Изучение спектра поглощения раствора аммиаката меди

Теоретическая часть

I. Сущность метода

Количественное определение веществ по светопоглощению основано на применении закона Бугера – Ламберта – Бера. Измеряют оптическую плотность стандартных растворов (т.е. растворов с известной концентрацией) определяемого вещества на фотоколориметре и в тех же условиях – оптическую плотность исследуемого раствора. Затем расчётным или графическим методом находят неизвестную концентрацию.

При действии избытка аммиака на раствор соли меди появляется интенсивное сине – фиолетовое окрашивание, вызываемое образованием комплексных ионов. Процесс взаимодействия ионов меди с аммиаком носит ступенчатый характер:

Сu²⁺ + NH₃ = [Сu(NH₃)]²⁺

Сu²⁺ + 2NH₃ = [Сu(NH₃)₂]²⁺

Сu₂₊ + 3NH₃ = [Сu(NH₃)₃]²⁺

Сu²⁺ + 4NH₃ = [Сu(NH₃)₄]²⁺

Так как устойчивость образующихся комплексов различается мало (значения логарифмов ступенчатых констант устойчивости соответствующих комплексов: lgβ₁ = 3,99; lgβ₂ = 7,33; lgβ₃ = 10,16; lgβ₄ = 12,03), то в растворе будет находиться смесь нескольких аммиакатов меди, количественное соотношение которых зависит от концентрации аммиака, присутствующего в растворе.

Для аналитических целей необходимо выбирать такую концентрацию аммиака, при которой в растворе будет преобладать один из комплексов. Расчёты показывают, что медь связывается практически в единственный комплекс [Cu(NH₃)₄]²⁺, начиная с lg[NH₃] = 1.

Окраска аммиаката меди обусловлена d → d* – переходами вследствие расщепления основного электронного состояния ионов меди в поле лигандов. Молярный коэффициент поглощения тетрааммиаката меди при λ = 640 нм равен 1,2*10². Низкое значение ε позволяет определять достаточно высокие концентрации ионов меди.

Определению аммиаката меди мешают ионы металлов, образующие окрашенные аммиакаты, например, кобальт и никель, или труднорастворимые гидроксиды железа, свинца, алюминия.

Существуют методы определения органических соединений и функциональных групп, основанные на реакции между известным избытком иона металла и веществом, которое необходимо определить. Так, биологические жидкости, шоколады, сладости и напитки, полученные за счет ферментации, можно проанализировать на сахар, если пробы обработать щелочным раствором меди (II); последняя восстанавливается сахаром до нерастворимого Cu₂O, а о количестве сахара можно судить по тому, сколько образовалось оксида меди, либо – что еще проще – сколько меди (II) осталось в растворе.

II. Реактивы и оборудование:

1. CuSO4, стандартный раствор, 1 мл раствора содержит 1,6 мг меди.

2. Аммиак, разбавленный (1:1) водный раствор.

3. Мерные колбы емкостью 10 мл.

4. Пипетки емкостью 10 мл.

5. Мерный цилиндр емкостью 50 мл.

6. Фотоэлектроколориметр КФК-2.

Цель работы: ознакомление с теоретическими основами фотометрического метода физико-химического анализа; получение представления о равновесии в растворах координационных соединений; определение концентрации меди (II) в контрольном образце.

Практическая часть

Изучение спектра поглощения раствора аммиаката меди

В мерную колбу вместимостью 100 мл налили при помощи пипетки 10,00 мл раствора сульфата меди, после чего прибавили мерным цилиндром 30 мл раствора аммиака, разбавили раствор дистиллированной водой до метки и перемешали. Одновременно приготовили такое же количество раствора сравнения, для чего в мерную колбу емкостью 100 мл ввели 30 мл раствора аммиака и дистиллированной водой разбавлили до метки. Измерили оптическую плотность раствора аммиаката меди при различных светофильтрах, в интервале длин волн от 315 до 700 нм, в кюветах с толщиной поглощающего слоя 30 мм, относительно раствора сравнения. По полученным данным построили график зависимости оптической плотности (А) от длины волны (λ). Выбрали светофильтр с длиной волны максимального поглощения.