IV Международный конкурс
научно-исследовательских и творческих работ учащихся
«СТАРТ В НАУКЕ»
 
     

ИДЕНТИФИКАЦИЯ МЕТАЛЛОВ МОНЕТНЫХ СПЛАВОВ
Шумилова А.М.
Текст научной работы размещён без изображений и формул.
Полная версия научной работы доступна в формате PDF


ВВЕДЕНИЕ

Что такое деньги?

ДЕНЬГИ - средство осуществления меновых отношений, всеобщий эквивалент.1

Деньги - великое изобретение людей, схожее по значимости с появлением колеса или письма. Многие экономисты и философы прошлого, принимая деньги, как удобное средство обмена, считали их плодом человеческой мудрости. Любые крупные события в истории прямо или косвенно связаны с деньгами, с их распределением между людьми.

О том, как появились деньги, написано немало, но повторить придется. Вначале человек начал понимать, что для обеспечения более качественных условий существования можно использовать обмен произведенной продукцией - то, что мы сейчас называем товарным обменом. Земледельцы хорошо выращивают хлеб, а скотоводам его не хватает. Зато у них в избытке мясо. Так почему бы не обменяться? Только такой обмен, который мы сегодня называем "бартером", страшно неудобен. У одного есть мясо, но нет одежды. А тому, у кого есть шкуры животных, из которых можно изготовить одежду, мясо не нужно, а нужен хлеб. Приходится сначала менять мясо на хлеб, а потом хлеб на материал для изготовления одежды.

Такой обмен длится до тех пор, пока не появляются товары, потребность в которых у большинства участников рынка была постоянной и примерно одинаковой: соль, металлы для изготовления орудий труда, шкуры животных. Такие товары начинают приобретать уже не только для собственных нужд, а специально для удобства совершения операции обмена. Так появляются товарные деньги. Время идет, товарный обмен совершенствуется. Для него используют в основном металлы, из которых начинают чеканить монеты. Это уже деньги, имеющие натуральную ценность, т.е. полноценные.

Деньги стали подделывать сразу, как только они появились. История чеканки монет и печатания банкнот - это история постоянной борьбы с подделками. Изготовлением фальшивых денег баловались далеко не только "кустари-одиночки". Выпуск фальшивых банкнот часто использовали воюющие страны для ослабления экономики противника. Чем более искусными становились фальшивомонетчики, тем более хитроумные средства защиты придумывали государственные мастера. Чтобы подделывать монеты, нужно знать, из чего они состоят.

Цель: выполнить идентификацию металлов современных российских монет методом «мокрого» полумикроанализа.

Задачи:

  • подбор химических реакций для идентификации металлов;

  • растворение монет в азотной кислоте;

  • приготовление анализируемых растворов;

  • выполнение качественных реакций на металлы с полученными растворами;

  • обобщение полученных результатов.

ГЛАВА 1 История русских монет1

В конце X в. в Киевской Руси начинается чеканка собственных монет из золота и серебра. Первые русские монеты так и назывались златниками и сребрениками. На монетах изображался великий князь киевский и своеобразный государственный герб в форме трезубца – так называемый знак Рюриковичей.

В марте 1704 года по указу Петра I впервые в России начали делать серебряные рублевые монеты. Одновременно выпустили полтинник, полуполтинник, гривенник, равный 10 копейкам, пятачок с надписью "10 денег" и алтын.

Название "алтын" - татарское. "Алты" - значит шесть. Древний алтын равнялся 6 деньгам, петровский алтын - 3 копейкам.

Рубль и полтина с самого начала имели общий тип; его единство нарушалось только в годы чеканки "крестовиков" Петра I и Петра II, когда на полтинах оставался орел. Четвертак после Петра I почти не чеканился до 1740 г, когда и он примкнул к типу старших монет.

Очень заметные перемены во внешнем облике монет произошли на пороге XIX в. На многие годы с них был изгнан портрет. На монетах Павла I герб заменила крестообразная монограмма из четырех "П", а портретную сторону занял картуш с надписью; романтически настроенный Павел выбрал для нее библейский девиз древнего рыцарского ордена Тамплиеров "не нам, не нам, а имени твоему" (да будет хвала).

В 1801 г. герб возвратился на монеты, но на другой стороне оставались сменявшие друг друга надписи уже чисто делового характера.

С 1826 по 1831 г на крупной серебряной монете и с 1829 по 1831 г на разменной помещался орел так называемого "александровского" типа, - с широко раскинутыми крыльями, находившийся с 1817 г только на золотых монетах, а после 1831 г задержавшийся на медных.

Возвращение пятиалтынного в русскую монетную систему в XIX в. произошло под давлением потребностей и счетной традиции польского и украинского денежного обращения, где равный 15 копейкам злотый (украинское - злот) пользовался наибольшим признанием. В 1841 г. выпуск злотого был прекращен, а в 1860 г. в серию вошла 15-копеечная монета с одной русской надписью.

