Оцінка "______"
Керівник, доцент, к. х. н.
О.Н. Кононова
Оцінка захисту "______"
Підсумкова оцінка "______"
Зав. кафедрою аналітичної хімії
С.В. Качин
Красноярськ 2008
ЗМІСТ
Введення
1 Літературна частина
1.1 Фізико-хімічна характеристика алюмінію
1.2 Фізико-хімічна характеристика міді
1.3 Аналітичне визначення іонів алюмінію (III) та міді (II)
2 Експериментальна частина
2.1 Вибір об'єктів дослідження
2.2 Прилади і реактиви
2.3 Методики, використовувані в роботі
2.3.1 Визначення міді (II) йодометричним методом
2.3.2 Визначення алюмінію (III) комплексонометричний методом
2.4 Обговорення результатів
Висновки
Список літератури
ВСТУП
Вода-джерело життя, ніщо живе на землі не може обійтися без неї, тому її аналіз має важливе значення. У стічних водах міститься більша кількість різноманітних органічних, неорганічних, органо речовин природного і техногенного походження. Вода може містити ці речовини як в істинно розчиненому стані, так і в колоїдному у вигляді суспензій та емульсій. Якість води попередньо оцінюється за узагальненими показниками: колір, прозорість, пенистость, запах, кислотність та лужність. Потім слід більш глибокий аналіз на вміст і токсичність присутніх у воді речовин.
Дана робота присвячена визначенню вмісту алюмінію (III) та міді (II) в стічній воді.
Глава 1 ЛІТЕРАТУРНА ЧАСТИНА
1.1 Фізико-хімічна характеристика алюмінію
Алюміній - найпоширеніший у земній корі метал. Він входить до складу глин, польових шпатів, слюд і багатьох інших мінералів. Загальний вміст алюмінію в земній корі становить 8% (мас). Основною сировиною для виробництва алюмінію служать боксити, які містять 32-60% глинозему [1].
В даний час промислові способи отримання алюмінію засновані на електролітичному розкладанні оксиду алюмінію, розчиненого в розплавленому кріоліті. Як матеріал для електродів зазвичай використовують ретортне графіт [2].
Алюміній Al 13 розташований в третій групі періодичної системи і має електронна будова 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1; найбільш характерна ступінь окислення +3 і координаційні числа 4 і 6. Металевий атомний радіус 0,143 нм, ковалентний - 0,126 нм, умовний радіус іона Al 3 + - 0,057 нм. Енергія іонізації Al - Al + 5,99 Ев [1].
Алюміній - типовий амфотерний елемент, для нього характерні аніонні й катіонні комплекси. Так, в кислому середовищі існує катіонний аквакомплекс [Al (OH 2) 6] 3 +, а в лужному - аніонний гідрокомплекс і [Al (OH) 6] 3 - [1].
Алюміній являє собою сріблясто-білий досить твердий метал, з щільністю 2,7 г / см 3, плавиться про 660 і киплячий при 2520 0 С. Він характеризується великою в'язкістю, легко витягується в дріт та прокатується в тонкі листи, і високу електропровідність, що становить приблизно 0,6 електропровідності міді. Стандартний електродний потенціал алюмінію дорівнює - 1,663 B. При нормальних умовах алюміній - сріблясто-білий легкий метал. На повітрі алюміній покривається найтоншої, але дуже щільною, оксидною плівкою, що оберігає метал від подальшого окислення [2]. У зв'язку з цим його поверхню зазвичай має не блискучий, а матовий вигляд [3]. При прожарюванні мілко роздробленого алюмінія він енергійно згорає на повітрі. Аналогічно проходить його взаємодія з сіркою. З хлором та бромом його сполучається вже при звичайній температурі, з йодом - при нагріванні. При дуже високих температурах алюміній безпосередньо з'єднується також з азотом та вуглецем, а з воднем взаємодіє. По відношенню до води алюміній практично цілком стійкий. Сильно розбавлені, а також дуже міцні HNO 3 і H 2 SO 4 на алюміній практично не діють, тоді, як при середніх концентраціях кислот алюміній поступово розчиняється. По відношенню до CH 3 COOH і H 3 PO 4 алюміній стійкий. Чистий метал також стійкий по відношенню до соляної кислоти, але звичайний технічний в ній розчиняється. Алюміній легко розчинний в сильних лугах (NaOH, KOH) [2]:
2Al +2 NaOH +6 H 2 O = 3H 2 +2 Na [Al (OH) 4] (1)
Досить енергійно роз'їдається він також розчином аміаку [2]. Сполучення алюмінія з киснем супроводжується величезним виділенням тепла, значно більшим, ніж у випадку багатьох інших металів. Зважаючи на це при прожарюванні суміші оксиду такого металу з порошком алюмінія проходить бурхлива реакція, з виділенням метала із взятого оксида [2].
