Определение содержания меди в монетах разного года выпуска

Считается, что первые в истории человечества монеты были отчеканены в VII в. до н. э. в Лидийском царстве из электрума – природного сплава золота с серебром, содержащего до 30% серебра. В последующие века основными монетными металлами стали золото, серебро, медь. В настоящее время, согласно литературным данным, российские мелкие монеты чеканят из железа (вернее, из стали). Мы же часто называем желтые монеты «медяками». Почему? Этот вопрос задали мы себе и решили проанализировать монетные сплавы разных лет на содержание меди.

Цель работы: изучение содержания меди в монетных сплавах разных лет.

Объект исследования: монетные сплавы разных годов выпуска.

Предмет исследования: содержание меди в монетных сплавах.

Задачи исследования:

1. Проанализировать методы количественного определения меди.

2. Определить содержание меди в монетах наиболее удобным методом.

Основные методы исследования: анализ литературы, проведение эксперимента.

Количественное определение меди

Количественное определение меди можно проводить различными способами. Теоретической основой этих методов являются различные методы физики и химии. Например, теории осаждения, окислительно-восстановительных процессов, теории физико-химических методов анализа.

Методы количественного определения меди приведены.

Метод Сущность метода

Электрогравиметрический Используется прямое измерение массы при помощи взвешивания. Медь выделяют из растворов на платиновых сетчатых электродах при электролизе.

Окислительно-восстановительное Основан на окислительно-восстановительных процессах, связанных с восстановлением титрование (иодометрия) I2 до 2I- ионов или окислением их до I 2.

Коммплексонометрическое Методы комплексонометрии основаны на реакциях комплексообразования ионов металлов титрование. с этилендиаминтетрауксусной кислотой ЭДТА, или еединатриевой солью, называемой комплексоном III. Методами комплексонометрии можно количественно определять разные катионы и анионы, склонные вступать в реакции комплексообразования.

хроматография Основана на способности катионита обменивать катион водорода на катион меди.

колориметрия Основана на поглощении света окрашенными растворами в видимой части спектра.

Анализируемый раствор сравнивают со стандартным раствором и определяют содержание растворенного вещества.

Окислительно-восстановительное титрование

В окислительно –восстановительном титровании используют реакции, связанные с изменением степени окисления реагирующих веществ, т. е. реакции окисления – восстановления. Все методы в окислительно-восстановительном титровании основаны на количественном окислении или восстановлении анализируемого вещества.

Методы в окислительно-восстановительном титровании классифицируют в соответствии с применяемым титрованным раствором. К наиболее распространенным из них относятся следующие.

• Перманганатометрия.

• Иодометрия.

• Хроматометрия.

• Броматометрия.

Иодометрия

Иодометрия основана на окислительно-восстановительных процессах. Связанных с восстановлением I2 до 2I- ионов или окислением их до I2. Свободный иод является слабым окислителем, а иодид-ионы – сильным восстановителем.

Метод иодометрии применяют для определения восстановителей путем окисления их ратвором иода, окислителей, используя при этом метод замещения.

В иодометрии применяют специфический индикатор – крахмал, весьма чувствительный к иоду, но не к иодид-ионам. Моент окончания титрования определяют благодаря этому очень точно. В качестве стандартных растворов используют растворы иода и тиосульфата.

В качестве восстановителя в иодометрии применяют тиосульфат натрия Na2S2O3·5H2O (молярная масса 248,2 г/моль). При действии на него свободного иода протекает реакция

2S2O32- +I2 = 2I- + S4O62-

2S2O32- -2е = S4O62-

I2 +2е = 2I-

Два S2O32- –иона превращаются в один S4O62-–ион (тетратионат). Молярная масса эквивалентов тиосульфата натрия равна молярной массе, так как фактор эквивалентности равен 1.

При титрованиии раствора раствором исчезает темно-бурая окраска иода. При полном окислении раствора тиосульфата избыточная капля иода окрасит титруемую жидкость в бледно-желтый цвет. Бледно-желтая окраска в конце титрования слабая, поэтому необходимо применять раствор крахмала. Иод с крахмалом образуют смешанное комплексно-адсорбционное соединение интенсивно-синего цвета.

При титровании Na2S2O3 иодом в присутствии крахмала конец реакции определяют по появлению синей окраски, не исчезающей от одной избыточной капли иода. При титровании раствора иода тиосульфатом раствор крахмала прибавляют в конце титрования. В этот момент иода остается мало, и титруемый раствор имеет бледную соломенно-желтую окраску. При добавлении крахмала ратвор окрашивается в синий цвет и в конце титрования от одной капли тиосульфата будет обесцвечиваться.

