Медь – один из самых изученных и распространённый металлов на земле. Это очень важный металл для современного общества, так как все провода состоят из меди или её сплавов в связи с отличной электропроводимостью. Этот металл так же важен и для нашей страны так как мы входим в топ 10 стран по её добыче, и основными поставщиками меди являются заводы в близи города Екатеринбурга.

Медь перед тем как появиться в лаборатории проходит длинный путь и по мере его прохождения важно следить за концентрацией меди и лучше всего для этого подходит спектрофотометрический метод, который имеет ряд приемуществ такие как: высокая точность; доступность; экспрессность анализа и.т.д.

По мимо этого методика работы представленной в данной курсовой, а если точнее: «определение ионов меди(II) в водном растворе спектрофотометрическим методом» в связи с легкостью и доступностью данной методики, а так же потому что данная методика не требует много реактивов.

Цель работы: спектрофотометрическое определение ионов меди(II) в водном растворе.

Задачи:

• Изучение литературных источников и нормативных документов;
• Рассмотрение методов определения меди;
• Рассмотрение метода спектрофотометрического определения ионов меди(II);
• Реализация методики определение ионов меди(II) в водном растворе спектрофотометрическим методом.

1. Литературный обзор

1.1 Характеристика меди и его соединений.

1.1.1 Медь как химический элемент

Медь (Cu от лат. Cuprum) — элемент одиннадцатой группы четвёртого периода (побочной подгруппы первой группы) Периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева, с атомным номером 29. Простое вещество медь — это пластичный металл золотисто-розового цвета (розового цвета при отсутствии оксидной пленки). С давних пор  широко используется человеком [1].

Медь – один из семи металлов, известный с глубокой древности. По некоторым археологическим данным медь была известна египтянам еще за 4000 лет до Рождества Христова. Знакомство человечества с медью относится к более ранней эпохе, чем с железом. Это объясняется более частым нахождением меди в самородном состоянии и более легким ее получением из соединений [2].

Где и когда был открыт метод выплавки меди из руд неизвестно. Скорее он был открыт случайно. Самородная медь всегда встречалась совместно с рудой. И вот во время нагрева самородка в раскаленных углях костра кусочки медной руды, прилипшие к самородку, тоже превратились в медь – восстановились углеродом.

Руды меди часто встречаются совместно с рудами цинка, олова. Такие руды восстанавливаются легче и дают сплавы меди более твердые, чем сама медь. Эти сплавы называются бронзами, а время, в течение которого человек широко использовал бронзу, - бронзовым веком. Название “бронза” произошло от названия небольшого итальянского города Бриндизи, через который среди прочих товаров шла торговля изделиями из сплава меди с оловом. Этот сплав назвали медью из Бриндизи, а затем-бронзой [3].

Первобытная тяга человека к меди основывалась на свойстве пластичности, позволяющей придавать этому металлу требуемую форму путем несложной обработки.

Медь легко поддается гравировке, нанесению резьбы, оставаясь при этом достаточно прочным. Современная ценность меди, как металла – высокие показатели проводимости: электрической и тепловой.

Подобная информация позволяет выделить основные направления поиска этого цветного металла в виде отходов и лома.

Удельный вес меди, составляющий округленно 8.9 г/см3, также полезен сборщику металлолома. Зная объем собранного лома, в частности проводов, жил, легко рассчитать его оценочный вес [4].

Экспериментальные исследования С. А. Семёнова с сотрудниками показали, что, несмотря на мягкость меди, медные орудия труда по сравнению с каменными дают значительный выигрыш в скорости рубки, строгания, сверления и распилки древесины, а на обработку кости затрачивается примерно такое же время, как для каменных орудий.

Медь — золотисто-розовый пластичный металл, на воздухе быстро покрывается оксидной плёнкой, которая придаёт ей характерный интенсивный желтовато-красный оттенок. Тонкие плёнки меди на просвет имеют зеленовато-голубой цвет.[1]

Сплавы, содержащие в своём составе медь, обладают высокими антикоррозийными свойствами, хорошо сопротивляются износу и имеют высокие технические и механические характеристики.[5]

Взвешивая «чистый» металл и его сплавы на весах прибыльности при сдаче металлолома, можно сказать, что стоимость первого в полтора – два раза выше. Однако весовое содержание меди в металлических конструкциях часто уступает на выходе ее сплавам.

Так, медные сплавы можно обнаружить среди пришедших в негодность изделий сантехники: водопроводные краны, вентили, душевые шланги и трубки. Многие старые светильники, дверная фурнитура также изготовлены из медных сплавов, однако верх пьедестала, по весовому содержанию, занимают радиаторы отопления.