Оксид алюмінія являє собою білу дуже тугоплавку і не розчинну у воді масу. Природний Al 2 O 3 (мінерал корунд), а так само отриманий штучним шляхом а потім дуже прожарений, відрізняється більшою твердістю та не розчиняється в кислотах. Звичайно забруднений домішками оксида заліза природний корунд в міру своєї надзвичайної твердості застосовують для виготовлення шліфувальних кругів, брусків тощо
З огляду на нерозчинність Al 2 O 3 у воді, відповідаючий цому оксиду гідроксид [Al (OH) 3], може бути отриманий тільки непрямим шляхом (виходячи з солей). Він являє собою желеподібний осад білого кольору, практично не розчинний у воді, але розчиняється в кислотах і сильних лугах. Гідроксид алюмінію має, отже, амфотерні властивості. Проте основні, і кислі властивості його виражені досить слабо [3].
З тих пір, як алюміній став доступним для промислового використання, він набув широкого поширення. З нього виготовляють апарати для промислових цілей, а також численні предмети домашнього ужитку. Обрізки алюмінієвої жерсті переробляють в алюмінієвий порошок, що вживається в якості літографічного фарби, а так само для виготовлення вибухових речовин, які застосовуються в піротехніку [2].
1.2 Фізико-хімічна характеристика міді
Мідь Cu 29 розташована в першій групі системи елементів і має електронна будова 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 1. Для міді найбільш характерні з'єднання зі ступенями окислення + 1 (
Чиста мідь-тягучий, м'який, в'язкий метал. На відміну від більшості металів мідь має яскраво вираженої забарвленням - червоного, а в зламі рожевого кольору, в дуже тонких шарах на просвіт виглядає зеленувато-блакитний. На повітрі мідь покривається пухким шаром основних карбонатів [5].
При нагріванні мідь тьмяніє в результаті утворення поверхневого шару оксиду. При більш сильному нагріванні вона, нарешті, повністю переходить на оксид міді (I), а при більш високому тиску кисню в - на оксид міді (II). Вологий хлор швидко реагує з міддю вже при звичайній температурі. З іншими галогенідами мідь взаємодіє так само легко. Яскраво вираженим спорідненістю мідь має по відношенню до сірки і селену. Навпаки, газоподібний азот, навіть при більш високій температурі, помітно не діє на мідь. Однак, якщо над міддю, нагрітої до червоного розжарювання, пропустити газоподібний аміак, то вона утворює сполучення з азотом. У розведеної азотної кислоти мідь розчиняється з виділенням оксиду азоту та утворенням нітрату міді (II); з гарячою концентрованої сірчаної кислотою утворюється сульфат міді. У відповідності зі своїм становищем в електронному ряді напруг мідь не може звичайним чином заряджатися водневими іонами. Тому мідь за відсутності повітря не піддається впливу сірчаної і соляної кислот, оцтової кислоти і т.д. Однак при нагріванні газоподібний хлористий водень діє на мідь з утворенням хлориду міді (I) [4]:
Cu + HCl = CuCl +1 / 2H 2. (2)
Розчинення міді в розведеною азотної кислоти спочатку йде дуже повільно. Однак, після того як у розчині відповідно до рівняння утвориться деяка кількість нітрат - іонів, розчинення стає бурхливим [4].
Cu 2 O отримують прямим взаємодією міді з киснем, який плавиться без розкладання при
З оксидів в ступені окислення +2 стійкий CuO, його отримують безпосередньою взаємодією компонентів. Гідроксіди
Дією пероксиду водню на сильнощелочной розчин розчинної солі
Сполуки Cu (III) - сильні окислювачі.
Одним з основних властивостей міді і в будь-яких ступенях окислення є здатність утворювати комплексні сполуки. Більшість розчинних сполук міді є комплексними сполуками. Комплексообразовательная здатність пояснюється дефектністю (n-1) d-оболонок (при ступенях окислення більше +1) [5].