Первичным стандартом растворов тиосульфата является дихромат калия. Тировать тиосульфат непосредственно дихроматом калия нельзя, т. к. он реагирует со всеми сильными окислителями нестехиометрично. Поэтому применяется метод замещения: вначале используют реакцию между бихроматом и иодидом

Cr2O72- + 2I- + 14H+ = 2Cr3+ + I2 +7H2O

Выделившийся при реакции иод оттитровывают тиосульфатом.

Иодометрическое определение меди

Иодометрически определяют Cu2+ в медьсодержащих сельскохозяйственных ядах, а также при анализе сплавов и руд в металлургической промышленности. По точности иодометрическое определение не уступает электрохимическому. Оно основано на взаимодействии катионов с анионами по уравнению.

При этом ионы Cu2+ восстанавливаются до Cu+ с выделением эквивалентного количества свободного иода. Последний титруют раствором тиосульфата натрия.

Реакция протекает количественно из-за образования малорастворимого иодида меди(I). Течению реакции способствует избыток иодида калия. Для предотвращения протолиза соли меди анализируемый раствор подкисляют.

Проанализировав литературу по данной теме можно сделать вывод о том, что определение содержания меди методом иодометрии является очень эффективным, т. к. отвечает всем требованиям, предъявляемым к количественным методам анализа:

1. Низкая погрешность.

2. Чувствительность.

3. Простота оборудования.

4. Быстрота выполнения эксперимента.

Экспериментальная часть

Целью нашей работы было изучение содержания меди в монетных сплавах разных лет. Для исследования были взяты монеты 1961,1992,1997 годов выпуска. Образцы взвесили , обработали концентрированной азотной кислотой:

Cu + 4HNO3(конц. ) = Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O

При этом монеты 61, 97 годов растворились полностью, с образованием голубого раствора нитрата меди, а у монеты 92 года растворился только верхний слой. Раствор имел бурую окраску. При обработке данного раствора аммиаком обнаружили большое количество железа. Ярко - синяя окраска ( за счет образования комплексного соединения ) полученного раствора свидетельствует о наличии меди и в этом сплаве. Полученные растворы исследовали путем окислительно-восстановительного титрования - иодометрией по обычной методике. Определение меди проходит по реакции:

2 Cu2+ +4I- =2CuI + I2

I2 + 2S2O3 2-= 2I- + S4O62-

Растворы :

1. 0,1 н. раствор тиосульфата натрия

2. 20% раствор иодида калия

3. 2 н. серная кислота

4. 1% раствор крахмала

Ход работы :

В мерные колбы вместимостью 200 мл. поместили полученные растворы и довели их объем водой до метки. В коническую колбу для титрования отмерили 10 мл. 20% раствора иодида калия, перенесли пипеткой 10 мл. анализируемого раствора ,подкислили 2н. серной кислотой. Колбу накрыли стеклом и поставили в темное место на 10 мин. для завершения реакции.

Побуревшую от выделившегося иода жидкость оттитровали из бюретки тиосульфатом натрия до тех пор, пока окраска не стала соломенно-желтой. После этого прибавили крахмал и продолжили титрование до обесцвечивания синего раствора от одной избыточной капли. Титрование повторили несколько раз. В случае с монетой образца 1992 г. содержание меди установить не удалось. Определению мешали ионы железа, а после осаждения их аммиаком , вся медь превратилась в комплексное соединение , что тоже недопустимо при иодометрии. Присутствие меди в этом сплаве не вызывает сомнения , но ее количество не велико.

Вычисление

Соль меди (II) и тиосульфат натрия при данном определении непосредственно друг с другом не реагируют, тем не менее количества их эквивалентны. Поэтому для вычисления можно пользоваться обычной формулой :

С1 V1=С2V2

Найдя нормальность раствора , вычисляем содержание меди в исследуемом растворе.

Молярная масса эквивалента меди равна 63,54 г/моль Поэтому масса меди в анализируемом растворе составит m (Сu ) = С (Na2S2O3)· 63,54· V(Na2S2O3 )/1000

Рассчитываем массовую долю содержания меди в сплаве. Полученные результаты представлены в таблице 2.

Виды образца Год выпуска Содержание меди в %

монета монета монета 1961 1992 1997 70,2

незначительно 59,7

Вывод: Как и ожидалось, содержание меди в монетных сплавах значительно сократилось. Это можно объяснить нецелесообразностью использования такого дорогого металла, как медь и замену его на более дешевый.

В процессе нашей работы были решены задачи следующего плана:

1. ознакомились с методами количественного определения меди в растворах путем анализа научной литературы.

2. провели определение содержания меди в монетных сплавах разных лет выпуска методом окислительно-восстановительного титрования - иодометрией.

Согласно результатам нашего исследования можно сделать вывод о том, что содержание меди в монетных сплавах значительно сократилось. Это можно объяснить нецелесообразностью использования такого дорогого металла, как медь, и заменой его на более дешевый.