Курсовая работа: Определение ионов алюминия и меди (II) в сточной воде

Растворение меди в разбавленной азотной кислоте сначала идет очень медленно. Однако, после того как в растворе в соответствии с уравнением образуется некоторое количество нитрат – ионов, растворение становится бурным[4].

Cu₂ O получают прямым взаимодействием меди с кислородом, который плавится без разложения при . В кристалле Cu₂ O имеет место линейно-тетраэдрическая координация атомов. Гидроксид значительно устойчивее, чем CuОН и по силе приближается к щелочам. Это объясняется уменьшением поляризующего действия катиона Cu⁺ на ионы за счет экранирования молекулами аммиака. Гидроксиды CuОН – основания не устойчивы. При попытке их получения по обменным реакциям выделяется оксид (красный)[1].

Из оксидов в степени окисления +2 устойчив CuO, его получают непосредственным взаимодействием компонентов. Гидроксиды получают действием щелочи на растворимые соли . Гидроксид является слабо амфотерным[1]:

. (3)

Действием пероксида водорода на сильнощелочной раствор растворимой соли получают гранатово-красный порошок . Он выделяет кислород уже при и является сильнейшим окислителем, например, окисляет соляную кислоту до хлора. Галогениды меди занимают промежуточное положение, монофторид не существует. Из галогенидов меди в степени окисления +2 наиболее устойчив , а иодид не получен. Нерастворимые в воде и кислотах галогениды ЭГ довольно значительно растворяются в растворах галогеноводородных кислот или основных галогенидов[1]:

, (4)

Соединения Cu(III) – сильные окислители.

Одним из основных свойств меди и в любых степенях окисления является способность образовывать комплексные соединения. Большинство растворимых соединений меди являются комплексными соединениями. Комплексообразовательная способность объясняется дефектностью (n-1)d-оболочек (при степенях окисления больше +1)[5].

Из ацидокомплексов Cu⁺ наиболее устойчивы цианидные. Так, для [СuCl₂ ]¯ pK=5,96, а для [Cu()]¯ pK=16,0. Аквакомплексы катионов металлов подгруппы меди нестойки. Для Cu(1) гораздо устойчивее аммиакаты[1]. С увеличением числа лигандов растет прочность комплекса. Для меди (II) характерны как катионные, так и анионные комплексы. Производные Cu(+2) в равной мере характерны и для соединений первого порядка и для комплексов. Известны голубые аквакомплексы в водных растворах и кристаллический медный купорос , который является примером сверхкомплексного соединения. Устойчивый аммиакат характеризуется координационным числом 4 (, pK=12,7), а можно получить только в жидком аммиаке. Из комплексных анионов Cu(+2) отметим гидроксокомплекс (pK=16,1) синего цвета, благодаря образованию которого растворяется в концентрированных растворах щелочей[5].

Медь в степени окисления +3 значительно стабилизируются за счет комплексообразования. Для меди известен светло-зеленый высокоспиновый октаэдрический комплекс .

Многие соединения меди используются в качестве красок. Измельченный малахит, а также искусственно приготовленные препараты аналогичного состава находят применение как клеевые или водяные краски под названием медной зелени. Более 50% меди применяется в электротехнике (медные провода). Также медь применяется в металлотехнике и для чеканки монет. Граница между металлической медью и CuO обладает выпрямляющим свойством, поэтому оксид меди применяется для изготовления «купроксных» выпрямителей переменного тока. Медный купорос применяется в гальванотехнике, для протравливания зерна, выделке кож, медицине[4].