З ацидокомплексов Cu + найбільш стійкі ціанідні. Так, для [СuCl 2] ¯ pK = 5,96, а для [Cu (
Мідь в ступені окислення +3 значно стабілізуються за рахунок комплексоутворення. Для міді відомий світло-зелений високоспіновий октаедричні комплекс
Багато з'єднань міді використовуються як фарби. Подрібнений малахіт, а також штучно приготовлені препарати аналогічного складу знаходять застосування як клейові або водяні фарби під назвою мідної зелені. Більше 50% міді застосовується в електротехніці (мідні дроти). Також мідь застосовується в металлотехніке і для карбування монет. Кордон між металевою міддю і CuO володіє випрямляючих властивістю, тому оксид міді застосовується для виготовлення «купроксних» випрямлячів змінного струму. Мідний купорос застосовується в гальванотехніки, для протруювання зерна, вироблення шкір, медицині [4].
1.3 Аналітичне визначення іонів алюмінію (III) та міді (II)
За Шварценбаху, алюміній можна визначити як прямим, так і непрямим титруванням [6]. При прямому визначенні зі змішаним індикатором CuY - ПАН, до кислого анализируемому розчину додають аміак до рН між 0 і 1. Потім доливають краплю бромфенолового синього і, додаючи ацетат амонію, доводять забарвлення розчину до синьо-сірого, після чого швидко доливають концентровану оцтову кислоту, рН розчину повинен становити приблизно 3, якщо необхідно, його коригують за допомогою оцтової кислоти або ацетату амонію. Після пріліваніем кількох крапель комплексона міді і індикатора ПАН (до появи глибокої фіолетового забарвлення) розчин нагрівають до кипіння. Далі проводять титрування, причому розчин весь час підтримують у стані, близькому до кипіння. Близько точки еквівалентності забарвлення переходить в жовту, так як ЕДТА швидше реагує з CuY - ПАН швидше ніж з алюмінієм, проте фіолетове забарвлення швидко повертається. Відновлення забарвлення індикатора сповільнюється близько точки еквівалентності, тому необхідно додавати титрант по краплях. Крапку еквівалентності вважають досягнутою, коли жовте забарвлення розчину залишається незмінною після кип'ятіння протягом півхвилини. Для обережності кип'ятять ще одну хвилину, причому іноді з'являється слабкий червоний відтінок, який зникає при додаванні останньої краплі ЕДТА.
При зворотному титруванні Al (III) розчином заліза (III) з саліцилової кислотою осад алюмінію розчиняють у невеликому обсязі соляної кислоти і доливають в невеликому надлишку ЕДТА [6]. У суміші встановлюють значення рН = 6 додатком по краплях розчину аміаку. Потім розчин швидко кип'ятять, по охолодженні доводять об'єм розчину дистильованою водою до 100 мл і додають розчину ацетату натрію до рН суміші, рівного 6 - 6,5. Далі додають кристалічний індикатор, і титрують суміш стандартним розчином FeCl 3 до появи червоно - коричневого забарвлення, стійкого протягом короткого часу. У ході титрування значення рН розчину має бути не нижче 5. Щоб уникнути зниження рН, необхідно до розчину додати кілька крапель аміаку [6].
Серед методів визначення іонів алюмінію (III) одним з найважливіших є колориметрично визначення екстракцією оксіхінолята алюмінію [8]. Метод заснований на тому, що оксіхінолят алюмінію кількісно екстрагується хлороформом в слабокислою середовищі (рН = 4,35 - 4,5), забарвлюючи хлороформний шар в жовто-зелений колір. За інтенсивністю цього забарвлення визначають зміст алюмінію колориметрическим титруванням або методом стандартної шкали. Заважає визначенням залізо попередньо окислюють до тривалентного і витягують хлороформом в більш кислому середовищі (рН = 1,7 - 2,0).
До аліквотах додають ацетатного буферного розчину, припливу по краплях крижану оцтову кислоту до рН = 3. Розчин нагрівають до кипіння. До киплячого розчину додають комплексонати міді та індикатор АН, причому розчин забарвлюється в червоно-фіолетовий колір. Гарячий розчин титрують стандартним розчином комплексона III до жовтого кольору [9].
