Курсовая работа: Принципы определения примесей арсена в неизвестном минерале
Курсовая работа: Принципы определения примесей арсена в неизвестном минерале
Міністерство освіти науки України
Харківський національний університет ім. В.Н. Каразіна
Кафедра хімічно метрології
Курсова робота
ПРИНЦИПИ ВИЗНАЧЕННЯ СУПУТНІХ ДОМІШОК АРСЕНУ В НЕВІДОМОМУ МІНЕРАЛІ
студента гр. Х-124
хімічного факультету
КОЛІСНИКА ОЛЕКСІЯ ВАСИЛЬОВИЧА
Наукові керівники
к.х.н., доцент
А.В. Дрозд
к.х.н., доцент
В.В. Мельник
ХАРКІВ 2009
Реферат
Курсовая работа содержит: 45 страниц, 4 рисунка, 8 таблиц, 1 приложение, 10 источников.
Объектом исследования является неизвестный минерал, который используется в промышленности.
Цель курсовой работы - количественное определение примесей мышьяка в неизвестном минерале, минерал, в свою очередь, необходимо определить на основании макроскопического исследования и качественного анализа; сделать вывод о составе и происхождении минерала.
В результате выполнения курсовой работы, основываясь на литературных данных был подобран метод количественного определения мышьяка, который обладает доступностью оборудования и дешевизной.
АНТИМОНИТ, ГЕТЕРОПОЛИКИСЛОТА, МИНЕРАЛ, МЫШЬЯК, МЫШЬЯКОВОМОЛИБДЕНОВАЯ СИНЬ, НЕЙТРОННО-АКТИВАЦИОННЫЙ МЕТОД, ФОТОМЕТРИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ.
Реферат
Курсова робота містить: 45 сторінок, 4 малюнки, 8 таблиць, 1 додаток, 10 джерел.
Об'єктом дослідження є невідомий мінерал, який використовується в промисловості.
Мета курсової роботи - кількісне визначення домішок миш'яку в невідомому мінералі, мінерал, у свою чергу, необхідно визначити на підстав макроскопічного дослідження і якісного аналізу; зробити висновок про склад походження мінералу.
В результаті виконання курсової роботи на підстав літературних даних був підібраний метод кількісного визначення миш'яку, який володіє доступністю устаткування і дешевизною.
АНТИМОНІТ, ГЕТЕРОПОЛІКИСЛОТА, МІНЕРАЛ, АРСЕН, МИШ’ЯКОВОМОЛІБДЕНОВА СИНЬ, НЕЙТРОННО-АКТИВАЦІЙНИЙ МЕТОД, ФОТОМЕТРИЧНІ МЕТОДИ.
Abstract
A term paper contains: 45 pages, 4 pictures, 8 tables, 1 application, 10 sources.
Research object is unknown mineral, which is applied in industry.
The purpose of term paper is the quantitative determination of admixtures of arsenic in unknown mineral; mineral is necessary to be defined on the basis of macroscopic research and qualitative analysis; to make conclusion about composition and origin of mineral.
As a result of implementation of term paper based on literary information the method of quantitative determination of arsenic which possesses of availability of equipment and cheapness.
antimonite, Geteropolyacid, mineral, arsenic, arsenic-molybdenum blue, neutron-activation method, photometrical methods.