Как и в части крупной монеты, некоторые переломные годы представлены разменными монетами двух видов. В связи с тем, что во второй половине XIX в. в ряде государств Западной Европы и Америки более или менее удачно вводилась в обращение никелевая монета, Министерство финансов, начиная с 1871 г., то и дело отклоняло предложения различных предпринимателей Западной Европы организовать при их помощи чеканку и выпуск в России монеты из никеля - то как замены разменной серебряной, то хотя бы только медной. Но в начале XX в. чеканка пробной монеты из никеля производилась уже и в Петербурге.

В течение всего XVIII столетия и первой половины XIX в. не прекращались поиски в части веса медной монеты, с чем связаны и многочисленные изменения ее типа, подбора номиналов и т. д. Отмеченная выше попытка выпускать в 1726 и 1727 гг. полноценную медную (квадратную) монету успехом не увенчалась, и регулярная чеканка монеты на 40 рублей из пуда после Петра продолжалась по 1730 г.

В 1730 г., с начала царствования Анны Иоанновны, монетная стопа (т. е. количество монеты, выделываемой из определенного веса металла) резко изменяется. В течение 25 лет чеканят только 10 рублей из пуда меди. В новой серии регулярно выпускались денга и полушка с государственным гербом на одной стороне и надписью в картуше - на другой. В правление Елизаветы Петровны была предпринята попытка еще более повысить ценность медной монеты, и ее чеканка с 1755 по 1757 г. производилась по стопе 8 рублей из пуда, причем, чеканилась только копейка. Как показал опыт, чрезмерное расхождение между рыночной ценой меди и нарицательной стоимостью монет сразу же порождало усиленный выпуск фальшивых денег.

Несколько большее значение имел выпуск, начиная с 1763 г., особой серии медной "сибирской монеты", с сибирским гербом, достоинством от полушки до 10 копеек, на 25 рублей из пуда. Продолжавшаяся до 1781 г. чеканка этих монет была вызвана тем, что на Колыванских рудниках в то время добывалась руда, в которой содержалась примесь серебра (а иногда и золота), но настолько незначительная, что при уровне техники металлургии XVIII в. разделение металлов считалось нерентабельным. Решили чеканить из серебристой меди новую монету, предназначенную только для Сибири.

Всеобщая разруха, до которой довела экономику царской России начавшаяся в 1914 г. империалистическая война, положила конец реальному существованию монетной системы Российской империи. В 1915 г. чеканился в последний раз серебряный рубль - в количестве всего только 600 экземпляров и произошло последнее изменение в типе разменной серебряной и медной монеты: на ней перестали помещать буквы СПБ - знак монетного двора.

В 1924 г. при осуществлении денежной реформы была введена в обращение монета РСФСР чеканки 1921-1923 гг. и продолжалась чеканка тех же номиналов, но нового типа, отразившего провозглашение Союза Советских Социалистических Республик. На украшенном гербом СССР рублевике 1924 г. находится изображение рабочего и крестьянина. В следующие годы рубль уже не чеканился. На полурублевой монете, которая выпускалась по 1927 г. с изображением кузнеца, номинал обозначен «один полтинник». Был обновлен и вид разменных монет. В том же 1924 г. производилась и чеканка медной монеты достоинством от 5 копеек до 1 копейки, а с обозначением 1925 г. чеканились только копейка и новый номинал - полкопейки. Нужны были огромные массы монеты, чтобы заново насытить рынок.

Первые монеты Советского государства по формату, весу, пробе и отчасти даже по общему типу разменной серебряной монеты раннего типа следовали нормам издавна привычной для населения дореволюционной чеканки, в то же время неся на себе герб и девиз рабоче-крестьянского государства. В 1926 г. медную монету сменила сходная с нею по типу, но меньшая по формату, бронзовая; лишь монета в полкопейки, выпускавшаяся по 1928 г., осталась медной. С 1928 г. из серебра чеканились уже только монеты в 20, 15 и 10 копеек. Стабилизация советского денежного хозяйства позволила в 1931 г. вовсе отказаться от расходования драгоценного металла для целей обращения. Серебро сделало свое дело и было сменено никелевой монетой нового рисунка.

В 1935 г. произведено новое изменение типа монеты. Никелевая монета этого года имеется только нового образца, но часть бронзовой, на которой изменен лишь рисунок оборотной стороны, была отчеканена еще по-старому. Таким образом, бронзовые монеты 1935 г. также имеются двух видов. Тип никелевой и бронзовой монеты 1935 г. сохранялся до реформы 1961 г.

