Aufschluss von Legierungen Messing - molekuelwald.square7.chmolekuelwald.square7.ch/biblio/Allgemeine Chemie Praktikum/AllgCP_2008... · Aufschluss von Legierungen Messing CGP CH

ZÜRCHER HOCHSCHULE FÜR ANGEWANDTE WISSENSCHAFTEN

DEPARTEMENT LIFE SCIENCES UND FACILITY MANAGEMENT

INSTITUT FÜR CHEMIE UND BIOLOGISCHE CHEMIE (ICBC)

WÄDENSWIL

Aufschluss von Legierungen

Messing

von

Remo Badertscher

Ramona Bernet

(Gruppe 3)

Dozent: Dr. C. Yeretzian

Praktikum: Chemisches Grundpraktikum CH08

Abgabedatum: 20.10.2008

Abstract

Von einer unbekannten Probe sowie von dem Reaktionsprodukt der cis-

Bis(glycinato)kupfer(II)-Synthese wird ein Aufschluss durchgeführt und anschliessend

der Cu-Gehalt iodometrisch bestimmt.

Ergebnisse:

Titer Natriumthiosulfatlösung

t = 0.9906

Probe Nr. 102 (3), Cu

w(Cu2+) = 64.62% ± 0.16%

cis-Bis(glycinato)kupfer(II) (Syntheseprodukt vom 22.09.2008)

w(Cu2+) = 30.52% ± 0.73%

Inhaltsverzeichnis

1 Vertiefte Aufgabenstellung............................................... 1

2 Theoretischer Teil ............................................................. 1

2.1 Titerbestimmung der Natriumthiosulfatlösung 0.1 mol/l ................................. 1

2.2 Quantitative Analyse von Kupfer in Messing ................................................. 3

2.2.1 Aufschluss............................................................................................... 3

2.2.2 Titration ................................................................................................... 4

2.3 Quantitative Analyse von Kupfer in cis-Bis(glycinato)kupfer(II) ..................... 5

2.3.1 Aufschluss............................................................................................... 5

2.3.2 Titration ................................................................................................... 5

2.4 Iod-Stärke-Komplex ....................................................................................... 5

2.5 Anwendungsbeispiel ...................................................................................... 7

3 Praktischer Teil ................................................................. 7

3.1 Chemikalien und Geräteparameter ................................................................ 7

3.1.1 Verwendete Geräte ................................................................................. 7

3.1.2 Verwendete Chemikalien: ....................................................................... 7

3.2 Durchführung ................................................................................................. 8

3.3 Resultate, Messdaten, Auswertung ............................................................... 8

3.3.1 Titerbestimmung Natriumthiosulfat 0.1 mol/L .......................................... 8

3.3.2 Cu-Gehaltsbestimmung mittels Iodometrie ............................................. 9

3.4 Validierung der Resultate/ Fehlerrechnung ................................................. 11

4 Diskussion und Ausblick ................................................11

5 Literaturverzeichnis .........................................................11

6 Anhang .............................................................................12

6.1 Sicherheitsdaten .......................................................................................... 12

Aufschluss von Legierungen Messing CGP CH 08_01 Seite 1 von 14

1 Vertiefte Aufgabenstellung

Von einer unbekannten Probe sowie von dem Reaktionsprodukt der

cis-Bis(glycinato)kupfer(II)-Synthese wird ein Aufschluss mit konzentrierter Salpeter-

säure durchgeführt und anschliessend mittels Iodometrie der Cu-Gehalt bestimmt.

Der Aufschluss wird jeweils im Doppel durchgeführt und der Cu-Gehalt dreifach be-

stimmt.

2 Theoretischer Teil

Aufschluss:

Bei einem Aufschluss handelt es sich um einen Vorgang der chemischen Analytik bei

dem schwerlösliche Stoffe in säure- oder wasserlösliche Verbindungen überführt und

so für deren Analyse zugänglich gemacht werden.

Legierung:

Unter einer Legierung versteht man ein homogenes Gemisch mit metallischem Cha-

rakter, das aus zwei oder mehr Elementen besteht, wobei mindestens eines davon

ein Metall ist. Unsere Legierung Messing besteht aus Kupfer und Zink.