1.3 Аналитическое определение ионов алюминия( III ) и меди( II )

По Шварценбаху, алюминий можно определить как прямым, так и косвенным титрованием[6]. При прямом определении со смешанным индикатором CuY – ПАН, к кислому анализируемому раствору добавляют аммиак до рН между 0 и 1. Затем приливают каплю бромфенолового синего и, добавляя ацетат аммония, доводят окраску раствора до сине-серой, после чего быстро приливают концентрированную уксусную кислоту; рН раствора должен составлять приблизительно 3, если необходимо, его корректируют с помощью уксусной кислоты или ацетата аммония. После приливания нескольких капель комплексона меди и индикатора ПАН (до появления глубокой фиолетовой окраски) раствор нагревают до кипения. Далее проводят титрование, причем раствор все время поддерживают в состоянии, близкому к кипению. Около точки эквивалентности окраска переходит в желтую, так как ЭДТА быстрее реагирует с CuY – ПАН быстрее чем с алюминием, однако фиолетовая окраска быстро возвращается. Восстановление окраски индикатора замедляется около точки эквивалентности, поэтому необходимо прибавлять титрант по каплям. Точку эквивалентности считают достигнутой, когда желтая окраска раствора остается неизменной после кипячения в течении полминуты. Для предосторожности кипятят еще одну минуту, причем иногда появляется слабый красный оттенок, который исчезает при добавлении последней капли ЭДТА.

При обратном титровании Al(III) раствором железа (III) с салициловой кислотой осадок алюминия растворяют в небольшом объеме соляной кислоты и приливают в небольшом избытке ЭДТА[6]. В смеси устанавливают значение рН=6 прибавлением по каплям раствора аммиака. Затем раствор быстро кипятят, по охлаждении доводят объем раствора дистиллированной водой до 100 мл и прибавляют раствора ацетата натрия до рН смеси, равного 6 - 6,5. Далее добавляют кристаллический индикатор, и титруют смесь стандартным раствором FeCl₃ до появления красно – коричневой окраски, устойчивой в течение короткого времени. В ходе титрования значение рН раствора должно быть не ниже 5. Чтобы избежать понижения рН, необходимо к раствору прибавить несколько капель аммиака[6].

Среди методов определения ионов алюминия (III) одним из важнейших является колориметрическое определение экстракцией оксихинолята алюминия[8]. Метод основан на том, что оксихинолят алюминия количественно экстрагируется хлороформом в слабокислой среде (рН = 4,35 — 4,5), окрашивая хлороформный слой в желто-зеленый цвет. По интенсивности этой окраски определяют содержание алюминия колориметрическим титрованием или методом стандартной шкалы. Мешающее определению железо предварительно окисляют до трехвалентного и извлекают хлороформом в более кислой среде (рН = 1,7 — 2,0).

К аликвоте добавляют ацетатного буферного раствора, приливая по каплям ледяную уксусную кислоту до рН = 3. Раствор нагревают до кипения. К кипящему раствору добавляют комплексонат меди и индикатор АН, причем раствор окрашивается в красно-фиолетовый цвет. Горячий раствор титруют стандартным раствором комплексона III до желтого цвета[9].

Также для определения ионов алюминия (III) используют метод колориметрического определения с применением эриохромцианина R[9]. Ионы алюминия образуют с эриохромцианином Rпри рН = = 5,4 комплексное соединение, имеющее фиолетовую окраску. Светопоглощение измеряют при λ - 530 нм, молярный коэффициент светопоглощения равен 40∙10³ .

Мешающее определению железо(III) восстанавливают до железа(II) гидрохлоридом гидроксиламина. Мешают также фториды, фосфаты и большие количества органических веществ. Органические вещества и фтор можно удалить выпариванием пробы с хлористоводородной кислотой досуха и прокаливанием остатка.

По Шварценбаху[6], медь можно определить как прямым, так и косвенным титрованием. При прямом определении меди с ПАНом к анализируемому раствору добавляют ацетатный буферный раствор и индикатор. Тотчас доводят раствор до кипения и тируют раствором ЭДТА до очень резкого перехода темно-фиолетовой окраски в капарсечно – желтую.