В период Отечественной войны, когда Монетный двор находился в эвакуации, в 1942 и 1944 г. бронзовая монета не чеканилась, а никелевая 1942 г. довольно редка.

Денежная реформа 1961 г., проведенная одновременно с изменением масштаба цен, потребовала замены находившейся в обращении старой монеты, что и было произведено в течение января - марта 1961 г. 1 января в обращение поступили новые монеты. Кроме традиционного набора в 1, 2, 3 и 5 копеек из медно-цинкового сплава и в 10, 15 и 20 копеек из белого металла, из последнего были отчеканены монеты в 50 копеек и в 1 рубль. Вся серия получила новое, довольно единообразное оформление.

В 1991 году были выпущены монеты образца 1961 года, но с обозначением монетного двора. В этом же году поступили в обращение монеты нового образца, достоинством 10 копеек, 50 копеек, 1 рубль, 5 рублей, 10 рублей. В 1992 году продолжен выпуск монеты 10 рублей.

В конце 1992 года появляются первые монеты современной России, номиналом 1,5,10,20,50 и 100 рублей. В 1993 году эти же монеты делались из магнитного металла, и поменяла вид монета 100 рублей. 50 рублей 1993 года были сделаны в 1995 году на старых штампах.

В 1998 году, после очередной деноминации, поступают в обращение новые монеты образца 1997 года. Эти монеты продолжают хождение и в настоящее время.

ГЛАВА 2 Характеристика современных российских монет1

На официальном сайте Центрального Банка РФ опубликовано описание современных российских монет, которые выпускаются с 2009 года по настоящее время. Ниже приведена информация с указанного сайта.

МонетаБанка Россииноминалом 1 копейка образца 1997 года

Диаметр монеты 15,5 мм, толщина 1,25 мм, масса 1,5 г. Изготавливается из биметалла, стали, плакированной мельхиором.

Монета Банка России номиналом 5 копеек образца 1997 года

Диаметр монеты 18,5 мм, толщина 1,45 мм, масса 2,6 г. Изготавливается из биметалла, стали, плакированной мельхиором.

Монета Банка России номиналом 10 копеек образца 1997 года

Диаметр монеты 17,5 мм, толщина 1,25 мм, масса 1,95 г. Изготавливалась из латуни. Со 2-ой половины 2006 года монета стала легче (1,85 г) и ее стали изготавливать из биметалла, стали, плакированной сплавом томпак. С 2015 года монета стала стальной с латунным покрытием.

Монета Банка России номиналом 50 копеек образца 1997 годаДиаметр монеты 19,5 мм, толщина 1,5 мм, масса 2,9 г. Изготавливалась из латуни. Со 2-ой половины 2006 года монета стала легче (2,75 г) и ее стали изготавливать из биметалла, стали, плакированной сплавом томпак. С 2015 года монета стала стальной с латунным гальваническим покрытием.

Монета Банка России номиналом 1 рубль образца 1997 года

Диаметр монеты 20,5 мм, толщина 1,5 мм, масса 3,25 г. Изготавливалась из медно-никелевого сплава. С2009 года монета стала легче (3,00 г) и ее стали изготавливать из стали с никелевым гальваническим покрытием.

 

Монета Банка России номиналом 2 рубля образца 1997 года

 

Диаметр монеты 23 мм, толщина 1,8 мм, масса 5,1 г. Изготавливалась из медно-никелевого сплава. С 2009 года монета стала легче (5,0 г) и ее стали изготавливать из стали с никелевым гальванопокрытием.

Монета Банка России номиналом 5 рублей образца 1997 года

Диаметр монеты 25 мм, толщина 1,8 мм, масса 6,45 г. Изготавливалась из биметалла, стали, плакированной мельхиором.

С 2009 года монета стала легче (6,0 г) и ее стали изготавливать из стали с никелевым гальванопокрытием.

Монета Банка Россииноминалом 10 рублей образца 1997 года

Диаметр монеты 22 мм, толщина 2,2 мм, масса 5,63 г. Изготавливается из стали с латунным гальванопокрытием.

ГЛАВА 3 Методы химического анализа1

Аналитическая химия - это наука, разрабатывающая теоретические основы и методы химического анализа. Практической задачей аналитической химии является установление химического состава веществ или их смесей. Сначала устанавливают качественный состав вещества, т. е. решают вопрос, из каких элементов или ионов состоит это вещество, а затем приступают к определению количественного состава: узнают, в каких количественных соотношениях обнаруженные составные части находятся в данном веществе.

В зависимости от того, с какими количествами вещества оперируют при выполнении аналитических реакций, различают: макро-, полумикро-, микро- и ультрамикрометоды качественного анализа.