Содержание
Введение
1. Литературный обзор
1.1 Мышьяк. Общие сведения
1.1.1 Распространение в природе
1.1.2 Исторические сведения в тезисах
1.1.3 Получение
1.1.4 Свойства
1.1.5 Применение
1.2 Качественное обнаружение мышьяка
1.2.1 Хроматографические методы
1.2.2 Методы обнаружения мышьяка(III)
1.2.3 Методы обнаружения мышьяка(V)
1.3. Количественное определение мышьяка
1.3.1 Химические методы
1.3.1.1 Гравиметрические методы
1.3.1.2 Титриметрические методы
1.3.2 Физико-химические методы
1.3.2.1 Фотометрические методы
1.3.2.2 Флуоресцентные методы
1.3.2.3 Нефелометрические методы
1.3.2.4 Электрохимические методы
1.3.2.4.1 Полярографическое определение
1.3.2.4.2 Амперометрическое определение
1.3.2.4.3 Кулонометрические методы
1.3.2.5 Другие методы
1.3.3 Физические методы
1.3.3.1 Эмиссионный спектральный метод
1.3.3.2 Рентгенофлуоресцентный метод
1.3.3.3 Метод атомно-абсорбционной спектрофотометрии
1.3.3.4 Фотометрия пламени
1.3.3.5 Радиоактивационные методы
1.3.3.6 Радиометрические методы
2. Экспериментальная часть
2.1 Выбор метода для проведения эксперимента
2.2 Методика проведения эксперимента
2.2.1 Анализ неизвестного минерала (общий случай)
2.1.1.1 Предварительные испытания
2.1.1.2 Перевод вещества в раствор
2.1.1.3 Анализ катионов и анионов
2.2.2 Общая характеристика фотометрических методов определения мышьяка
2.2.2.1 Количественное определение мышьяка в неизвестном минерале
2.2.2.2 Реактивы и приборы
2.2.2.3 Ход анализа
2.3 Анализ полученных результатов
3. Техника безопасности
3.1 Общие положения
3.2. Общие правила безопасности
3.3 Последствия отравления соединениями мышьяка
Выводы
Список литературы
Приложение А
Введение
В условиях активного загрязнения окружающей среды и реальности экологического кризиса возрастает значение научных исследований, направленных на изучение состояния экосистемы, и практического использования результатов этих исследований. Различные минералы являются важнейшим связующим и информативным звеном экосистемы, так как под воздействием различных антропогенных и естественных факторов их компоненты переходят и в почву, и в воду, а значит и в организм человека. Большинство этих компонентов составляют опасность для жизни человека, поэтому необходимо знать их концентрацию. Одним из таких компонентов является мышьяк, количества которого нужно определять не только с выше указанной целью, но и со многими другими. Итак элемент № 33.
Мышьяк – элемент не очень распространенный, но достаточно широко известен; это элемент, свойства которого до несовместимости противоречивы. Так же трудно совместить и роли, которые играл и играет этот элемент в жизни человечества. В разное время, в разных обстоятельствах, в разном виде он выступает как яд и как целительное средство, как вредный и опасный отход производства, как компонент полезнейших, незаменимых веществ.
Значение мышьяка и его соединений очень велико. Он используется в качестве легирующего элемента при получении различных сплавов цветных металлов, баббитов, флюсов, для производства ядохимикатов, медицинских препаратов, органических аналитических реагентов, в кожевенной, стекольной, деревообрабатывающей и многих других отраслях промышленности.
Мышьяк принадлежит к высокотоксичным элементам, поэтому контроль за содержанием мышьяка в воздухе производственных помещений, в дымовых и горючих газах, в жидком и твердом топливе, в сточных и сбросных промышленных водах, в злаках, овощах, фруктах и кормах животных, подвергавшихся в вегетационный период обработке мышьякосодержащими ядохимикатами, имеет большое значение.
Мышьяк присутствует в черных и цветных металлах и их сплавах в качестве вредной примеси, его содержание необходимо контролировать. Особенно возросло значение аналитической химии мышьяка за последние десятилетия в связи с зарождением и бурным развитием полупроводниковой промышленности и производства веществ высокой чистоты.
Для мышьяка, как, пожалуй, ни для какого другого элемента, имеется много разнообразных высокочувствительных и высокоселективных и эффективных методов определения.
Особая проблема состоит в удалении мышьяка из отходящих газов, технологических вод и побочных продуктов переработки руд и концентратов цветных и редких металлов и железа. Наиболее перспективен способ захоронения мышьяка путем перевода его в практически нерастворимые сульфидные стекла.
1. Литературный обзор
1.1 Мышьяк. Общие сведения
Мышьяк (возможно, от слова «мышь»; в Древней Руси возникновение такого названия могло быть связано с применением соединений мышьяка для истребления мышей и крыс; латинское Arsenicum, от греческого Arsen сильный, мощный) As, химический элемент V группы периодической системы, атомная масса 74,9216. Поперечное сечение захвата тепловых нейтронов 4,2·10-28 м-2. Конфигурация внешней электронной оболочки 4s2 4р3; степени окисления –3, +3 и +5; энергии ионизации при последовательном переходе от As0 к As5+ соответственно равны 9,815, 18,62, 28,34, 50,1, 62,6 эВ; электроотрицательность по Полингу 2,1; атомный радиус 0,148 нм, ковалентный радиус 0,122 нм, ионные радиусы (в скобках указаны координационные числа) As3+ 0,072 нм (6), As5+ 0,047 нм (4), 0,060 нм (6), As3- 0,191 нм [1].
