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.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

Размещено на

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 соответс...