При макроанализе исследуют сравнительно большие количества вещества (0,5-1 г) или 20-50 мл растворов. Реакции проводят в обычных пробирках (емкостью 1 0-20 мл), химических стаканах или колбах. Осадки отделяют от растворов фильтрованием через бумажные фильтры.

При микроанализе обычно имеют дело с примерно в 100 раз меньшими количествами исследуемого вещества, т. е. с несколькими миллиграммами твердого вещества или с несколькими десятыми долями миллилитра раствора. При этом пользуются высокочувствительными реакциями, позволяющими обнаружить дробным методом присутствие отдельных составных частей даже при малом содержании их в исследуемом веществе. Реакции выполняютлибо микрокристаллоскопическим, либо капельным методом.

При анализе микрокристаллоскопическим методом реакции обычно проводят на предметном стекле и о присутствии обнаруживаемого иона (элемента) судят по форме образующихся кристаллов, рассматриваемых под микроскопом.

В капельном методе применяют реакции, сопровождающиеся изменением окраски раствора или образованием окрашенных осадков. Реакции чаще всего выполняют на полоске фильтровальной бумаги, нанося на нее в определенной последовательности по каплям исследуемый раствор и реагенты. В результате реакции на бумаге получается окрашенное пятно, по цвету которого судят о наличии в исследуемом растворе обнаруживаемого иона. Капельные реакции можно также выполнять и на специальной капельной пластинке с углублениями, на часовом стекле, в фарфоровом тигле и т. п.

Полумикроанализ занимает промежуточное положение между макро- и микроанализом. Количество исследуемого вещества составляет в этом методе около 1/20-1/25 от употребляемого в макроанализе, что равно приблизительно 50 мг твердого вещества или1 мл раствора.

При работе по полумикрометоду в основном сохраняется вся система работы макроанализа с последовательным разделением и обнаружением ионов, но операции выполняются с малыми количествами вещества при помощи специальных методов и аппаратуры.

При ультрамикроанализе исследованию подвергают количества вещества меньше 1 мг. Почти все операции анализа проводят под микроскопом.

Аналитические реакции могут выполняться «сухим» и «мокрым» путем.

В первом случае исследуемое вещество и реагенты берут в твердом состоянии и обычно осуществляют реакцию, нагревая их до высокой температуры; во втором случае наблюдают взаимодействие исследуемого вещества и соответствующих реагентов в растворе.

К числу реакций, выполняемых сухим путем, относятся, например, реакции окрашивания пламени солями некоторых металлов. Так, соли натрия при внесении их на платиновой проволочке в несветящееся пламя газовой горелки окрашивают его в ярко-желтый цвет, соли калия ˗ в фиолетовый, соли стронция˗ в карминово-красный, соли бария ˗ в зеленый и т. д. По этой окраске можно при надлежащих условиях обнаружить присутствие данных элементов в исследуемом веществе.

Реакции сухим путем играют вспомогательную роль и употребляются обычно при предварительных испытаниях.

Чаще всего в качественном анализе применяют реакции, выполняемые мокрым путем, т. е. происходящие между веществами в растворах. Для осуществления их исследуемое вещество должно быть предварительно растворено. Растворителем обычно служит вода или, если вещество в воде нерастворимо, кислоты. В последнем случае происходит химическое превращение данного вещества в какую-либо растворимую в воде соль, например, в качественном анализе находят применение только те реакции, которые сопровождаются каким-либо внешним эффектом, т. е. легко различимыми изменениями, по которым можно судить о том, что соответствующая реакция действительно происходит. Такими внешними эффектами обычно являются:

а) изменение окраски раствора;

б) осаждение (или растворение);

в) выделение газов.

Особенно часто используют реакции, сопровождающиеся - образованием осадков и изменением окраски раствора.

При анализе неорганических веществ в большинстве случаев имеют дело с водными растворами солей, кислот или основании. Как известно эти вещества являются электролитами, т. е. в водных paствopaх они диссоциируют на ионы. Поэтому реакции мокрым путем происходят обычно межу простыми или сложными ионами, и, применяя эти реакции, обнаруживают непосредственно не элементы, а образуемые ими ионы.

Например, для обнаружения хлора в НСl или в растворах хлоридов на них действуют раствором нитрата серебра АgNО3. При этом выпадает характерный белый творожистый осадок AgCl, по образованию которого и судят о присутствии хлора.

НСl + АgNО3 → AgCl + НNО3

CaCl2 + 2АgNО3 → 2AgCl + Са(NОЗ)2

То обстоятельство, что при реакциях мокрым путем обнаруживают не элементы, а образуемые ими ионы, позволяет при анализе индивидуальных веществ устанавливать их формулу уже при качественном испытании. Например, обнаружив в исследуемом веществе соответствующими реакциями Na+ и Cl- и не найдя в нем никаких других ионов, можно, очевидно, заключить, что это вещество представляет собой хлорид натрия NaCl. Так же по нахождению в веществе только FеЗ+ и SO42- или Fе2+ и SO42-можносчитать, что его формула Fe2(SО4)3 или FeSО4 и т. д.