1.1.1 Распространение в природе
Содержание в земной коре 1,7·10-4% по массе. В природе один стабильный изотоп с массовым числом 75. Относится к рассеянным элементам, однако образует 160 собственных минералов. Редко встречается в самородном виде [1]. Важнейшие соединения с металлами – арсениды; в большинстве случаев они встречаются в изоморфных смесях с сульфидами. Наиболее всего распространен мышьяковый колчедан (ядовитый колчедан, арсенопирит), изоморфная смесь FeAs2 и FeS2, чаще всего с приблизительным составом FeAsS. Чистое мышьяковистое железо FeAs2 встречается в виде минерала лоллингита [2].
Из арсенидов следует упомянуть: белый никелевый колчедан NiAs2, красный никелевый колчедан (мышьяковистый никель) NiAs, шпейсовый кобальт СоАs2, кобальтовый блеск CoAsS, мышьяконикелевый колчедан (герсдорфит) NiAsS [2].
К иному типу относятся содержащие мышьяк блеклые руды, например теннантит (светлая блеклая руда 4Cu2S·As2S3) и мышьяковосеребряная обманка (светлая красная руда 3Ag2S·As2S3) [2].
Их следует рассматривать как тиоарсениты. К тиоарсенатам относится энаргит 3Cu2S·As2S5=Cu3 AsS4 [2].
В природе встречаются и сульфиды мышьяка: реальгар As4S4 и аурипигмент As2S3. Как продукт выветривания мышьяковистых руд встречается и окись мышьяка As2О3 (мышьяковый цвет, арсенолит) [2].
Мышьяк вообще настолько распространен в природе, что металлы, добытые из сернистых руд, почти всегда содержат As в качестве примеси, и довольно трудно полностью удалить его [2].
Практическое значение имеют мышьяковые руды, содержащие не менее 2-5% мышьяка. В богатых месторождениях его содержание в руде достигает 25-35%. Значительные количества мышьяка концентрируются в большинстве полиметаллических руд цветных металлов. Прежде всего он генетически ассоциируется с рудами W, Sn, Pb, Sb, Zn, Cu, Ni и Cо. Почти со всеми этими металлами он образует минералы – простые и сложные арсениды. Минералы мышьяка также встречаются в месторождениях благородных металлов – Au и Ag. Основную массу мышьяка и его соединений (более 90%) получают при переработке полиметаллических руд. Промышленные месторождения мышьяка в мире многочисленны, а запасы практически неограниченны [1].
1.1.2 Исторические сведения в тезисах
Поскольку мышьяк относится к числу элементов, точная дата открытия которых не установлена, ограничимся констатацией лишь нескольких достоверных фактов:
известен мышьяк с глубокой древности:
в трудах Диоскорида (I в. н. э.) упоминается о прокаливании вещества, которое сейчас называют сернистым мышьяком;
в III – IV веке в отрывочных записях, приписываемых Зосимосу, есть упоминание о металлическом мышьяке;
у греческого писателя Олимпиодоруса (V в. н. э.) описано изготовление белого мышьяка обжигом сульфида;
в VIII в. арабский алхимик Гебер получил трехокись мышьяка;
в средние века люди начали сталкиваться с трехокисью мышьяка при переработке мышьяксодержащих руд, и белый дым газообразного As2O3 получил название рудного дыма;
получение свободного металлического мышьяка приписывают немецкому алхимику Альберту фон Больштедту и относят примерно к 1250 г., хотя греческие и арабские алхимики, бесспорно, получали мышьяк (нагреванием его трехокиси с органическими веществами) раньше Больштедта;
в 1733 г. доказано, что белый мышьяк – это «земля», окись металлического мышьяка;
в 1760 г. француз Луи Клод Каде получил первое органическое соединение мышьяка, известное как жидкость Каде или окись «какодила»; формула этого вещества [(CH3)2As]2O;
в 1775 г. Карл Вильгельм Шееле получил мышьяковистую кислоту и мышьяковистый водород;
в 1789 г. Антуан Лоран Лавуазье признал мышьяк самостоятельным химическим элементом [3].
1.1.3 Получение
Мышьяксодержащие руды подвергают окислительному обжигу и извлекают мышьяк в виде As2O3. Его возгоняют и получают продукт с чистотой более 98%. Практически все соединения мышьяка в промышленности производят исходя из As2O3. Металлический мышьяк также получают из As2O3 восстановлением его углеродсодержащими восстановителями (чаще всего древесным углем). Очищают его сублимацией мышьяка высокой чистоты для синтеза полупроводниковых соединений получают из предварительно очищенных AsH3 или AsCl3 химическим осаждением из газовой фазы. Арсин разлагают при 300 – 400 °С в токе Н2 или Аr. Хлорид восстанавливают Н2 высокой чистоты (который очищают диффузией через сплавы Pd). Наиболее чистый мышьяк получают, сочетая дистилляцию и кристаллизацию. Эти процессы проводят при 815 – 850 °С и давлении 4 – 6 МПа. Мышьяк для синтеза полупроводниковых соединений не должен содержать примеси (Si, S, О, Сu и др.) более 10-5 – 10-6 % по массе каждого вещества [1].