2.1 Titerbestimmung der Natriumthiosulfatlösung 0.1 mol/l

Aus Kaliumiodat (KIO3) und Kaliumiodid (KI) entsteht in saurer Lösung elementares

Iod (I2).

Oxidation: |

Reduktion:

Gesamtreaktion:

Da man aber einen Überschuss an Kaliumiodid zugibt, reagiert es mit dem gebilde-

ten elementaren Iod weiter zu Polyiodiden ( , ). Da elementares Iod nicht gut


wasserlöslich ist wird so die Löslichkeit des Iods in Wasser verbessert.

Das elementare Iod (I2) wird durch das Thiosulfat ( ) zu Iodid reduziert und das

Thiosulfat wird durch das Iod zu Tetrathionat ( ) oxidiert.

Oxidation:

Reduktion:

Gesamtreaktion:

Das wird ebenfalls vom Thiosulfat zu Iodid reduziert und oxidiert das Thiosulfat zu

Tetrathionat.

Oxidation:

Reduktion:

Gesamtreaktion:

S

S

O

O

O2+

2-

S S

S S

O

OO O

2+ 2+

2-

O

O

Abbildung 1: Thiosulfat-Anion Abbildung 2: Tetrathionat-Anion


2.2 Quantitative Analyse von Kupfer in Messing

2.2.1 Aufschluss

Zuerst werden die Messingspäne mit Salpetersäure ( ) versetzt.

Oxidation:

Reduktion:

Gesamtreaktion:

Durch die Zugabe von reinst Wasser, bilden sich dann hellblaue Hexaaquakupfer(II)-

Komplexe, die eine oktaedrische Struktur haben.

Das sich bildende, farblose Stickstoffmonoxid ( ) reagiert sofort mit dem Luftsauer-

stoff zu braunem Stickstoffdioxid ( ). Da Stickstoffoxide sehr giftig sind muss der

Aufschluss unbedingt in der Kapelle durchgeführt werden. Um alle nitrose Gase

( ) aus der Lösung auszutreiben, muss sie für einige Minuten zum Sieden erhitzt

werden.

Oxidation:

Reduktion:

Gesamtreaktion:

Beim Neutralisieren der Lösung mit Ammoniak entstehen aus den hellblauen

Hexaaquakupfer(II)-Komplexen tiefblaue Kupfer(II)hydroxid-Komplexe.

Ausserdem neutralisiert das Ammoniak die Salpetersäure und fällt als Ammonium-

nitrat aus.


Weil aber gleich wieder mit konzentrierter Essigsäure angesäuert wird löst sich das

Ammoniumnitrat wieder.

Und der Kupfer(II)hydroxid-Komplex wird zerstört, so dass das Kupfer als

vorliegt.

2.2.2 Titration

Das reagiert durch Zugabe von Kaliumiodid ( ) zum instabilen Kupfer(II)iodid

( ), das sofort in wasserunlösliches, gelbes Kupfer(I)iodid ( ) und elementares

Iod ( ) zerfällt.

Oxidation:

Reduktion:

Gesamtreaktion:

Das Iod ( ) wird dann mit Natriumthiosulfat zurücktitriert.

Oxidation:

Reduktion:

Gesamtreaktion:


2.3 Quantitative Analyse von Kupfer in cis-Bis(glycinato)kupfer(II)

2.3.1 Aufschluss

Grundsätzlich ist der Aufschluss derselbe wie im Kapitel 2.2.1 auf Seite 3 beschrie-

ben, ausser dass keine Nitrose Gase entstehen, weil keine Oxidation des Kupfers

stattfindet, da es bereits als vorliegt. Somit findet auch keine Reduktion des

Stickstoffs der Salpetersäure zu Stickstoffmonoxid statt.

2.3.2 Titration

Die Titration ist ebenfalls dieselbe wie in Kapitel 2.2.2 auf Seite 4 beschrieben ist.

2.4 Iod-Stärke-Komplex

Es gibt zwei Typen von Stärke, die Amylose und das Amylopektin. Beides sind

D-Glucosen, die α-1,4-glykosidisch miteinander verknüpft sind. Das Amylopektin

aber ist zusätzlich noch α-1,6-glykosidisch verzweigt.

Abbildung 3: schematische Amylose-Struktur Abbildung 4: schematische Amylopektin-Sturktur

Die Stärkelösung muss gekocht werden, damit sich die Amylose in Wasser löst.