ГЛАВА 4 Качественные реакции на катионы металлов1

Проанализировав информацию на официальном сайте Центрального Банка РФ о сплавах, из которых изготавливают современные монеты, мы пришли к выводу, что исследуемые монеты должны содержать железо, медь, никель и цинк. Также мы решили проверить, содержат ли монеты хром и алюминий. Хром не подходит для чеканки монет, но используется для покрытия монет из стали, для увеличения износоустойчивости. Алюминий, как правило, используется при чеканке монет малого достоинства, а так же в составе сплавов. С помощью искусственного окисления алюминию придается большая прочность, что важно при изготовлении монет.

В методической литературе по аналитической химии нашли, какие качественные реакции используются на ионы этих металлов.

Индивидуальные реакции

Реактив – раствор ализаринсульфокислого натрия. При добавлении к 1-2 каплям анализируемого раствора, содержащего ионы алюминия, 1-2 капли ализарина и 3-5 капель раствора аммиака образуется ализаринат алюминия красного цвета. При небольших количествах он окрашивает раствор в характерный цвет, при незначительных – выпадает в осадок в виде так называемого «алюминиевого лака»:

Если раствор не содержит ионов алюминия, он имеет фиолетовый цвет.

Для обнаружения ионов алюминия в присутствии посторонних катионов, многие из которых образуют аналогичные по окраске продукты с ализарином, используют вариант проведения реакции на фильтровальной бумаге. При этом на фильтровальную бумагу наносят каплю раствора желтой кровяной соли K4[Fe(CN)6] и раствору дают впитаться. В центр пятна анализируемого раствора помещают каплю раствора анализируемой смеси катионов и очень осторожно добавляют по каплям туда же воду, чтобы аккуратно вымыть ионы Al3+ на периферию пятна. Все остальные ионы, образующие с ферроцианидом калия малорастворимые соединения, остаются в месте нанесения пробы. Фильтровальную бумагу слегка подсушивают, по периферии хроматограммы наносят несколько капель ализарина и обрабатывают хроматограмму в парах аммиака, поднося ее к открытому устью сосуда с концентрированным гидроксидом аммония. Если ионы Al3+ присутствуют в анализируемом растворе, то бумага в месте нанесения ализарина окрашивается в розовый цвет. В отсутствии ионов Al3+ она имеет фиолетовую окраску.

Реактив – перекись водорода Н2О2 в щелочной среде. При добавлении к 1-2 каплям анализируемого раствора, содержащего ионы хрома, избытка раствора гидроксида натрия и 1-2 капель раствора перекиси водорода окраска раствора изменяется от синей (ионы хрома) через зеленую (хромит-ионы) в желтую (хромат-ионы).

Гидроксид натрия добавляют по каплям до полного растворения выпавшего первоначально осадка гидроксида хрома.

Cr3+ + 3OH- → Cr(OH)3

Cr(OH)3 + OH- → CrO2- + 2H2O

Реакция протекает значительно быстрее при нагревании раствора на водяной бане.

Реактив – раствор тетрароданомеркуриата аммония (NH4)2[Hg(CNS)4] (или ртутно-родановый реактив). При добавлении к 1-2 каплям подкисленного анализируемого раствора 1-2 капель реактива выпадает белый кристаллический осадок тетрароданомеркуриата цинка:

Zn2+ + [Hg(CNS)4]2- → Zn[Hg(CNS)4]

В присутствии следовых количеств ионов кобальта осадок приобретает голубую окраску вследствие соосаждения (для проведения этой реакции раствор соли кобальта необходимо разбавить так, чтобы сам он перестал образовывать осадок с реактивом).

Так как ртутно-родановый реактив не является специфичным, для обнаружения ионов цинка в присутствии посторонних ионов необходимо реакцию выполнять методом микрокристаллоскопии. При этом на предметное стекло помещают по 1 капле раствора, содержащего ионы Zn2+ , 1н. раствора СН3СООН или HCl и раствора реактива. Эти капли соединяют стеклянной палочкой, не допуская перетирания кристаллов, и под микроскопом наблюдают выпадение кристаллов Zn[Hg(CNS)4] в виде крестов и дендритов (в уксусной кислоте), или в виде неравносторонних треугольников и клиньев (в среде концентрированной соляной кислоты).

1. Реактив – раствор гексацианоферрата (II) калия K4[Fe(CN)6] (желтой кровяной соли). При добавлении к 1-2 каплям анализируемого раствора, содержащего ионы железа (III), 1-2 капель реактива цвет раствора меняется на интенсивно-синий вследствие образования «берлинской лазури» или гексацианоферрата (II) железа (III). При больших концентрациях ионов железа (III) в растворе «берлинская лазурь» выпадает в осадок.

