Качественное определение состава монетных сплавов.

Определение качественного состава сплавов проводили дробным методом, используя капельные реакции. Для обозначения тестируемого раствора использовали букву "X" латинского алфавита.

3.1. Fe ²⁺ определяли по реакции с феррицианидом калия (красной кровяной солью). Приналичие железа Fe ²⁺ образуется синий осадок турбуленовой сини:

 

3Fe²⁺ + 2[Fe(CN)₆]^3- = Fe₃[Fe(CN)₆]_2¯

 

 тогда X + HCl + 3 K₃[Fe(CN)₆] →

 

Fe ³⁺ определяли по реакции с ферроцианидом калия (желтой кровяной солью). При наличии железа Fe ³⁺ образуется темно - синий осадок берлинской лазури:

 

4Fe³⁺ + 3[Fe(CN)₆]^4- = Fe₄[Fe(CN)₆]_3¯

 

 тогда X + HCl + K₄[Fe(CN)₆] →

 

Al³⁺ определяли по реакции с ализарином красным. Ализарин образует с ионами Al³⁺ комплексную красную соль, нерастворимую в уксусной кислоте:

 

С₁₄O₄H₂₀ + Al³⁺ → Ярко – красный "алюминиевый лак"

 

Первоначально доводят pH пробы до щелочного значения с помощью NaOH, контролируя pH по индикаторной полоске. При выпадении осадка смесь центрифугируют и осадок отбрасывают. К центрифугату прибавляют 2 – 3 капли 0,2% раствора ализарина. Наблюдают развитие фиолетовой окраски. Затем к раствору добавляют по каплям 2 н. раствор уксусной кислоты до кислого рН. Если в растворе присутствует Al³⁺ , то выпадет осадок ярко – красного цвета.

 

 

Mn²⁺ определяли по реакции с едким натром и перекисью водорода, наблюдая за образованием темно – бурого осадка:

 

             Mn²⁺ + H₂O₂ + OH^1- = MnO(OH)₂¯ + H₂O

 

Ni ²⁺ определяли в реакции с диметилглиоксимом (реактив Чугаева). Реакцию проводили при рН 5 – 10. Реакции мешают ионы железа, поэтому в опытный раствор вносили несколько капель NaF.Также реакции мешают ионы меди, и для их "нейтрализации" к раствору добавили 2 капли K₃[Fe(CN)₆]. После этого pH среды довели до 8, что соответствует слабощелочному раствору. К полученному веществу добавили несколько капель 1%-ого раствора диметилглиоксима. И если в растворе X присутствовал никель, то выпадал сиренево-розовый осадок.

 

           2C₄N₂O₂H₈ + Ni(OH)₂ = Ni [C₄N₂O₂H₇]₂↓ + 2H₂O

 

Mg²⁺  определяли по реакции с моногидрофосфатом натрия Na₂HPO₄. К 1-3 каплям X добавляли 1-3 капли NH₃ и HCl. К полученному раствору добавили 3-5 капель Na₂HPO₄. После тщательного перемешивания (в присутствии Mg²⁺), должен был получиться белый – кристаллический осадок.

 

Pb²⁺ и Pb⁴⁺ определяли по реакции с хроматом калия. К 1-3 каплям X добавляли 1-3 капли хромата калия. В присутствии свинца получается осадок PbCrO₄.

Sn²⁺ и Sn⁴⁺ определяли по реакции с цинком. В 3-5 капли X опускали гранулу цинка, и в присутствии олова выпадал осадок олова, восстановившегося до металла.

Cu²⁺ определяли, добавляя к опытной пробе концентрированный раствор NH₄OH и наблюдая за появлением интенсивно синей окраски вследствие образования иона [Cu(NH₃)₄]²⁺:

2Cu²⁺ + 2NH₄OH = (CuOH)₂²⁺ + 2NH₄⁺

 

(CuOH)₂²⁺ + 8NH₄OH = 2[Cu(NH₃0₄]²⁺ + 2 OH^1- + 8H₂O

 

 

Результаты и обсуждение.

1. Цвет монет определяли визуально, плотность монет определяли расчетным путем, используя данные определения массы, диаметра и толщины монет. Полученные данные представлены в таблице 1.

 

Таблица 1. Определение плотности монетных сплавов.

 

Монеты	окраска	масса, (грамм)	диаметр d, (см)	толщина h, (см)	объем V, (см 3)	плотность P, (г/см3)
1 копейка	бело- серебристая	1,5	1,56	0,12	0,229	6,55
50 рублей	бронзово- желтая	5,66	2,51	0,18	0.89	6,36
2 евроцента	золотисто-кровавая	3,22	1,88	0,167	0.463	6,955
20 крон	темно-желтая	2,5	1,95	0,13	0.388	6,443

 

Определенная плотность различных монетных сплавов имеет сходные значения. В соответствии с литературными данными обычно такую плотность имеют сплавы на основе железа и меди. Сплавы на основе алюминия и магния имеют плотность 1,8 – 2,7 г/см³, а сплавы на основе свинца – 8.5 – 11,5 г/см³.