Також для визначення іонів алюмінію (III) використовують метод колориметричного визначення із застосуванням еріохромціаніна R [9]. Іони алюмінію утворюють з еріохромціаніном R при рН = = 5,4 комплексне з'єднання, що має фіолетове забарвлення. Светопоглощение вимірюють при λ - 530 нм, молярний коефіцієнт світлопоглинання дорівнює 40 ∙ 10 3.
Заважає визначенням залізо (III) відновлюють до заліза (II) гідрохлоридом гідроксиламіну. Заважають також фториди, фосфати і велику кількість органічних речовин. Органічні речовини і фтор можна видалити випарюванням проби з хлористоводневою кислотою насухо і прожарюванням залишку.
За Шварценбаху [6], мідь можна визначити як прямим, так і непрямим титруванням. При прямому визначенні міді з паном до аналізованого розчину добавляють ацетатний буферний розчин і індикатор. Негайно доводять розчин до кипіння і ваними розчином ЕДТА до дуже різкого переходу темно-фіолетового забарвлення в капарсечно - жовту.
За Васильєву [7], мідь можна визначити амперометричного титрування. Для цього розчин, що аналізується поміщають у мірну колбу місткістю 100мл, додають 2М сірчаної кислоти, доводять до мітки водою і ретельно перемішують. Аліквотах поміщають в електролізер, додають KI і титрують розчином тіосульфату натрію, занурюючи платиновий електрод, з'єднуючи ланцюг містком з фільтрувального паперу, при цьому під час титрування повинна працювати магнітна мішалка.
Також мідь можна визначити методом внутрішнього електролізу. Він дозволяє виділити мідь, відокремлюючи її від берилію, цинку, марганцю, кобальту, нікелю, олова (IV), заліза, алюмінію, лантану, хрому, галію, індію, талію (I), цирконію, торію, телуру (IV), ванадію , лужноземельних металів, магнію, кадмію, свинцю, арсенатів, титану, ураніл-і вольфрамат-іонів, додаючи перед електролізом 10%-ний розчин ЕДТА у кількості, принаймні в 10 разів перевищує вміст цих іонів, розбавляючи розчин і приводячи його рН до 9,0. Електроліз треба проводити з цинковим анодом. Разом з міддю в цих умовах виділяються тільки срібло і вісмут. Якщо передбачається присутність цих двох елементів, то рекомендується їх виділити спочатку в тих же умовах, але з додаванням 10%-ного розчину ціаніду калію для зв'язування міді [8].
При відносно великому вмісті міді в стічній воді визначення її може бути зроблено з більшою точністю йодометричним методом. Один з його варіантів, в якому заважає вплив солей заліза (III) усувається шляхом додавання до розчину біфторид амонію [8].
Також мідь можна визначити піридин - роданідним методом. При додаванні до розчину солі міді роданида амонію та піридину утворюється комплекс [Cu (C 5 H 5 N 2)] (NCS) 2, який при збовтуванні розчину з хлороформом переходить в органічний шар, фарбуючи його в зелений колір.
Визначенню заважають добувані хлороформом (і при цьому його фарбують) органічні речовини. Якщо вони присутні, то їх витягують хлороформом до утворення меднороданового комплексу [9].
Однин з точних методів визначення міді (II) це метод із застосуванням діетилдитіокарбамат натрію [9]. Іони міді реагують з діетилдитіокарбамат натрію (C 2 H 5) 2 NCS 2 Na з утворенням коричневого внутрікомплексних з'єднання, яке розчиняється в чотирихлористому вуглеці, забарвлюючи його в жовто-коричневий колір. Оптична щільність одержуваних розчинів в широких межах пропорційна концентрації міді. Чотирьоххлористим вуглецем можна екстрагувати як з слабокислою, так і аміачної середовища, але при використанні останньої і додавання цитрату амонію і ЕДТА повніше усувається заважає вплив інших катіонів. У цих умовах в реакцію з діетилдитіокарбамат крім міді вступають лише вісмут, срібло і ртуть. Однак комплекси срібла і ртуті практично безбарвні і на визначення міді не впливають. Комплекс вісмуту забарвлює ССl 4 в жовтий колір, але фарбування ця за своєю інтенсивністю в 15 разів слабкіше забарвлення, одержуваної від розчину комплексу міді тієї ж концентрації. У більшості випадків цим заважає впливом вісмуту можна знехтувати, якщо ж останнього багато - розрахувати поправку і ввести її в результат визначення міді.
