Методика комплексонометрического определения ионов никеля в растворе химического никелирования

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

Введение……………………………………………………………………...………3

Глава 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ…………………………………...……….……….4

1.1   Комплексонометрическое определение никеля………………………………4

1.2 Индикаторы, используемые при титровании никеля………………………….4

1.3 Комплексоны, используемые при титровании никеля…………………..…....9

1.4 Комплексы никеля с глицином………………………………………………..10

Глава 2. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА………………………………...…….11

2.1 Подготовка анализируемых растворов………………………………………11

2.2 Подготовка аммиачного буфера…………………………………………….....11

2.3 Подготовка мурексида………………………………………….…………....11

2.4 Титрование………………………………………………………………...…..11

Глава 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ…………………………….12

ВЫВОДЫ……………………………………………………………..…………….16

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ………………………………………………………….17

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

Никелевые покрытия широко применяются промышленности. Никелевые покрытия обладают высокой коррозионной стойкостью, достаточно высокой твердостью и высокими декоративными свойствами. Блеск никелевых покрытий похож на аналогичный блеск хромовых покрытий. Среди главнейших в современной технике металлов никелю принадлежит одно из первых мест. Никель обладает ценными химическими и высокими механическими свойствами.  Не случайно, что в течение многих лет в общем потреблении никеля расход его в качестве сплавов или легирующего элемента составляет более 80%. Остальная часть никеля применяется в чистом виде (8%) или для никелевых защитных покрытий (около 10%).

Комплексонометрическое титрование находит практическое применение при определении никеля в гальванических ваннах, аккумуляторной жидкости, ферритах, марганцевых катализаторах и сплавах, в сплавах с медью, с железом. Кроме того, никель определяют в кобальте и его солях после предварительного отделения, в сталях после отделения его в виде диметилглиоксимата  и сплавах с ниобием.

Цель работы: отработать методику комплексонометрического определения ионов никеля в растворе химического никелирования.

Задачи работы:

1) определить влияние  концентрации ионов никеля на точность анализа;

2) определить изменение точности титриметрического метода в комплексном электролите с ростом концентрации глицина.

 

 

 

Глава 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1 Комплексонометрическое определение никеля

Комплексоны, особенно этилендиаминтетрауксусная кислота (ЭДТА) и ее натриевая соль, часто применяются для титриметрического определения никеля. Образуется соединение с соотношением металла к лиганду  1:1.

Для установления точки эквивалентности при прямом титровании соли никеля раствором ЭДТА пользуются такими индикаторами как эриохром черный  Т, мурексид,  пирогаллоловый красный и д. р..

При титровании солей никеля раствором Трилона Б необходимо учитывать ряд особенностей. Визуальному титрованию мешает зеленовато-голубая окраска комплексоната никеля, поэтому всегда титруют разбавленные растворы. Кроме того, ионы никеля взаимодействуют с раствором Трилона Б при обычной температуре медленно, поэтому в большинстве случаев титруют при нагревании до 80 ⁰С.

1.2 Индикаторы, используемые при титровании никеля

Эриохром черный Т

Рис. 1.1 Эриохром черный Т

образует с ионами никеля слишком устойчивое соединение, что препятствует прямому титрованию раствором  трилона Б. При обратном титровании избытка трилона Б раствором соли магния в щелочной среде или соли цинка удается получить хорошие результаты. Вместо эриохромчерного Т можно применять эриохромголубой SE или метоомегахром голубой BBL, а также омегахром черный PPV.

Все три названные выше индикатора имеют преимущества перед эриохромчерным Т, так как позволяют проводить прямое определение ионов никеля. По сравнению с мурексидом они дают более резкий переход окраски в точке эквивалентности.

Для прямого определения никеля применяется индикатор глиционафтолфиолетовый, который образует в щелочных растворах с ионами никеля соединение красно-фиолетового цвета.

Кроме того, при титровании ионов никеля применяется индикатор солохромчерный Т. В кислой и слабощелочной среде хорошие результаты получены с нафтилазоксином-S, а также солохромпрочным Navy 2R.

Рис. 1.2 Солохромчерный Т

Пирокатехиновый фиолетовый дает возможность титровать ионы никеля в щелочной среде прямым методом, а в кислой среде – методом обратного титрования.

Рис. 1.3 Пирокатехиновый фиолетовый

Преимущество последнего метода заключается в том, что никель в отличие от большинства элементов образует с комплексоном устойчивое в кислой среде соединение. Это позволяет определять никель в присутствии марганца, кобальта и щелочноземельных элементов. При обратном титровании избыток трилона Б оттитровывают солями висмута.  Но висмут образует с трилоном Б более устойчивое соединение, чем никель, поэтому для замедления реакции вытеснения ионов никеля висмутом титрование ведут при 0⁰С. В этом случае никель вытесняется из комплекса с очень малой скоростью.

Пирогаллоловый красный и бромпирогаллоловый красный в отличие от пирокатехинового фиолетового образуют более устойчивые в щелочной среде комплексы, и никель может быть прямо оттитрован раствором трилана Б.

Никель можно титровать также в кислой среде в присутствии ксиленолового оранжевого как индикатора.

 

Рис.1.4 Ксиленоловый оранжевый

При прямом титровании окраска раствора недостаточно резко изменяется от красной до желтой. Поэтому обычно добавляют избыток  трилона Б и титруют его раствором TlCl3, Th(NO3)4, Zn(CH3COO)2 или Bi(NO3)3.

Для прямого титрования никеля также может быть использован хромазурол-S. Никель реагирует с этим индикатором при рН 7,5.