Die Stärke bildet in der Natur helikale Strukturen aus.

Abbildung 5: helikale Amylose-Struktur Abbildung 6: helikale Amylopektin-Sturktur

Wie vorgängig bereits erwähnt reagiert elementares Iod mit Iodid zu Polyiodiden.

Diese Polyiodide werden nun in den Einschlusskanälen der Amylose-Helix eingela-

gert und bilden eine blaue Einschlussverbindung.

Abbildung 7: Amylose-Helix mit eingelagerten Polyiodiden


2.5 Anwendungsbeispiel

Bestimmung von Kupfer, hauptsächlich in Kupferbergbau- und Raffinierungslösun-

gen. Desweitern kann die Methode in der Bestimmung der Reinheit von Kupfermetal-

len zum Einsatz kommen. Es werden optimale Ergebnisse erzielt, wenn Aliquote,

welche Kupfer im Bereich von ca. 3 – 6 mmol Cu enthalten, titriert werden.

(http://produkte.metrohm.com/applications/branche/halbleiter/prod-AN-H-043.aspx)

3 Praktischer Teil

3.1 Chemikalien und Geräteparameter

3.1.1 Verwendete Geräte

Magnetrührwerk

Metrohm Dosimat

Heizplatte

pH-Meter

Erlenemyerkolben (300 mL)

Masskolben (100 mL)

Bechergläser (150 mL)

Vollpipetten (20 mL)

3.1.2 Verwendete Chemikalien:

Chemikalien Reinheit Firma

Ammoniak conc. intern

cis-Bis(glycinato)kupfer(II) - intern

entionisiertes Wasser - intern

Essigsäure conc. intern

Kaliumiodat puriss. p.a. Fluka

Kaliumiodid - intern

Natriumthiosulfatlösung 0.1 mol/L (Titrisol) Merck

Probe: Nr 102 (3) Cu - intern


Salpetersäure conc. intern

Salzsäure verd. intern

Stärke - intern

3.2 Durchführung

Analog Vorschriften 3.5 Aufschluss von Legierungen-Messing und 4.9 Iodometrie.

Bemerkungen:

Der Aufschluss muss in der Kapelle durchgeführt werden, da giftige nitrose

Gase entstehen.

Aus den aufgeschlossenen Lösungen (bei 20°C temperiert) wurde jeweils

20mL für die Cu-Gehaltsbestimmung entnommen. (Aliquot = 5)

3.3 Resultate, Messdaten, Auswertung

3.3.1 Titerbestimmung Natriumthiosulfat 0.1 mol/L

Einwaagen Verbrauch Titer

KIO3 Na2S2O3

[g] [mol] [mL]

0.1096 0.00051 30.804 0.9976

0.1103 0.00052 30.916 1.0003

0.1071 0.00050 30.838 0.9738

Mittelwert:

0.9906

Titer Natriumthiosulfatlösung = 0.9906

Berechnung

Reaktionsgleichung:

IO3- + 5 I- + 6 H+ → 3 I2 + 3 H2O

3 I2 + 6 Na2S2O3 → 6 NaI + 3 Na2S4O6


allgemeine Berechnung:

Beispiel: Bestimmung 1

3.3.2 Cu-Gehaltsbestimmung mittels Iodometrie

Probe Nr. 102 (3), Cu

Einwaagen Verbrauch Cu-Gehalt

Aufschluss KI Na2S2O3

[g] [g] [mol] [mL] [%]

0.6582

3.0150 0.01816 13.510 64.60

3.0151 0.01816 13.472 64.42

3.0409 0.01832 13.560 64.84

0.5920

3.0048 0.01810 12.130 64.49

3.0258 0.01823 12.160 64.65

3.0139 0.01816 12.178 64.74

Mittelwert:

64.62

Standardabweichung:

0.16

w(Cu2+) = 64.62% ± 0.16%


cis-Bis(glycinato)kupfer(II) (Syntheseprodukt vom 22.09.2008)

Einwaagen Verbrauch Cu-Gehalt

Aufschluss KI Na2S2O3

[g] [g] [mol] [mL] [%]

0.1002

3.0101 0.01813 0.976 30.66

2.9996 0.01807 0.946 29.71

3.0007 0.01808 0.960 30.15

0.0993

3.0246 0.01822 0.976 30.93

3.0169 0.01817 0.946 29.98

2.9976 0.01806 1.000 31.69

Mittelwert:

30.52

Standardabweichnung:

0.73

w(Cu2+) = 30.52% ± 0.73%

Berechnung

Reaktionsgleichung:

2 Cu2+ + 4 I- → 2 CuI + I2

I2 + 2 S2O32- → 2 I- + S4O6

2-

allgemeine Berechnung:

Beispiel: Probe Nr. 102 (3), Cu; 1.Bestimmung


3.4 Validierung der Resultate/ Fehlerrechnung

Für die erhaltenen Resultate gelten die allgemeinen Fehler, welche bei einer Titration

entstehen können (z.B. falsches Pipettieren, Übertitration, usw.). Der Umschlag war

aber gut zu erkennen, sodass eine Übertitration ausgeschlossen werden kann.

4 Diskussion und Ausblick

Der Versuch liess sich mit den vorhandenen Vorschriften ohne Probleme durchfüh-

ren.

Messing besteht ja unteranderem auch noch aus Zink. Warum das Zink nicht eben-

falls mit dem Iodid reagiert und somit für das Ergebnis relevant wird, können wir uns

nur durch das Redoxpotential von Zink erklären (Kupfer ist edler als Zink und viele

andere Metalle). Zudem kann Zink nur die Oxidationsstufen +II und 0 annehmen,

Kupfer allerdings zusätzlich die Oxidationsstufe +I, was wiederum beim Redoxpoten-

tial hilft (Zwischenschritt möglich).

Es ist darauf zu achten, dass nicht in einem zu saurem Milieu titriert wird. Weil das

Kupfer(I)iodid in starken Mineralsäuren (wie hier die Salpetersäure) löslich ist und es

so passieren könnte, dass das Kupfer(I) mit Luftsauerstoff zu Kupfer(II) oxidiert wird,

was einen Mehrverbrauch an Thiosulfatlösung zur Folge hätte. Darum ist es sehr

wichtig, dass die Lösung mit Ammoniak neutralisiert wird und dann nur schwach mit

Essigsäure angesäuert wird.

5 Literaturverzeichnis

http://www.eusdb.de. (Zugriff am 2.. November 2008).

Schönberg, H.: Praktikum in allgemeiner Chemie. „Laboratorium für

anorganische Chemie“

ETH Zürich (2003)

www.wikipedia.de. (Zugriff am 2.. November 2008).

http://produkte.metrohm.com/applications/branche/halbleiter/prod-AN-H-043.aspx

(Zugriff am 2. November 2008)


6 Anhang

6.1 Sicherheitsdaten

Name Natriumthiosulfatlösung (0.1mol/L)

Physikalische Daten Löslichkeit in Wasser bei 20°C: löslich

Dichte (20°C): ~1.01 g/cm3

pH (20°C): ~9-10

Gefahrensymbol -

R- und S-Sätze -

Entsorgung Kategorie D (Salzlösungen)

Name Kaliumiodat (puriss. p.a.)


Dichte (20°C): 3.98 g/cm3

pH (20°C): ~6

Smp: 560°C

Gefahrensymbol -

R- und S-Sätze R8


Name Kaliumiodid


Dichte (20°C): 3.13 g/cm3

pH (20°C): ~6.9

Smp: 686°C

Sdp: 1330°C

Gefahrensymbol -

R- und S-Sätze -



Name Salpetersäure conc.

Physikalische Daten Dichte (20°C): 1.39 g/cm3

pH (20°C): 0

Smp: ~32°C

Sdp: 122°C

Gefahrensymbol

ätzend

R- und S-Sätze R35

S 23.2-26-36/37/39-45

Entsorgung Kategorie D (anorganische Säure)

Name Ammoniak conc.

Physikalische Daten Dichte (20°C): 0.88 g/cm3

Smp: -91.5°C

Sdp: 24.7°C

Gefahrensymbol

ätzend

umweltschädigend

R- und S-Sätze R34-50

S 26-36/37/39-45-61

Entsorgung Kategorie D

Name Essigsäure verd.

Physikalische Daten -

Gefahrensymbol

ätzend


S 23.2-26-36/37/39-45



Name Salzsäure verd.

Physikalische Daten -

Gefahrensymbol

ätzend


S 26-36/37/39-45


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