Якщо присутні ціаніди або велику кількість органічних речовин, треба провести попередню обробку проби для їх руйнування [10].
Глава 2 ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНА ЧАСТИНА
2.1 Вибір об'єктів дослідження
В даний час людина має великий вплив на природу. Через це навколишнє середовище піддається більшого забруднення, зростає необхідність дослідження водних ресурсів на придатність до вживання. Саме тому, нами обрана в якості об'єкта дослідження стічна вода для визначення в ній загальної змісту алюмінію (III) та міді (II), тому що з'єднання цих елементів, потрапляючи в природні водойми, порушують загальний склад води, і впливають на екосистему водойм в цілому .
2.2 Обладнання і реактиви, використовувані в роботі
Штатив з лапкою;
Конічні колби для титрування - 3 шт;
Мірні колби місткістю 100мл;
Градуйована піпетка місткістю 10мл;
Хімічні склянки на 100 мл - 2 шт;
Фільтрувальний папір;
Тіосульфат натрію (
Йодид калію (KI), 20%-ий розчин;
Сірчана кислота (H 2 SO 4), 2N розчин;
Крохмаль (
Комплексон III, 0,1 N розчин;
Сульфат міді (
Індикатор ПАН розчин;
Ацетат амонію (CH 3 COONH 4) розчин.
2.3 Методики, використовувані в роботі
2.3.1 Визначення міді (II) йодометричним методом
У колбу для титрування наливають 15 мл 20%-ного розчину KI, 2 мл 2 н. розчину H 2 SO 4 і аліквотну частина (10,0 мл) досліджуваного розчину. Залишають суміш у темряві на п'ять хвилин, після чого оттітровивают розчином тіосульфату натрію, додаючи 5 мл розчину крохмалю в самому кінці титрування, коли розчин зі взмученной в ньому осадом матиме світло-жовте забарвлення. Синє забарвлення рідини повинна зникнути від однієї краплі титранту і знову не з'являтися декілька хвилин. Взмученной осад CuI після закінчення титрування повинен мати колір «слонової кістки». Титрування повторюють кілька разів і по збіжних відліках по бюретці розраховують середній обсяг титранту, і обчислюють вміст міді.
2.3.2 Визначення алюмінію (III) комплексонометричний методом
У колбу для титрування наливають аліквотну частина (10,0 мл) досліджуваного розчину. Потім вводять надлишок стандартного розчину ЕДТА (50 мл) і розбавляють розчин до об'єму 100 мл. Розчин нагрівають до кипіння і кип'ятять 10 хв, потім охолоджують, вводять 10 мл ацетату амонію, додають 10 крапель індикатора ПАН і титрують 0,02 М розчином сульфату міді до переходу зеленого забарвлення в фіолетову, стійку протягом 30 сек. Потім обчислюють вміст алюмінію.
2.4 Обговорення результатів
У даній роботі нами було визначено загальний вміст алюмінію і міді.
У мірну колбу місткістю 250,0 мл поміщали 25,0 мл стічної води, доводили до мітки дистильованою водою і перемішували. Проба мала безбарвну забарвлення, не мала запаху, значення рН дорівнювало 1.
При титруванні міді по збіжних відліках по бюретці знаходимо обсяги V 1 = 1,2 мл, V 2 = 1,3 мл, V 3 = 1,2 мл. За формулою визначаємо концентрацію N, моль / л:
N 1 = (0,03 · 1,2) / 10 = 0,0036 моль · екв / л, (5)
N 2 = (0,03 · 1,3) / 10 = 0,0039 моль · екв / л, (6)
N 3 = (0,03 · 1,2) / 10 = 0,0036 моль · екв / л. (7)
Знайдемо середню концентрацію N ср = (0,0036 + 0,0039 + 0,0036) / 3 = 0,0037 моль · екв / л. Перевіряємо концентрацію за 3S n-критерієм:
3S 3 = 1,7 · 10 -4 · 3 = 5,1 · 10 -4. (10)
Розрахуємо довірчий інтервал, при t = 4,303, n = 3:
З цього випливає, що в нашій роботі немає промахів і N ср = (0,0037 ± 0,0004) міль · екв / л. Розрахуємо концентрацію міді в досліджуваному розчині, в мг / л:
При титруванні алюмінію по збіжних відліках по бюретці знаходимо обсяги V 1 = 23,1 мл, V 2 = 23,0 мл, V 3 = 22,9 мл.