1.1.4 Свойства
Мышьяк существует в нескольких аллотропических формах, из которых наиболее устойчив серый, так называемый металлический, мышьяк (α-As) с ромбоэдрической кристаллической решеткой, а = 0,4135 нм, α = 54,13°, z = 2, пространств, группа R3m (в гексагональной установке а = 0,376 нм, с = 1,0548 нм), плотность 5,74 г/см3. При очень быстрой конденсации паров мышьяка на поверхности, охлаждаемой жидким N2, получают прозрачные, мягкие как воск кристаллы желтого мышьяка (решетка кубическая) с плотностью ~2,0 г/см3. По свойствам он аналогичен белому фосфору, но значительно менее устойчив. При нагревании и на свету желтый мышьяк быстро переходит в серый; ΔH0 перехода 14,63 кДж/моль. Известны также нестабильные его аморфные формы, например черный мышьяк с плотностью ~ 4,7 г/см3, образующийся при конденсации паров мышьяка в токе Н2. Выше 270 °С черный мышьяк переходит в серый; ΔH0 перехода 4,18 кДж/моль. Компактный (плавленый) серый мышьяк имеет вид серебристого крупнокристаллического металла; тройная точка 817 °С при давлении пара 3,7 МПа; температура возгонки 615°С; плотность жидкого 5,24 г/см3 (817°С); С0p 25,05 Дж/моль∙К); ΔH0пл 28 кДж/моль, ΔH0 возг.150 кДж/моль (для As4); S0298 35,6 Дж/моль∙К); уравнение температурной зависимости давления пара: lg p (мм рт. ст.) = 11,160 - 7357/Т (623 – 1090 К); температурный коэффициент линейного расширения 4∙10-6 К-1 (293-573 К); tкрит 1400 °С, pкрит 22,0 МПа, dкрит 2,65 г/см3. Пар мышьяка бесцветен, состоит до 800 °С из молекул As4, выше 1700 °С из As2, в интервале 800 – 1700 °С из смеси As2 и As4. Серый мышьяк очень хрупок, разрушается по спайностям; твердость по Бринеллю ~ 1500 МПа, твердость по Моосу 3,5. Мышьяк диамагнитен, магнитная восприимчивость – 5,5∙10-6; обладает металлической проводимостью; ρ 3,3∙10-5 Ом∙см, температурный коэффициент ρ 3,9∙108-3 К-1 (273-373 К) [1].
Мышьяк химически активен. На воздухе при нормальной температуре даже компактный (плавленый) металлический мышьяк легко окисляется, при нагревании порошкообразный мышьяк воспламеняется и горит голубым пламенем с образованием оксида As2O3. Известен также термически менее устойчивый нелетучий оксид As2O5. Разбавленная HNO3 окисляет мышьяк до ортомышьяковистой кислоты H3AsO3, концентрированная HNO3 – до ортомышьяковой кислоты H3AsO4. Растворы щелочей в отсутствие O2 с мышьяком практически не реагируют. При сплавлении со щелочами образуется арсин AsH3 и арсенаты(III). Металлический мышьяк легко взаимодействует с галогенами, давая летучие галогениды AsHal3, с F2 образует также и AsF5. Порошкообразный мышьяк самовоспламеняется в среде F2 и Сl2. С S, Se и Те мышьяк образует соответствующие мышьяка халькогениды. С большинством металлов дает металлические соединения – арсениды. Известны многочисленные мышьякорганические соединения. С Sb мышьяк образует непрерывный ряд твердых растворов [1].
1.1.5 Применение
Около 97% добываемого мышьяка используют в виде его соединений. Чистый мышьяк применяют редко. В год во всем мире получают и используют всего несколько сотен тонн металлического мышьяка. В количестве 3% мышьяк улучшает качество подшипниковых сплавов. Добавки мышьяка к свинцу заметно повышают его твердость, что используется при производстве свинцовых аккумуляторов и кабелей. Малые добавки мышьяка повышают коррозионную устойчивость и улучшают термические свойства меди и латуни. Мышьяк высокой степени очистки применяют в производстве полупроводниковых приборов, в которых его сплавляют с кремнием или с германием. Мышьяк используют и в качестве легирующей добавки, которая придает «классическим» полупроводникам (Si, Ge) проводимость определенного типа [4].