Таким образом, с учетом литературных данных, исходя из плотности сплавов и их цвета, можно было предположить, что в монетах содержатся следующие основные металлы: Fe, Cu, Ni, Mn, Al, Pb, Sn, Mg.

Следовательно, в дальнейшем с использованием качественных реакций было проанализировано наличие вышеуказанных металлов в монетах.

2. Первоначально монеты переводили из твердого состояния в жидкое, используя соляную или азотную кислоту. В Таблице 2 приведены данные о растворимости монет.

 

 

Таблица 2. Растворимость монет в соляной и азотной кислотах.

 

Монеты	HCl	HNO3
1 копейка	растворялась	растворялась
50 рублей	не растворялась	растворялась
2 евроцента	растворялась (частично)	растворялась
20 крон	растворялась (частично)	растворялась

 

Исходя из данных, приведённых в таблицах 1 и 2, можно предположить, что основным компонентом монеты "50 рублей" является медь, а монет "1 копейка", "2 евроцента" и "20 крон" - железо.                                                         

3.После получения растворов проводили определение отдельных металлов в растворе в соответствии с реакциями, описанными в разделе "Методы". Полученные сводные данные представлены в Таблице 3.

 

Таблица 3. Определение состава монетных сплавов.

 

Определяемые катионы металлов	Монеты
	1 копейка	50 рублей	2 евроцента	20 крон
Fe2+	+	+	-	-
Fe3+	+	+	+	+
Al3+	-	-	-	-
Ni2+	+	+	+	+
Cu2+	-	+	+	+
Mn2+	-	+	-	-
Pb2+, Pb4+	-	-	-	-
Sn2+, Sn4+	-	+	-	-

 

  Нам не удалось определить наличие в монетах магния из-за того, что используемая нами для его определения реакция не шла даже с контролями. По-видимому, эта реакция является очень "капризной" и требует более тщательного подбора реакций. Тем не менее, исходя из литературных источников, магний может присутствовать в данных монетах.

  Из результатов полученных в данной работе для "2 евроцентов" и "20 крон" следует, что качественный состав монет Западной Европы не изменился. Однако, при сравнение цвета этих монет можно предположить, что изменился их количественный состав. Так как "2 евроцента" гораздо темнее, то, вероятно, что в этой монете больше содержание железа, чем в "20 кронах".

   Полученные нами данные показывают, что качественный состав монет в России очень сильно изменился за последние 10 лет: количество компонентов стало меньше, ряд цветных металлов исчез из состава сплавов. Соответственно выпуск таких монет стал дешевле. 

   Из данных приведённых в таблице 3 следует, что из исследованных нами монет самая дорогая монета по себестоимости – "50 рублей", более дешёвые "20 крон" и "2 евроцента", а самая дешёвая – "1 копейка".

Выводы.

 

1. Освоены методы растворения металлических сплавов в разбавленных азотной и соляной кислотах. При этом сплавы, содержащие медь, растворялись полностью только в азотной кислоте.

2. Освоены методы определения наиболее распространенных металлов: железа, меди, никеля, алюминия, марганца, олова и свинца.

3. Определён качественный состав монет:

50 рублей (Россия) – медь, железо, никель, олово и марганец.

20 крон (ЧССР) - железо, медь и никель.

2 евроцента (Евросоюз) – железо, медь и никель.

1 копейка (Россия) – железо и никель.

4. Показано, что качественный состав монет Западной Европы не изменился. По-видимому, "2 евроцента" содержат больше железа чем "20 крон".

Качественный состав монет в России изменился за последние 10 лет - "1 копейка" в отличие от "50 рублей" не содержит марганца, олова и меди.

5. Продемонстрирована принципиальная возможность определения состава монетных сплавов методами качественного анализа в условиях школьной лаборатории.

 

Список литературы.

1. Столяров К.П. Методы микрохимического анализа. Издательство Ленинградского университета, Ленинград, 1960, 189 стр.

2. Шапиро С. А., Гурвич Я. А., Аналитическая химия. "Высшая школа", Москва, 1968, 465 стр.

3. Крешков А. П., Ярославцев А.А., Курс аналитической химии, "Химия", Москва, 1975, 424 стр.

 

Оглавление.

История монет и их сплавов............................................................................................................. 2

Методы, использовавшиеся для качественного определения состава монет.............................. 8

Результаты и обсуждение................................................................................................................ 11

Выводы............................................................................................................................................. 14

Список литературы.......................................................................................................................... 16

Оглавление....................................................................................................................................... 17