За формулою визначаємо обсяг витраченого на титрування розчину ЕДТА:
Розрахує обсяг титранту, який пішов на титрування розчину:
Потім розраховуємо концентрація алюмінію в розчині:
Знайдемо середню концентрацію N ср = (0,01848 + 0,01840 + 0,01832) / 3 = 0,01840 моль · екв / л.
Перевіряємо концентрацію за 3S n-критерієм, за формулою (8):
3S 3 = 0,7 · 10 -4 · 3 = 2,1 · 10 -4. (23)
Розрахуємо довірчий інтервал:
З цього випливає, що в нашій роботі немає промахів і N ср = (0,01840 ± 0,00017) міль · екв / л.
Розраховуємо концентрацію алюмінію в досліджуваному розчині:
У ході експерименту нами були встановлені вмісту міді і алюмінію в стічній воді, вони складають N = (118,4 ± 0,0004) мг / л і N = (496,8 ± 0,00017) мг / л відповідно. Норма ГДК для міді становить 0,3 мг / л, для алюмінію 0,2 мг / л. Можна зробити висновок, що концентрації міді і алюмінію перевищує гранично допустиму концентрацію, і ця вода повинна піддатися додатковому очищенню.
ВИСНОВКИ
1. Отриманий розчин стічної води містив іони алюмінію і міді (II).
2. Йодометричним методом визначили вміст міді (II) в стічній воді N = (118,4 ± 0,0004) мг / л.
3. Комплексонометричний методом визначили зміст алюмінію в стічній воді N = (496,8 ± 0,00017) мг / л.
4. Отримані концентрації були зрівняні з ГДК, вони значно перевищують гранично допустимі концентрації даних іонів в стічній воді.
СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ
1. Ахметов, Н.С. Загальна та неорганічна хімія / Н. П. Ахметов. - М.: Вища школа, 2001. - С488-502.
2. Ремі, Г. Курс неорганічної хімії Т.1 / Г. Ремі. - М.: Світ, 1966. -С381-386.
3. Некрасов, Б. В. Основи загальної хімії Т.2 / Б. В. Некрасов. - М.: Хімія, 1973. - С32-34.
4. Ремі, Г. Курс неорганічної хімії Т.2 / Г. Ремі. - М.: Світ, 1966. -С394-410.
5. Угай, Н. П. Загальна та неорганічна хімія / Н. П. Угай. - М.: Вища школа, 2000. - С. 310-315.
6. Шварценбах, Г. Комплексонометричний титрування / Г. Шварценбах, Г. Флашка. - М.: Хімія, 1970 - С183-192, 251-257.
7. Васильєв, В. П. Аналітична хімія. Лабораторний практикум / В. П. Васильєв, Р. П. Морозова, Л.А. Кочергіна. - М.: Дрофа, 2004.-С329-331.
8. Лур'є, Ю.Ю. Аналітична хімія промислових стічних вод / Ю. Ю. Лур'є. - М.: Хімія, 1984. - 447 с.
9. Лур'є, Ю.Ю. Хімічний аналіз виробничих стічних вод / Ю.Ю.Лурье, А. І. Рибникова. - М.: Хімія, 1974. - 335 с.
10. Голосніцкая, В.А. Аналіз природних і стічних вод / В.А.Голосніцкая. - Новочеркаськ: Хімія, 1979. - 84 с.
Також мідь можна визначити піридин - роданідним методом. При додаванні до розчину солі міді роданида амонію та піридину утворюється комплекс [Cu (C 5 H 5 N 2)] (NCS) 2, який при збовтуванні розчину з хлороформом переходить в органічний шар, фарбуючи його в зелений колір.
Визначенню заважають добувані хлороформом (і при цьому його фарбують) органічні речовини. Якщо вони присутні, то їх витягують хлороформом до утворення меднороданового комплексу [9].