4Fe3+ + 3[Fe(CN)6]4- → Fe4[Fe(CN)6]3

2. Реактив – раствор роданида аммонияNH4CNS. При добавлении к 1-2 каплям анализируемого раствора, содержащего ионы железа (III), 1-2 капель реактива цвет раствора меняется на интенсивно-красный вследствие образования роданидных комплексов железа (III):

Fe3+ + n CNS- → [Fe(CNS)n](3-n)

Реактив – диметилглиоксим (реактив Чугаева). При добавлении к 1-2 каплям анализируемого раствора, содержащего ионы никеля, избытка раствора аммиака (добавляемого по каплям при перемешивании до растворения первоначально выпадающего гидроксида никеля) и 1-2 капель диметилглиоксима выпадает красный осадок диметилглиоксимата никеля:

Реактив – избыток концентрированного раствора аммиака NH4OH. При добавлении к 1-2 каплям анализируемого раствора, содержащего ионы меди, раствора аммиака первоначально образуется гидроксид меди, который в избытке раствора аммиака растворяется с образованием интенсивно окрашенных в синий цвет аммиачных комплексов меди:

Cu2+ + 4 NH4OH → [Cu(NH3)4]2+ + 4H2O

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Оборудование:

  • тигли

  • пробирки

  • стеклянные палочки

  • капиляры

  • держатель

  • электрическая плитка

  • водяная баня

  • фильтровальная бумага

  • микроскоп

  • Реактивы:

  • концентрированная азотная кислота

  • дистиллированная вода

  • раствор желтой кровяной соли

  • раствор ализарина

  • концентрированный раствор аммиака

  • раствор тетророданомеркуриата аммония

  • раствор роданида аммония

  • раствор перекиси водорода

  • раствор гидроксида натрия

  • раствор диметилглиоксима

  • Объекты исследования:

  • монета номиналом 1 копейка 2007 года выпуска;

  • монета номиналом 10 копеек 2013 года выпуска;

  • монета номиналом 50 копеек 1997 года выпуска;

  • монета номиналом 1 рубль 2014 года выпуска;

  • монета номиналом 2 рубля 2009 года выпуска;

  • монета номиналом 5 рублей 2012 года выпуска;

  • монета номиналом 10 рублей 2015 года выпуска.

  • Визуальный анализ исследуемых монет

  • Исследуемые монеты разрезали с помощью ножниц пополам и рассмотрели срезы.

  • 1 копейка 10 копеек 50 копеек 1 рубль 2 рубля

  • 5 рублей 10 рублей

  • При визуальном осмотре мы обнаружили, что монеты номиналом 1 и 50 копеек и 1, 2 и 5 рублей монолитны, а монеты номиналом 10 копеек и 10 рублей изготовлены из металла серебристо-серого цвета и имеют покрытие медного цвета.

  • Растворение монет в азотной кислоте и приготовление растворов

  • Для того чтобы определить, какие металлы входят в состав монеты, растворили их в концентрированной азотной кислоте. При растворении монет номиналом 1 копейка и 50 копеек получили растворы голубого цвета; номиналом 2, 5 и 10 рублей – коричневого цвета; номиналом 10 копеек и 1 рубль – зеленого цвета. Исходя из цвета растворов, предположили, что в растворе, полученном при растворении монет номиналом 1, 10 и 50 копеек, могут содержаться медь и никель, а растворе, полученном при растворении монет номиналом 2, 5 и 10 рублей, может содержаться железо.

  • Cr + 6HNO3 → Cr(NO3)3 + 3NO2↑ + 3H2O

  • Fe + 4HNO3 → Fe(NO3)3 + NO↑ + 2H2O

  • Zn + 4HNO3 → Zn(NO3)2 + 2NO2↑ + 2H2O

  • Cu + 4HNO3 → Cu(NO3)2 + 2NO2↑ + 2H2O

  • 3Ni + 8HNO3 → 3Ni(NO3)2 + 2NO + 4H2O

  • Al + 6HNO3 → Al(NO3)3 + 3NO2 + 3H2O

  • Получившиеся растворы осторожно выпарили, чтобы удалить не прореагировавшую азотную кислоту. Кристаллы полученных солей растворили в дистиллированной воде. Полученные растворы использовали для обнаружения предполагаемых катионов металлов с использованием качественных реакций.

  • Анализ растворов полученных при растворении монет в азотной кислоте

  • Обнаружение катионов алюминия.