Непосредственно медь стоит искать среди бытовых приборов, желательно уже выработавших свой эксплуатационный ресурс:

• ламповый телевизор — 1,5 кг;
• полупроводниковый ТВ приемник – 0,5 кг;
• компрессионный холодильник – около килограмма в двигателе, еще (столько же могут содержать трубки радиатора);
• электродвигатели – в среднем килограмм на киловатт мощности;

Незаслуженно обходят вниманием магнитные пускатели, хотя оборудование помимо обмотки содержит медь в шинах. Небольшое содержание металла, менее килограмма принесут автомобильные стартеры и генераторы, дроссели люминесцентных ламп, трансформаторы, реле, компрессоры холодильников.

Медь находится на втором месте по популярности среди всех цветных металлов. Основной источник получения меди – это медная руда, которую добывают в многочисленных месторождениях сланца и песчаника.

Чистый металл имеет красно-розовый цвет и характеризуется высокими показателями тепло- и электропроводности. К примеру, по уровню теплопроводности она лучше железа в 6 раз.

Физические свойства меди не могли остаться незамеченными в промышленности. Ее высокая электропроводность позволяет использовать металл при изготовлении электродов, проводов, особенно силовых кабелей (марка М0). Относительная химическая инертность меди нашла применение металлу в узлах аппаратуры для работы с огнеопасными веществами [4].

Бескислородная М0 (0,001% O2) и раскисленная М1 (0,01% О2) медь широко применяется в электронике, электровакуумной технике, в электротехнической промышленности.

Медь бывает разных марок: М00, М0, М1, М2 и М3. Марки меди определяются чистотой её содержания.

В меди марок М1р, М2р и М3р содержится 0,01% кислорода им 0,04% фосфора. В составе меди марок М1, М2 и М3 процентное содержание кислорода составляет 0,05-0,08 %.

Марка М0б характеризуется полным отсутствием кислорода. Процентное содержание кислорода в марка МО составляет до 0,02%.

В зависимости от того, как примеси взаимодействуют с медью, они подразделяются на три группы:

• Примеси, которые образуют с медью твёрдые растворы – никель, сурьма, алюминий, цинк, железо, олово и др. Эти примеси оказывают существенное влияние на электропроводность и теплопроводность меди, снижая их. Ввиду этого в качестве проводников тока используют медь М0 и М1, в состав которых входит не более 0,002 As и 0,002 Sb. Горячая обработка давлением затрудняется, если в ней содержится сурьма.
• Примеси, которые практически не растворяются в меди – висмут, свинец и др. Практически не влияют на электропроводность меди, но затрудняют её обработку давлением.
• Хрупкие химические соединения, образующиеся в примеси меди с серой и кислородом. Кислород, входящий в состав меди, в значительной мере снижает её прочность и уменьшает электропроводимость. Сера способствует улучшению обрабатываемости меди резанием [5].

Как в форме чистого металла, так и в сочетании со сплавами медь применяется в разных промышленных областях. Ее свойства позволяют активно применять этот металл электротехники. Свыше 50% добытого металла используется для производства всевозможных электроприборов и электропередач.

Высокие показатели электро- и теплопроводности обуславливают широкое использование меди в строительной отрасли. Как известно, металл отличается устойчивостью к отрицательному действию коррозии и ультрафиолетовых лучей, также не деформируется в условиях резких колебаний температурного режима.

Нахождение в природе. Общее содержание меди в земной коре сравнительно невелико (0,01 вес.%), однако она чаще, чем другие элементы встречается в самородном виде. Медь входит в состав более чем198 минералов.

• Куприт – Cu2O
• Медный блеск – Cu2S
• Халькопирит – CuFeS2
• Малахит – (CuOH)2CO3
• Самородная медь.

Получение меди:

В лаборатории: СuSO4 + Fe = FeSO4 + Cu

В промышленности:

• Cu2S + 2O2 = 2CuO + SO2↑
• 2CuO +Cu2S = 4Cu + SO2↑
• эл-з
• 2СuSO4 + 2H2O =2Cu + O2↑ + 2H2SO4

Химические свойства:

1. Взаимодействие с простыми веществами:

• Cu +Cl2 + CuCl2 (в присутствии влаги)
• 2Cu +O2 = 2CuO при нагревании
• Cu +S = CuS сульфид меди (II)
• 3Cu + 2P = Cu3P2 фосфид
• 2Cu + Si = Cu2Si силицид

Во всех этих реакциях медь проявляет свойства восстановителя.

Взаимодействие меди со сложными веществами: в ряду напряжений металлов медь стоит после водорода и не способна вытеснять водород из растворов кислот. Медь растворяется только в кислотах окислителях:

Азотной и концентрированной серной при кипячении.