Метод титрования никеля в аммиачной среде с использованием мурексида (аммонийная соль пурпуровой кислоты) применяется наиболее часто.

Рис. 1.5 Мурексид

В случае, если содержание аммиака недостаточно высоко, окраска изменяется из желтой через оранжево-красную в фиолетовую. Более четкий переход окраски наблюдается при использовании в качестве внутреннего светофильтра метиленового голубого.  В аммиачной среде медь, кобальт, кальций  образуют прочные комплексы с мурексидом и, следовательно, мешают определению никеля. Титрованием с мурексидом невозможно определить микроколичество никеля вследствие нечеткой точки эквивалентности. Для этой цели с успехом может быть применен индикатор пиридилазонафтол.

Рис. 1.6 Пиридилазонафтол

Прямое титрование раствором трилона Б с этим индикатором невозможно, поскольку он образует очень стабильный комплекс с никелем, и реакция с комплексоном протекает медленно, несмотря на повышение температутры. Поэтому рекомендуется проводить обратное титрование избытка трилона Б растворами солей меди.

Для титрования никеля рекомендуется пиридилазорезорцин,

Рис. 1.7 Пиридилазорезорцин

который позволяет вести прямое титрование никеля трилоном Б при рН 5-6 и 90 ⁰С. Переход окраски от оранжевой к желто-зеленой настолько отчетлив, что ошибка титрования не превышает обыема одной капли.

Очень удобным индикатором для комплексонометрического определения никеля является азоксин. С этим индикатором возможно прямое титрование никеля при рН 5,5-6,5; определению не мешают кальций, магний. В точке эквивалентности наблюдается резкий переход окраски. Возможно использование лимонной кислоты для маскирования U, Th? Zr, тиомочевины  для Cu.

При комплексонометрических титрованиях никеля применяется дитизон. Титрование ведется прямым методом. Соль никеля находится в водной фазе. Индикатор находится в органической фазе (ССl4). Этот метод мало удобен  из-за наличия двух фаз, от интенсивности перемешивания которых зависит точность определения.

1.3 Комплексоны, используемые при титровании никеля

Кроме двунатриевой соли этилендиаминтетрауксусной кислоты, для титрования ионов никеля могут применяться другие комплексоны, например нитрилотриуксусная кислота. Двунатриевая соль этой кислоты (Na2HX), будучи сама нейтральной (рН 6,8 при концентрации 10-3 М), выделяет при взаимодействии с нейтральной солью никеля эквивалентное количество ионов водорода

HX2-+Ni2+↔ NiX-+H+,

Которые оттитровывают раствором щелочи с кислотно-основными индикаторами, лучше всего метиловым красным.

Другой вариант этого метода заключается в титровании раствора соли никеля, нейтрализованного до рН 5, трехзамещенной солью нитрилотриуксусной кислоты; наблюдается скачок на кривой титрования при рН 5,5-7,8; удобен индикатор нейтральный красный. На том же принципе основано титрование никеля урамилдиуксусной кислотой.

Скачок на кривой титрования при оттитровывании щелочью выделившихся ионов водорода находится в интервале рН 4,6-8,0, а в случае прямого титрования при рН от 6,0 до 8,5.

Было предложено определять никель с помощью гидроксиэтилэтилендиаминтриуксусной кислоты. В этом случае к раствору соли никеля прибавляют избыток реагента, который оттитровывают раствором соли меди с флуоресцентными индикаторами метилкальцеином  и метилкальцеинсиним. Возможно использование нитролотриуксусной кислоты.

1.4 Комплексы никеля с  глицином

В растворах, содержащих соль никеля и глицин, устанавливаются сложные ионные равновесия, определяемые наличием в молекуле глицина двух донорных атомов – азота и кислорода, имеющих различное сродство к протону и иону металла и способных одновременно или каждый в отдельности связываться с ионом металла в зависимости от его природы, рН и концентрационных условий (соотношение компонентов и их абсолютных концентраций). Различными методами (рН потенциометрии, спектрофотометрии и др.) доказано существование в водных растворах следующих комплексов никеля с глицином: , , , в которых глицин благодаря хелатному эффекту координирован бидентатно:

 

 

Глава 2. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА

2.1 Подготовка анализируемых  растворов

Для анализа готовили две серии растворов:

1) растворы соли никеля с концентрациями 0.024 М, 0.040 М, 0.080 М, 0.120 М, 0.200 М и 0.400 М;

2) растворы соли никеля  в присутствии аминоуксусной кислоты. Концентрация соли никеля во всех растворах была равна 0.08 М, концентрация аминоуксусной кислоты в каждом растворе была различна и составляла 0.0024 М, 0.04 М, 0.08 М, 0.12 М, 0.2 М, 0.4 М.

2.2 Подготовка аммиачного  буфера

Для подготовки раствора аммиачного буфера использовали 20 г  хлорида аммония NH4Cl, 100 мл NH3  и доводили до 1 л дистиллированной водой.

2.3 Подготовка мурексида

1 г мурексида смешали с 99 г NaCl, тщательно все перетерли в ступке до однородной массы.

2.4 Титрование

1 мл раствора соли никеля  помещали в колбу на 250 мл, прибавляли 50 мл дистиллированной  воды, 10 мл  аммиачного буфера, немного мурексида и титровали трилоном Б (концентрации 0.005 М и 0.05 М) до перехода желтой окраски в ярко-фиолетовую. Серию растворов с аминоуксусной кислотой титровали два раза. Первый раз без подщелачивания, второй раз вблизи точки эквивалентности приливали 5 мл NaOH.

 

 

 

Глава 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