  • Для обнаружения катионов алюминия в растворах пропитали фильтровальную бумагу раствором желтой кровяной соли K4[Fe(CN)6]. Затем в центр бумаги поместили каплю анализируемого раствора, а после того как она впиталась, капнули дистиллированной воды; лист бумаги наклоняли и, стекающая по бумаге дистиллированная вода подхватывала ионы алюминия, унося их за пределы первичной капли. Затем на бумагу помещали две капли ализарина: одну туда, куда текла дистиллированная вода, а вторую - контрольную – сбоку. Обрабатывали капли аммиаком и сравнивали оттенок контрольной и анализируемой каплей.

  • Результаты проведенных опытов приведены в таблице:

    • номинал монеты

    • результат реакции

    • номинал монеты

    • результат реакции

    • контрольный образец

    • 1 рубль

    • 1 копейка

    • 2 рубля

    • 10 копеек

    • 5 рублей

    • 50 копеек

    • 10 рублей

  • Ни один из исследуемых растворов положительной реакции на катионы алюминия не дал. Следовательно, исследуемые монеты не содержат алюминий.

  • Обнаружение катионов цинка.

  • При обнаружении катионов цинка мы пользовались раствором тетрароданомеркуриата аммония (NH4)2[Hg(CNS)4] (или ртутно-родановый реактив). Так как обнаружение ионов цинка проводили в присутствии посторонних ионов, то реакцию выполняли методом микрокристаллоскопии. При этом на предметное стекло помещали по 1 капле анализируемых растворов и каплю раствора реактива. Под микроскопом наблюдали выпадение кристаллов Zn[Hg(CNS)4].

  • Zn2+ + [Hg(CNS)4]2- → Zn[Hg(CNS)4]

  • В результате проведенных опытов ионы цинка были обнаружены только в растворе, полученном при растворении монеты номиналом 1 рубль. Следовательно, цинк входит в состав сплава, из которого изготовлена монета номиналом 1 рубль.

  • Обнаружение катионов железа.

  • При обнаружении катионов железа (III) мы использовали растворы гексацианоферрата (II) калия K4[Fe(CN)6] (желтой кровяной соли) и роданида аммония NH4CNS. Добавляли к 1-2 каплям анализируемого раствора 1-2 капли реактива. В первом случае цвет раствора менялся на интенсивно-синий вследствие образования «берлинской лазури», а во втором - на интенсивно-красный вследствие образования роданидных комплексов железа (III).

  • 4Fe3+ + 3[Fe(CN)6]4- → Fe4[Fe(CN)6]3

  • Fe3+ + n CNS- ⇄ [Fe(CNS)n](3-n)

  • Результаты реакций с желтой кровяной солью

    • номинал монеты

    • результат реакции

    • номинал монеты

    • результат реакции

    • контрольный образец

    • 1 рубль

    • 1 копейка

    • 2 рубля

    • 10 копеек

    • 5 рублей

    • 50 копеек

    • 10 рублей

  • Результаты реакций с роданидом аммония

    • номинал монеты

    • результат реакции

    • номинал монеты

    • результат реакции

    • контрольный образец

    • 1 рубль

    • 1 копейка

    • 2 рубля

    • 10 копеек

    • 5 рублей

    • 50 копеек

    • 10 рублей

  • В ходе проведенных опытов ионы железа (III) были обнаружены во всех анализируемых растворах, кроме раствора, который был получен при растворении монеты номиналом 50 копеек. Следовательно, железо содержат все сплавы, из которых изготовлены исследуемые монеты, кроме сплава, из которого изготовлена монета номиналом 50 копеек.

  • Обнаружение катионов хрома.

  • При обнаружении катионов хрома мы использовали раствор перекиси водорода Н2О2 в щелочной среде. Добавляли к 1-2 каплям анализируемого раствора избыток раствора гидроксида натрия и 1-2 капли раствора перекиси водорода.

  • Гидроксид натрия добавляли по каплям. Для увеличения скорости реакции опыт проводили на водяной бане.

  • Результаты проведенных опытов приведены в таблице:

    • номинал монеты

    • результат реакции

    • номинал монеты

    • результат реакции

    • контрольный образец

    • 1 рубль

    • 1 копейка

    • 2 рубля

    • 5 рублей

    • 10 копеек

    • 50 копеек

    • 10 рублей

  • В ходе проведенных опытов ионы хрома не обнаружены ни в одном из исследуемых растворов. Следовательно, исследуемые монеты не содержат хром.

  • Обнаружение катионов меди.