По Васильеву[7], медь можно определить амперометрическим титрованием. Для этого анализируемый раствор помещают в мерную колбу вместимостью 100мл, добавляют 2М серной кислоты, доводят до метки водой и тщательно перемешивают. Аликвоту помещают в электролизер, добавляют KI и титруют раствором тиосульфата натрия, погружая платиновый электрод, соединяя цепь мостиком из фильтровальной бумаги, при этом во время титрования должна работать магнитная мешалка.

Также медь можно определить методом внутреннего электролиза. Он позволяет выделить медь, отделяя ее от бериллия, цинка, марганца, кобальта, никеля, олова (IV), железа, алюминия, лантана, хрома, галлия, индия, таллия (I), циркония, тория, теллура (IV), ванадия, щелочноземельных металлов, магния, кадмия, свинца,арсенатов, титана, уранил- и вольфрамат-ионов, прибавляя перед электролизом 10%-ный раствор ЭДТА в количестве, по крайней мере в10 раз превышающем содержание этих ионов, разбавляя раствор и приводя его рН к 9,0. Электролиз надо проводить с цинковым анодом. Вместе с медью вэтих условиях выделяются только серебро и висмут. Если предполагается присутствие этих двух элементов, то рекомендуется их выделить сначала втех же условиях, но с добавлением 10%-ного раствора цианида калия для связывания меди [8].

При относительно большом содержании меди в сточной воде определение ее может быть сделано с большей точностью йодометрическим методом.Один из его вариантов, в котором мешающее влияние солей железа(III) устраняется путем добавления к раствору бифторида аммония[8].

Также медь можно определить пиридин - роданидным методом. При прибавлении к раствору соли меди роданида аммония и пиридина образуется комплекс [Cu(C₅ H₅ N₂ )](NCS)₂ , который при взбалтывании раствора с хлороформом переходит в органический слой, окрашивая его в зеленый цвет.

Определению мешают извлекаемые хлороформом (и при этом его окрашивающие) органические вещества. Если они присутствуют, то их извлекают хлороформом до образования меднороданового комплекса[9].

Однин из точных методов определения меди(II) это метод с применением диэтилдитиокарбамата натрия [9]. Ионы меди реагируют с диэтилдитиокарбаматом натрия (C₂ H₅ )₂ NCS₂ Na с образованием коричневого внутрикомплексного соединения, которое растворяется в четыреххлористом углероде, окрашивая его в желто-коричневый цвет. Оптическая плотность получаемых растворов в широких пределах пропорциональна концентрации меди. Четыреххлористым углеродом можно экстрагировать как из слабокислой, так и аммиачной среды, но при использовании последней и добавления цитрата аммония и ЭДТА полнее устраняется мешающее влияние других катионов. В этих условиях в реакцию с диэтилдитиокарбаматом помимо меди вступают лишь висмут, серебро и ртуть. Однако комплексы серебра и ртути практически бесцветны и на определение меди не влияют. Комплекс висмута окрашивает ССl₄ в желтый цвет, но окраска эта по своей интенсивности в 15 раз слабее окраски, получаемой от раствора комплекса меди той же концентрации. В большинстве случаев этим мешающим влиянием висмута можно пренебречь, если же последнего много - рассчитать поправку и ввести ее в результат определения меди.

Если присутствуют цианиды или большие количества органических веществ, надо провести предварительную обработку пробы для их разрушения[10].

Глава 2 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

2.1 Выбор объектов исследования

В настоящее время человек оказывает большое влияние на природу. Из-за этого окружающая среда подвергается большему загрязнению, возрастает необходимость исследования водных ресурсов на пригодность к употреблению. Именно поэтому, нами выбрана в качестве объекта исследования сточная вода для определения в ней общего содержания алюминия(III) и меди (II), так как соединения этих элементов, попадая в природные водоемы, нарушают общий состав воды, и влияют на экосистему водоемов в целом.

2.2 Оборудование и реактивы, используемые в работе

Штатив с лапкой;

Конические колбы для титрования – 3 шт;

Мерная колба вместимостью 100мл;