Однин з точних методів визначення міді (II) це метод із застосуванням діетилдитіокарбамат натрію [9]. Іони міді реагують з діетилдитіокарбамат натрію (C 2 H 5) 2 NCS 2 Na з утворенням коричневого внутрікомплексних з'єднання, яке розчиняється в чотирихлористому вуглеці, забарвлюючи його в жовто-коричневий колір. Оптична щільність одержуваних розчинів в широких межах пропорційна концентрації міді. Чотирьоххлористим вуглецем можна екстрагувати як з слабокислою, так і аміачної середовища, але при використанні останньої і додавання цитрату амонію і ЕДТА повніше усувається заважає вплив інших катіонів. У цих умовах в реакцію з діетилдитіокарбамат крім міді вступають лише вісмут, срібло і ртуть. Однак комплекси срібла і ртуті практично безбарвні і на визначення міді не впливають. Комплекс вісмуту забарвлює ССl 4 в жовтий колір, але фарбування ця за своєю інтенсивністю в 15 разів слабкіше забарвлення, одержуваної від розчину комплексу міді тієї ж концентрації. У більшості випадків цим заважає впливом вісмуту можна знехтувати, якщо ж останнього багато - розрахувати поправку і ввести її в результат визначення міді.
Якщо присутні ціаніди або велику кількість органічних речовин, треба провести попередню обробку проби для їх руйнування [10].
Глава 2 ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНА ЧАСТИНА
2.1 Вибір об'єктів дослідження
В даний час людина має великий вплив на природу. Через це навколишнє середовище піддається більшого забруднення, зростає необхідність дослідження водних ресурсів на придатність до вживання. Саме тому, нами обрана в якості об'єкта дослідження стічна вода для визначення в ній загальної змісту алюмінію (III) та міді (II), тому що з'єднання цих елементів, потрапляючи в природні водойми, порушують загальний склад води, і впливають на екосистему водойм в цілому .
2.2 Обладнання і реактиви, використовувані в роботі
Штатив з лапкою;
Конічні колби для титрування - 3 шт;
Мірні колби місткістю 100мл;
Градуйована піпетка місткістю 10мл;
Хімічні склянки на 100 мл - 2 шт;
Фільтрувальний папір;
Тіосульфат натрію (
Йодид калію (KI), 20%-ий розчин;
Сірчана кислота (H 2 SO 4), 2N розчин;
Крохмаль (
Комплексон III, 0,1 N розчин;
Сульфат міді (
Індикатор ПАН розчин;
Ацетат амонію (CH 3 COONH 4) розчин.
2.3 Методики, використовувані в роботі
2.3.1 Визначення міді (II) йодометричним методом
У колбу для титрування наливають 15 мл 20%-ного розчину KI, 2 мл 2 н. розчину H 2 SO 4 і аліквотну частина (10,0 мл) досліджуваного розчину. Залишають суміш у темряві на п'ять хвилин, після чого оттітровивают розчином тіосульфату натрію, додаючи 5 мл розчину крохмалю в самому кінці титрування, коли розчин зі взмученной в ньому осадом матиме світло-жовте забарвлення. Синє забарвлення рідини повинна зникнути від однієї краплі титранту і знову не з'являтися декілька хвилин. Взмученной осад CuI після закінчення титрування повинен мати колір «слонової кістки». Титрування повторюють кілька разів і по збіжних відліках по бюретці розраховують середній обсяг титранту, і обчислюють вміст міді.
2.3.2 Визначення алюмінію (III) комплексонометричний методом
У колбу для титрування наливають аліквотну частина (10,0 мл) досліджуваного розчину. Потім вводять надлишок стандартного розчину ЕДТА (50 мл) і розбавляють розчин до об'єму 100 мл. Розчин нагрівають до кипіння і кип'ятять 10 хв, потім охолоджують, вводять 10 мл ацетату амонію, додають 10 крапель індикатора ПАН і титрують
2.4 Обговорення результатів
У даній роботі нами було визначено загальний вміст алюмінію і міді.
У мірну колбу місткістю 250,0 мл поміщали 25,0 мл стічної води, доводили до мітки дистильованою водою і перемішували. Проба мала безбарвну забарвлення, не мала запаху, значення рН дорівнювало 1.