  • При обнаружении катионов меди мы использовали избыток концентрированного раствора аммиака NH4OH. Добавляли к 1-2 каплям анализируемого раствора раствор аммиака. Первоначально образовывался осадок гидроксида меди (II), который в избытке раствора аммиака растворялся с образованием интенсивно окрашенных в синий цвет аммиачных комплексов меди:

  • Cu2+ + 4 NH4OH → [Cu(NH3)4]2+ + 4H2O

  • Результаты проведенных опытов приведены в таблице:

    • номинал монеты

    • результат реакции

    • номинал монеты

    • результат реакции

    • контрольный образец

    • 1 рубль

    • 1 копейка

    • 2 рубля

    • 10 копеек

    • 5 рублей

    • 50 копеек

    • 10 рублей

  • В ходе проведенных опытов катионы меди были обнаружены в растворах, полученных при растворении монет номиналом 10 и 50 копеек и 10 рублей. Следовательно, медь содержат сплавы, из которых изготовлены монеты номиналом 10 и 50 копеек и 10 рублей.

  • Обнаружение катионов никеля.

  • При обнаружении катионов никеля мы использовали раствор диметилглиоксима (реактив Чугаева). Добавляли к 1-2 каплям анализируемого раствора избыток раствора аммиака и 1-2 капли диметилглиоксима. Наблюдали выпадение красного осадка диметилглиоксимата никеля.

  • Результаты проведенных опытов приведены в таблице:

    • номинал монеты

    • результат реакции

    • номинал монеты

    • результат реакции

    • контрольный образец

    • 1 рубль

    • 1 копейка

    • 2 рубля

    • 10 копеек

    • 5 рублей

    • 50 копеек

    • 10 рублей

  • В ходе проделанных опытов катионы никеля были обнаружены в растворах, полученных при растворении монет номиналом 1 копейка, 1 и 2 рубля. Следовательно, никель использовался для изготовления монет номиналом 1 копейка, 1 и 2 рубля.

  • Полученные результаты обобщили в следующей таблице:

    • Cr

    • Fe

    • Zn

    • Cu

    • Ni

    • Al

    • 1 копейка

    • -

    • +

    • -

    • +

    • -

    • -

    • 10 копеек

    • -

    • +

    • -

    • +

    • -

    • -

    • 50 копеек

    • -

    • -

    • -

    • +

    • -

    • -

    • 1 рубль

    • -

    • +

    • +

    • -

    • +

    • -

    • 2 рубля

    • -

    • +

    • -

    • -

    • +

    • -

    • 5 рублей

    • -

    • +

    • -

    • -

    • -

    • -

    • 10 рублей

    • -

    • +

    • -

    • +

    • -

    • -

  • ЗАКЛЮЧЕНИЕ

  • В ходе работы мы выполнили поставленные задачи:

  1. проанализировали литературу и подобрали химические реакции для идентификации металлов;

  2. приготовили анализируемые растворы, предварительно растворив монеты в азотной кислоте;

  3. выполнили качественные реакции на катионы металлов с полученными растворами;

  4. Обобщили полученные результаты.

  • Подводя итог, можно сделать вывод, что основным металлом для изготовления современных российских монет является железо. Этот металл был обнаружен во всех монетах, кроме монеты номиналом 50 копеек. На втором месте – медь.

  • В европейских странах монеты изготавливаются из сплавов на основе железа, меди и никеля. На востоке, в частности в Японии, на изготовление монет идут медь, никель, цинк и алюминий. А в Китае наряду с этими металлами используется железо.

  • В итоге самыми популярными сплавами для чеканки монет можно назвать сплавы на основе железа и меди. Это легко объяснить: именно эти металлы легко прокатываются и штампуются. Также железо гораздо дешевле остальных металлов. Остальные металлы добавляют для повышения коррозионной устойчивости железа и твердости меди.

  • ЛИТЕРАТУРА

  1. Академик. Словари и энциклопедии / http://dic.academic.ru/dic.nsf/ruwiki/270564

  2. Большой энциклопедический словарь / http://dic.academic.ru/dic.nsf/enc3p/116458

  3. История монет / http://www.russian-money.ru/

  4. Методическое руководство к лабораторным работам по аналитической химии для студентов биологического факультета / Н.В. Кулешова, Р.В. Абражеев, О.В. Нипрук, Т.А. Мельчакова. – Н. Новгород: Изд. ННГУ, 2004

  5. Сайт Центрального Банка РФ / http://www.cbr.ru/

1 Большой энциклопедический словарь / http://dic.academic.ru/dic.nsf/enc3p/116458

1 История монет / http://www.russian-money.ru/

1 Сайт Центрального Банка РФ/ http://www.cbr.ru/

1Алексеев В.Н. Курс качественного химического полу микроанализа. Изд. 5-е,перераб. и доп. Под ред. д-ра хим. наук П. К. Агасяна.- М. «Химия», 1973

1 Методическое руководство к лабораторным работам по аналитической химии для студентов биологического факультета / Н.В. Кулешова, Р.В. Абражеев, О.В. Нипрук, Т.А. Мельчакова. – Н. Новгород: Изд. ННГУ, 2004