Kobberindhold i en mønt - Rapport i Kemi B

Side 1

Kobberindhold i en 25 øre

Formål

Formålet med forsøget er at bestemme indholdet af møntmetallet kobber (Cu) i den udfasede danske

25-øre. Dette gøres ved at måle absorbanser af forskellige opløsninger med kendt koncentration

  2+                                                           2+
Cu  ioner. Derved dannes en standardkurve, hvorefter koncentrationen af Cu kan beregnes eller

STX 2.g

Teori

Kobber hører til de mere ædle metaller, men angribes dog alligevel af luftens dioxygen, hvis den anbringes frit i luften. Under denne oxidation af kobber dannes en mørk overflade, som består af et tyndt lag kobber(II)oxid. Oxidation er omdannelsen af det frie metal til metaloxidet, ved at det neutrale atom afgiver en eller flere elektroner til et andet atom. Dette andet atom bliver, når det optager de afgivne elektroner, reduceret. Dette fænomen kaldes reduktion. En reaktion, hvor der sker en oxidation af et stof, indeholder automatisk også en reduktion af et andet stof, da disse to reaktionsformer ikke kan eksistere uden den anden reaktionsforms tilstedeværelse i reaktionen. I dette forsøg sker der en oxidation af kobber, samt en reduktion af nitrat. Dette kan ses i reaktionsskemaet længere nede.

For at beregne kobberindholdet i en 25-øre, som dette forsøg drejer sig om, skal man først fremstille flere forskellige opløsninger med et kendt Cu-indhold. For at gøre dette afvejes en kendt masse kobber, og dernæst opløses metallet i salpetersyre. Herved sker følgende reaktion:

4 HNO_{3}_{(𝑎𝑞)} + Cu_{(𝑠)} → Cu(NO_{3})_{2}_{(𝑎𝑞)} + 2 NO_{2}_{(𝑔)} + 2 H_{2} O_{(𝑙)}

I opløsningen er der nu frie Cu^{2+} -ioner, som giver opløsningen en blå farve. Et spektrofotometer

tages i brug for at måle opløsningens aborbans, som tilegnes A. Disse værdier plottes i et koordinatsystem for at danne en standardkurve. Denne standardkurve bruges til at bestemme en ukendt koncentration, som i dette forsøg er massen af Cu i en 25-øre.

25-øren skal også opløses i en portion salpetersyre, så denne opløsning kan sammenlignes med opløsningerne med de kendte masser opløst kobber.

Side 2

Kemi 28. januar 2011

Rapport

1

Materialer

100 ml bægerglas. I et stinkskab tilføres ca. 50 ml 4 M − Kobberspåner
− Vægt
− Stinkskab
− Spektrofotometer
− 1 stk. målekolbe 100 ml
− 1 stk. målekolbe 250 ml
− Prop
− 2 stk. A burette 50 ml
− 5 stk. bægerglas 50 ml
− 1 stk. bægerglas 100 ml
− Cuvetter

Kemikalier

− 4 M HNO_{3}
− Demineraliseret vand

Fremgangsmåde

Først afvejes 1,500 g Cu-spåner, og disse anbringes i et

HNO

3 2

, da reaktionen udvikler NO

, som er giftig. Den ses som en rødbrun gas, der stiger op fra bægerglasset.

Opløsningen er nu blå, pga. Cu^{2+} -ionerne i opløsningen.

Efter et stykke tid i stinkskabet er reaktionen forløbet og bægerglassets indhold skal nu overføres til en 100 ml målekolbe. Denne overførsel skal indebære al opløsningen. Overførslen skal ske kvantitativt. For at få al opløsningen med over i målekolben skylles bægerglasset efter med demineraliseret vand. Kolben skal fyldes til mærket, og der påsættes en prop. Derefter vendes kolben indtil opløsningen er homogen.

Den homogene opløsning fyldes på en burette, der nulstilles. Dernæst fremstilles en række

blandinger ved at afmåle 0,00 ml, 2,00 ml, 4,00 ml, 6,00 ml og 8,00 ml Cu^{2+} -opløsning, og dernæst

tilføje demineraliseret vand, så den samlede volumen altid bliver 10,00 ml. Desto mindre volumen

Cu^{2+} -opløsning i blandingerne, desto mere transparent blå bliver blandingerne.