При титруванні міді по збіжних відліках по бюретці знаходимо обсяги V 1 = 1,2 мл, V 2 = 1,3 мл, V 3 = 1,2 мл. За формулою визначаємо концентрацію N, моль / л:
N 1 = (0,03 · 1,2) / 10 = 0,0036 моль · екв / л, (5)
N 2 = (0,03 · 1,3) / 10 = 0,0039 моль · екв / л, (6)
N 3 = (0,03 · 1,2) / 10 = 0,0036 моль · екв / л. (7)
Знайдемо середню концентрацію N ср = (0,0036 + 0,0039 + 0,0036) / 3 = 0,0037 моль · екв / л. Перевіряємо концентрацію за 3S n-критерієм:
3S 3 = 1,7 · 10 -4 · 3 = 5,1 · 10 -4. (10)
Розрахуємо довірчий інтервал, при t = 4,303, n = 3:
З цього випливає, що в нашій роботі немає промахів і N ср = (0,0037 ± 0,0004) міль · екв / л. Розрахуємо концентрацію міді в досліджуваному розчині, в мг / л:
При титруванні алюмінію по збіжних відліках по бюретці знаходимо обсяги V 1 = 23,1 мл, V 2 = 23,0 мл, V 3 = 22,9 мл.
За формулою визначаємо обсяг витраченого на титрування розчину ЕДТА:
Розрахує обсяг титранту, який пішов на титрування розчину:
Потім розраховуємо концентрація алюмінію в розчині:
Знайдемо середню концентрацію N ср = (0,01848 + 0,01840 + 0,01832) / 3 = 0,01840 моль · екв / л.
Перевіряємо концентрацію за 3S n-критерієм, за формулою (8):
3S 3 = 0,7 · 10 -4 · 3 = 2,1 · 10 -4. (23)
Розрахуємо довірчий інтервал:
З цього випливає, що в нашій роботі немає промахів і N ср = (0,01840 ± 0,00017) міль · екв / л.
Розраховуємо концентрацію алюмінію в досліджуваному розчині:
У ході експерименту нами були встановлені вмісту міді і алюмінію в стічній воді, вони складають N = (118,4 ± 0,0004) мг / л і N = (496,8 ± 0,00017) мг / л відповідно. Норма ГДК для міді становить 0,3 мг / л, для алюмінію 0,2 мг / л. Можна зробити висновок, що концентрації міді і алюмінію перевищує гранично допустиму концентрацію, і ця вода повинна піддатися додатковому очищенню.
ВИСНОВКИ
1. Отриманий розчин стічної води містив іони алюмінію і міді (II).
2. Йодометричним методом визначили вміст міді (II) в стічній воді N = (118,4 ± 0,0004) мг / л.
3. Комплексонометричний методом визначили зміст алюмінію в стічній воді N = (496,8 ± 0,00017) мг / л.
4. Отримані концентрації були зрівняні з ГДК, вони значно перевищують гранично допустимі концентрації даних іонів в стічній воді.
СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ
1. Ахметов, Н.С. Загальна та неорганічна хімія / Н. П. Ахметов. - М.: Вища школа, 2001. - С488-502.
2. Ремі, Г. Курс неорганічної хімії Т.1 / Г. Ремі. - М.: Світ, 1966. -С381-386.
3. Некрасов, Б. В. Основи загальної хімії Т.2 / Б. В. Некрасов. - М.: Хімія, 1973. - С32-34.
4. Ремі, Г. Курс неорганічної хімії Т.2 / Г. Ремі. - М.: Світ, 1966. -С394-410.
5. Угай, Н. П. Загальна та неорганічна хімія / Н. П. Угай. - М.: Вища школа, 2000. - С. 310-315.
6. Шварценбах, Г. Комплексонометричний титрування / Г. Шварценбах, Г. Флашка. - М.: Хімія, 1970 - С183-192, 251-257.
7. Васильєв, В. П. Аналітична хімія. Лабораторний практикум / В. П. Васильєв, Р. П. Морозова, Л.А. Кочергіна. - М.: Дрофа, 2004.-С329-331.
8. Лур'є, Ю.Ю. Аналітична хімія промислових стічних вод / Ю. Ю. Лур'є. - М.: Хімія, 1984. - 447 с.
9. Лур'є, Ю.Ю. Хімічний аналіз виробничих стічних вод / Ю.Ю.Лурье, А. І. Рибникова. - М.: Хімія, 1974. - 335 с.
10. Голосніцкая, В.А. Аналіз природних і стічних вод / В.А.Голосніцкая. - Новочеркаськ: Хімія, 1979. - 84 с.