• Cu + H2SO4 (к) = CuSO4 + SO2↑ + 2H2O
• 3Cu + 8HNO3(p) = Cu(NO3)2 + 2NO↑+ 4H2O
• Cu + 4HNO3(к) = Cu(NO3)2 + 2NO2↑+ 2H2O
• Cu + 2FeCl3 = CuCl2 + 2FeCl2
• Cu + CuCl2 = 2CuCl
• Cu + HgCl2 = Hg + CuCl2

Во влажном воздухе медь окисляется медленно, покрываясь зеленой пленкой

• 2Cu + H2O + СO2 + О2 = (CuOH)2CO3

Медь растворяется в аммиаке, образуя комплексное соединение:

• 2Сu + 8NH4OH + O2 = 2[Cu(NH3)4](OH)2 + 6H2O [2]

В соединениях медь проявляет две степени окисления: +1 и +2. Первая из них склонна к диспропорционированию и устойчива только в нерастворимых соединениях (Cu2O, CuCl, CuI и т. п.) или комплексах (например, [Cu(NH3)2]+). Её соединения бесцветны. Более устойчива степень окисления +2, которая даёт соли синего и сине-зелёного цвета. В необычных условиях и комплексах можно получить соединения со степенью окисления +3, +4 и даже +5. Последняя встречается в солях купраборанового аниона Cu(B11H11)23−, полученных в 1994 году.[3]

1.1.2 Соединения меди

Соединения меди (I). Степени окисления +1 соответствует оксид Cu2O красно-оранжевого цвета. Соответствующий гидроксид CuOH (жёлтого цвета) быстро разлагается с образованием оксида. Гидроксид CuOH проявляет основные свойства.

Многие соединения меди +1 имеют белую окраску либо бесцветны. Это объясняется тем, что в ионе Сu+ все пять Зd-орбиталей заполнены парами электронов.

Ионы меди (I) в водном растворе неустойчивы и легко диспропорционируют:

• 2Cu⁺→Cu²⁺ + Cu↓

В то же время медь (I) встречается в форме соединений, которые не растворяются в воде, либо в составе комплексов. Например, дихлорокупрат(I)-ион [CuCl2]− устойчив. Его можно получить, добавляя концентрированную соляную кислоту к хлориду меди(I):

• CuCl + Cl^- →[CuCl₂]^-

Свойства соединений меди (I) похожи на свойства соединений серебра (I). В частности, CuCl, CuBr и CuI нерастворимы. Также существует нестабильный сульфат меди(I).

Соединения меди (III) и меди (IV). Степени окисления III и IV являются малоустойчивыми степенями окисления и представлены только соединениями с кислородом, фтором или в виде комплексов.

Оксид меди(III) не получен. Под этим названием описаны различные купраты(III).

Гексафторкупраты (III) и (IV) получают действием фтора на соли меди и щелочных металлов при нагревании под давлением. Они бурно реагируют с водой и являются сильными окислителями.

Комплексы меди (III) с ортопериодатами и теллуратами относительно стабильны и предложены как окислители в аналитической химии. Описано много комплексов меди(III) с аминокислотами и пептидами.

Соединения меди (II). Степень окисления II — наиболее стабильная степень окисления меди. Ей соответствует чёрный оксид CuO и голубой гидроксид Cu(OH)₂, который при стоянии легко отщепляет воду и при этом чернеет:

• Cu(OH)₂→CuO + H₂O

Гидроксид меди(II) носит преимущественно основный характер и только в концентрированной щелочи частично растворяется с образованием синего гидроксокомплекса. Наибольшее значение имеет реакция гидроксида меди(II) с водным раствором аммиака, при которой образуется так называемый реактив Швейцера (растворитель целлюлозы):

Cu²⁺ + 4NH3 → [Cu(NH₃)₄]²⁺

Соли меди(II) образуются при растворении меди в кислотах-окислителях (азотной, концентрированной серной). Большинство солей в этой степени окисления имеют синюю или зелёную окраску. При растворении солей меди(II) в воде или при взаимодействии оксида меди(II) с кислотами образуются голубые аквакомплексы [Cu(H2O)⁶]²⁺.

Соединения меди(II) обладают слабыми окислительными свойствами, что используется в анализе.

Карбонат меди(II) имеет зелёную окраску, что является причиной позеленения элементов зданий, памятников и изделий из меди и медных сплавов при взаимодействии оксидной плёнки с углекислым газом воздуха в присутствии воды. Сульфат меди(II) при гидратации даёт синие кристаллы медного купороса CuSO4∙5H2O, используется как фунгицид.

Оксид меди(II) используются для получения оксида иттрия бария меди (YBa2Cu3O7-δ), который является основой для получения сверхпроводников.[1]