Alle Cu^{2+} -opløsningerne overføres til hver deres cuvette, og disse anbringes i spektrofotometeret.

Spektrofotometeret måler absorbansen (A). Denne aflæses og plottes i et koordinatsystem med koncentrationen af opløsningen på 1. aksen og absorbansen (A) på 2. aksen. Alle 5 opløsninger plottes i det samme koordinatsystem. Den fremkomne kurve kaldes en standardkurve, og denne bruges til at bestemme kobberindholdet af en 25-øre.

Da dette forsøg skal bestemme kobberindholdet i en 25-øre skal en sådan også opløses i salpetersyre på samme måde som de andre opløsninger. Denne opløsning skal dog overføres til en

250 ml målekolbe, men, ligesom ved de andre opløsninger, fyldes op til mærket med demineraliseret vand. Denne opløsning af 25-øren blev udført af underviseren i dette forsøg.

Side 3

Kemi 28. januar 2011

Rapport

2

Resultater og måledata

Værdier givet af underviser følger

Absorbans for 25-øre-opløsningen

𝐴 = 2,116

Masse af opløst 25-øre

𝑚_{(25ø𝑟𝑒)} = 2,832 𝑔

Tabelværdi for procentindhold kobber i 25-øre ifølge Wikipedia

97 %

Beregnede resultater følger

Kobbermassen i 25-øren

𝑚_{𝐶𝑢} = 2,765 𝑔

Procentindhold kobber i 25-øren

97,63 %

Opløsning | Nr. 0 | Nr. 2 | Nr. 4 | Nr. 6 | Nr. 8

V(Cu^{2+}) 0 ml 2 ml 4 ml 6 ml 8 ml

n(Cu) | 0 mol | 0,000472 mol | 0,000944 mol | 0,001416 mol | 0,001888 mol

V(H_{2} O) 10 ml 8 ml 6 ml 4 ml 2 ml
c(opl) 0 g/L 2,999 g/L 5,999 g/L 8,998 g/L 11,998 g/L

A | 0,012 | 0,564 | 1,132 | 1,736 | 2,302

Side 4

Kemi 28. januar 2011

Rapport

3

Beregninger

Beregning af stofmængde af 1,500 g kobber

1,500 𝑔

63, 546_{𝑚𝑜𝑙}^{𝑔}

= 0,0236 𝑚𝑜𝑙

Beregning af stofmængde af Cu i de forskellige opløsninger

Opl. Nr. 2

𝑛 ( 𝐶𝑢)_{𝑜𝑝𝑙.2} = · 2 𝑚𝑙

𝑛(𝐶𝑢)

100 𝑚𝑙

⇕

𝑛 ( 𝐶𝑢)_{𝑜𝑝𝑙.2} = · 2 𝑚𝑙

0,0236 𝑚𝑜𝑙

100 𝑚𝑙

⇕

𝑛 ( 𝐶𝑢)_{𝑜𝑝𝑙.2} = 0,000472 𝑚𝑜𝑙

Opl. Nr. 4

𝑛 ( 𝐶𝑢)_{𝑜𝑝.4} = · 4 𝑚𝑙 = 0,000944 𝑚𝑜𝑙

𝑛 ( 𝐶𝑢)

100 𝑚𝑙

Opl. Nr. 6

𝑛(𝐶𝑢)_{𝑜𝑝𝑙.6} = · 6 𝑚𝑙 = 0,001416 𝑚𝑜𝑙

𝑛(𝐶𝑢)

100 𝑚𝑙

Opl. Nr. 8

𝑛(𝐶𝑢)_{𝑜𝑝𝑙.8} = · 8 𝑚𝑙 = 0,001888 𝑚𝑜𝑙

𝑛(𝐶𝑢)

