Работа 4. Определение меди в виде аммиаката методом дифференциальной фотометрии.

Метод основан на образовании комплексного соединения ионов меди(II) с аммиаком, обладающего интенсивной сине-фиолетовой окраской. Окраска аммиаката меди обусловлена d→d^* переходами вследствие расщепления основного электронного состояния ионов меди в поле лигандов.

Процесс взаимодействия ионов меди с аммиаком носит ступенчатый характер:

Cu²⁺ + NH₃ ↔ [Cu(NH₃)]²⁺;

Cu²⁺ + 2 NH₃ ↔ [Cu(NH₃)₂]²⁺;

Cu²⁺ + 3 NH₃ ↔ [Cu(NH₃)₃]²⁺;

Cu²⁺ + 4 NH₃ ↔ [Cu(NH₃)₄]²⁺.

Так как устойчивость образующихся комплексов различается мало (lg β₁=3.99; lg β₂=7.33; lg β₃=10.61; lg β₄=12.03), то в растворе будет находиться смесь нескольких аммиакатов меди, количественное соотношение которых зависит от концентрации аммиака, присутствующего в растворе, что иллюстрируется данными диаграммы:

Для аналитических целей необходимо выбрать такую концентрацию аммиака, при которой в растворе будет преобладать один из комплексов, наиболее эффективно это возможно при lg [NH₃] =1. Молярный коэффициент светопоглощения тетрааммиаката меди при λ=640 нм равен 1∙10². Низкое значение ε позволяет определять достаточно высокие концентрации ионов меди. Для повышения воспроизводимости определения используют метод дифференциальной фотометрии, когда раствор сравнения содержит представляет собой раствор, содержащий ионы меди в виде аммиаката, точно известной концентрации.

Определению меди в виде аммиачного комплекса мешают ионы металлов, образующие окрашенные комплексы аналогичного типа, например, кобальт и никель, или малорастворимые гидроксиды железа, свинца и алюминия. Для устранения мешающего действия этих элементов применяют маскирующие комплексообразователи.

Приборы и реактивы:

фотоэлектроколориметр КФК-2;

рабочий раствор соли меди, содержащий 1 мг/мл Cu²⁺; для приготовления рабочего раствора навеску 3.931 г CuSO₄ ∙ 5H₂O растворяют в 25 мл 2м раствора H₂SO₄ , доводят объем раствора до 1.00 л дистиллированной водой;

аммиак, 10%-ный раствор.

Приготовление стандартных растворов.

Готовят шесть стандартных растворов, содержащих 2.5; 5.0; 7.5; 10.0; 12.5;

15.0 мг меди в 50.0 мл. Для этого в мерные колбы вместимостью 50.0 мл переносят рабочий раствор соли меди, добавляют в каждую колбу 10.0 мл 10% -ного раствора аммиака и доводят объем каждого раствора до 50.0 мл дистиллированной водой. Через 10 минут приступают к измерению оптической плотности.

Выполнение работы.

Выбор светофильтра. Раствор, имеющий окраску средней интенсивности, фотометрируют относительно воды со всеми светофильтрами поочередно, записывая результаты в таблицу:

λ, нм
А

По результатам измерений строят график: А=f(λ). Для дальнейшей работы выбирают светофильтр, соответствующий наибольшему значения светопоглощения исследуемого раствора.

Посторенние градировочного графика. С выбранным светофильтром поочередно фотометрируют стандартные растворы относительно раствора, содержащего 5.0 мг меди. Если содержание меди в фотометрируемом растворе меньше, чем в растворе сравнения, применяют обратный порядок измерений: фотометрируемый раствор условно принимают за раствор сравнения, устанавливают по нему оптический ноль и по отношению к нему измеряют светопоглощение исследуемого раствора. Найденное значение поглощения берут со знаком «минус». Сочетание прямого (С_о>С_х) и обратного (С_о<С_х) порядков измерений в дифференциальном методе называют двусторонним дифференцированием.

Определение содержания меди(II) в растворе. К анализируемому раствору, содержащему соль меди (II), приливают 10.0 мл 10%-ного раствора аммиака и доводят объем раствора до 50.0 мл дистиллированной водой. Приготовленный раствор через 10.0 мин фотометрируют с выбранным светофильтром относительно выбранного раствора сравнения, содержащего 5.0 мг меди, используя при необходимости приемы двустороннего дифференцирования. Пользуясь градуировочным графиком, находят содержание меди в анализируемом растворе.