• View
• Edit
• History
• Print

Nikkel in Constantaan

PRINCIPE

Nikkelionen reageren met dimethylglyoxim tot een zeer slecht oplosbare rode stof, waarvan de massa een maat voor het oorspronkelijke nikkelgehalte is.

BELANGRIJK

Vanwege de droog- en afkoeltijden, is de proef langdurig. Geschatte tijd: ca. 2½ uur.

THEORIE

Constantaan is een legering dat bruikbaar is voor tal van toepassingen in de electrotechniek. Zo kan het o.m. worden gebruikt als weerstandsdraad, maar ook voor thermokoppels.

Bij deze methode wordt gebruik gemaakt van een reagens dat met zowel koperionen als nikkelionen een complexvorming aangaat. Dit reagens: dimethylglyoxim (dimethyl-diisonitroso-ethaan), heeft de volgende structuur:

De structuur formule van dimethylglyoxim

Dimethylglyoxim (hier afgekort met DMG) vormt met, resp. koper- en nikkelionen, complexe verbindingen met onderstaande structuurformules^*:

Complex-structuren van dimethylglyoxim met koper- en nikkelionen

Opvallend bij deze formules is het feit, dat het bis(DMG)koper(II)-complex een ion is, terwijl het bis(DMG)nikkel(II)-complex een (ladingvrij) molecuul vormt, dat vanuit de oplossing als vaste stof neerslaat.
Van deze eigenschappen kan men gebruik maken, omdat zo een gecombineerde koper- en nikkelbepaling mogelijk is. Enerzijds vormt zich het, niet in water oplosbare, roodgekleurde Ni(DMG)₂ dat door filtratie geïsoleerd en daarna gewogen kan worden (gravimetrische methode) en anderzijds de vorming van een donkerbruine oplossing van Cu(DMG)₂²⁺-ionen, waarvan de concentratie door middel van fotometrie kan worden bepaald^**.

In dit voorschrift beperken wij ons tot de gravimetrische bepaling van nikkel.

De vorming van Ni(DMG)₂ vindt plaats onder zwak ammoniakale condities. Dit betekent dat voor een goed verloop van de reactie, in eerste instantie, ammonia moet worden toegevoegd. Bij aanwezigheid van nikkelionen worden er hexaamminenikkel(II)-ionen gevormd volgens het onderstaande complexeringsevenwicht:

Na toevoeging van een oplossing DMG vormt zich het rode Ni(DMG)₂:

Als er ook koperionen aanwezig zijn wordt na toevoeging van ammonia tevens het donkerblauw kleurende tetraamminekoper(II)-ion gevormd:

Na toevoeging van een oplossing van DMG ontstaat een bruine oplossing van Cu(DMG)₂²⁺-ionen:

BENODIGDHEDEN

Chemicaliën en oplossingen:

• Constantaandraad Ø 0,4 mm in kleine stukjes geknipt.
• Salpeterzuur 63–65%.
• Dimethylglyoxim 0,1 M in ethanol
• Ammonia 13 M (25%)
• Spuitflesje demiwater

Glaswerk en apparatuur:

• droogstoof op 105°C
• exsiccator
• bekerglas van 250 mL
• maatcilinder van 25 mL
• magneetroerder
• roermagneetje
• analytische balans

Opstelling voor vacuumfiltratie:

• glasfilter P4
• vacuum-erlenmeyer met beschermmantel
• conische rubberring
• waterstraalpomp
• driewegkraan
• twee stukjes vacuumslang (ca. 10–15 cm)

UITVOERING

Droog het glasfilter gedurende ½ uur in een droogstoof bij 105°C en laat deze vervolgens ½ uur afkoelen in een exsiccator. Stel de analytische balans op “0″. En weeg het filter. Tijdens het drogen en afkoelen van het filter, kunnen een aantal werkzaamheden vast worden uitgevoerd.

1. Bewerking van het analysemonster. Weeg nauwkeurig ca. 0,2 g constantaandraad (ca. 1,8 mmol Cu) af in een bekerglas van 250 mL. Voeg 15 mL geconcentreerd salpeterzuur toe en laat dit reageren (zuurkast!) tot er geen metaal meer in het bekerglas aanwezig is.

Verdun door 15 mL water toe te voegen en neutraliseer de oplossing vervolgens, in kleine porties (exotherm!), met 30 mL geconcentreerd ammonia (13 M): hierdoor ontstaat een donkerblauwe oplossing.
Laat het mengsel vervolgens afkoelen.

Voeg vervolgens 85 ml DMG 0,1 M toe.
Plaats het bekerglas op een magneetroerder met verwarming en houd het mengsel, gedurende 5 minuten, al roerend op een temperatuur van 50°C. Laat het reactie mengsel goed afkoelen.

2. Filtratie. Maak een opstelling voor vacuumfiltratie waarbij gebruik wordt gemaakt van het, gedroogde en gewogen, glasfilter:

Opstelling voor een vacuumfiltratie

Filtreer het reactiemengsel (vraag assistentie van TOA) en spoel het bekerglas en glasfilter goed na met demiwater. Voer lucht toe door middel van de driewegkraan en stop de waterstraalpomp.
Verwijder het glasfilter met het rode filtraat en droog dit in een droogstoof bij 105°C gedurende minstens ½ uur. Koel het filter af in een exsiccator en bepaal de massa van het residu.
Bereken de hoeveelheid nikkel in constantaan. Druk dit uit in massa%.

LITERATUURWAARDEN

Constantaan is een legering van 3 metalen in de volgende massaprocentverhoudingen (BINAS):

DISCUSSIE

Is deze methode nauwkeurig? Om dit te beantwoorden, moet kun je jezelf het volgende afvragen:

• is de bepaling reproduceerbaar?
• zijn er mogelijk storingen die een nauwkeurige bepaling belemmeren?
• beoordeel ook aan de hand van je kennis over significante cijfers

BRONNEN

• Inorganic Chemistry, 2nd edition; R.B. Heslop, P.L. Robinson; Elsevier Publishing Company, Amsterdam, London, New York; 1963.
• Elements Of Quantitative Analyses, 4th edition; H.H. Willard, N. H. Furman, C.E. Bricker; D. van Nostrand Company, Inc; Princeton, etc., 1956.
• BINAS, informatieboek vwo-havo; NVON-commissie (red.); Wolters-Noordhof, Groningen; 1992; tabel 9, p.19.

VOETNOTEN

^* Volgens de IUPAC-nomenclatuur, resp.: bis(dimethylglyoxim)koper(II)-ion en bis(dimethylglyoximato)nikkel(II).
^** Deze bepaling wordt omschreven bij: FOTOMETRIE, bepaling van het kopergehalte in constantaan.