100 𝑚𝑙

Side 5

Kemi 28. januar 2011

Rapport

4

Beregning af aktuelle koncentrationer Cu^{2+} i de forskellige opløsninger

Opl. Nr. 2

[ 𝐶𝑢^{2+}]_{𝑜𝑝𝑙.2} = · 𝑀

𝑛(𝐶𝑢)_{𝑜𝑝𝑙.2}

0,01 𝐿

⇕

[ 𝐶𝑢^{2+}]_{𝑜𝑝𝑙.2} = · 63,546_{𝑚𝑜𝑙}^{𝑔} = 2,999 𝑔/𝐿

0,000472 𝑚𝑜𝑙

0,01 𝐿

Opl. Nr. 4

[ 𝐶𝑢^{2+}]_{𝑜𝑝𝑙.4} = · 63,546_{𝑚𝑜𝑙}^{𝑔} = 5,999 𝑔/𝐿

𝑛(𝐶𝑢)_{𝑜𝑝𝑙.4}

0,01 𝐿

Opl. Nr. 6

[ 𝐶𝑢^{2+}]_{𝑜𝑝𝑙.6} = · 63,546_{𝑚𝑜𝑙}^{𝑔} = 8,998 𝑔/𝐿

𝑛(𝐶𝑢)_{𝑜𝑝𝑙.6}

0,01 𝐿

Opl. Nr. 8

[ 𝐶𝑢^{2+}]_{𝑜𝑝𝑙.6} = · 63,546_{𝑚𝑜𝑙}^{𝑔} = 11,998 𝑔/𝐿

𝑛(𝐶𝑢)_{𝑜𝑝𝑙.6}

0,01 𝐿

Beregning af kobberkoncentration i opløst 25-øre

Beregning er udført ved brug af funktionen for absorbansen udtrykt ved koncentrationen. Denne funktion er afbildet i Bilag 1.

Funktionen for 𝐴(𝑐) anvendes 𝐴 = 0,1903 · [ 𝐶𝑢^{2+}] + 0,012

⇕

Kendte værdier indsættes 2,116 = 0,1903 · [ 𝐶𝑢^{2+}] + 0,012

⇕

[ 𝐶𝑢^{2+}] = 11,06 𝑔/𝐿

Side 6

Kemi 28. januar 2011

Rapport

5

Beregning af stofmængde Cu^{2+} i opløst 25-øre
[ 𝐶𝑢^{2+}] · 𝑉 = 𝑛
Kendte værdier indsættes 11,06 𝑔/𝐿 · 0,250 𝐿 = 𝑛

⇕

𝑛 = 2,765 𝑔

Procentindhold kobber i 25-øren

2,765 𝑔

2,832 𝑔

· 100 % = 97,63 %

Procentvis afvigelse af målt værdi i forhold til tabelværdi for kobberindhold i 25-øre

97,63 − 97

97,00

· 100 % = 0,65 %

Side 7

Kemi 28. januar 2011

Rapport

6

Fejlkilder og måleusikkerhed

I dette forsøg er der flere fejlkilder. Under det eksperimentelle arbejde blev der fyldt for meget rent opløst kobber i 100 ml målekolben. Senere hen blev der også fyldt 1 ml for meget stamopløsning i buretten. Dette blev der dog prøvet at kompensere for.

Diskussion

Forsøgsresultaterne er retvisende, da det beregnede procentvise indhold kobber i en 25-øre passer med ca. 0,65 % nøjagtighed overens med teoretiske værdier oplyst fra Internettet. Værdien fra Internettet er en ca. værdi, og derfor er afvigelsen heller ikke helt præcis. I dette forsøg har vi stiftet bekendtskab med en målemetode, hvor man ved anvendelse af en opløsning med kendt indhold kobber laver en standardkurve, ud fra hvilken man kan bestemme kobberindholdet i hvilken som helst opløsning. Den fremkomne standardkurve har et regressionstal på 0,9997. Dette giver en

                                                2+
meget præcis ligning for beregning af koncentrationen af Cu i opløsningen med 25-øren.

Konklusion

Forsøget gav det forventede resultat. Ud fra de målte værdier for absorbans og den optegnede standardkurve har forsøget givet et resultat på et procentvist indhold kobber i en 25-øre på 97,63 %.

Dette svarer til hvad man kan forvente ud fra oplysninger fundet på Internettet.

Side 8

Kemi 28. januar 2011

Rapport

7

Bilag 1

y = 0,1903x + 0,012
R² = 0,9997

A

c(opl)g/L

A(c)