Hilfe - Bestimmung der Cu-Konzentration in Münzen

Ich hätte da ne Frage zu einem Experiment das in der Schule nicht funktionniert hat. Das Experiment wurde zwar richtig ausgeführt, trotzdem muss irgendwo ein Rechen-, oder Denkfehler sein, denn ich bekomm zum Schluss ein Result wonach ich am Ende mehr Masse hab als am Anfang.

Hier das Experiment :

3,75 g Kupfer(II)sulfat pentahydratiert im distillierten Wasser auflösen un bis 50 mL aufschütten (= Mutterlösung)

4 verschiedene Lösungen zu je 100 mL zubereiten : 2,5 mL , 5 mL , 15 mL und 22,5 mL der Mutterlösung entnehmen und jeweils dei einzelnen Lösungen auf 100 mL auffüllen.

Ein 10-Cent Stück wiegen ( = 4,10 g ) und in Salpetersäure auflösen (abwarten bis sich die Münze komplett aufgelöst hat). Die Lösung dann auf 500 mL aufschütten. 25 mL von dieser Lösung entnehmen, in einen 100 mL Ballon schütten und auf 100 mL aufschütten.

Bestimmen Sie die maximale Wellenlänge der Cu2+ Ionen der 4 Lösungen per Spectrophometer. Stellen sie die Eischungsgerade anhand der vom Spectrophometer ermittelten Punkte graphisch dar und entnehmen Sie der Geraden die Cu2+ Konzentration der 10-Cent Lösung und rechnen Sie den Prozentsatz an Kupfer in dem 10-Cent Stück.

Das in etwa war die Aufgabenstellung (musste die erst mal aus dem Französischen übersetzen xD). Der Eischungsgeraden kann man entnehmen, dass die Konzentration an Kupfer in der Lösung bei 0,0323 liegt. Also c = 0,0323. Diese Lösung wurde jedoch verdünnt, von 25 auf 100 mL, also war die Konzentration an Kupfer Ionen in der 10-Cent Lösung (500 mL am Anfang) c°=4·0,0323=0,1292 mol/L.
n = c° · V
= 0,1292 · 0,5
= 0,0646 mol

m = n · M = 0,0646 · 63,5
= 4,1021 g
Dieses Resultat ist jedoch unmöglich, denn ein 10-Cent Stück von 4,1 g kann logischerweise keine 4,1021 g Kupfer enthalten, das wären 100,5 %. Die normale Konzentration an Kupfer liegt bei etwa 89 %, das wären also über 10 % Fehlerquote, was eigentlich nicht möglich ist, da absolut korrekt und sauber gearbeitet wurde. Das Experiment wurde von etwa 15 Gruppen mit dem gleichen Resulat wiederholt. Unser Professor ist auch ratlos, denn an sich sind alle Überlegungen und Rechnunken richteg. Falls jemand sieht, was das Problem sein könnte, wär ich dankbar für jeden Typ.

Nur noch ein Wort zur Eischungsgeraden : die 4 Lösungen die mit dem Kupfersulfat hergestellt wurden, geben einem per Spectrophotometer 4 Punkte. Wenn man diese Punkte verbindet (durch O(0,0) gehend) erhält man die Eischungsgerade. Der Spectrophotometer gibt einem von der 10-Cent Lösung dann auch einen Punkt, den man dann auf der Geraden einsetzt und dann die Konzentration von dieser Lösung abliest. Vor jedem Versuch wurde der Spectrophometer neu geeischt und hat auch mit den Testlösungen die richtigen Werte gegeben, der Fehler liegt also nicht hier !

Danke im Voraus,
Sam

Lieber Sam,

eines macht mich stutzig::

3,75 g Kupfer(II)sulfat pentahydratiert im distillierten

gegenüber

Ein 10-Cent Stück wiegen ( = 4,10 g ) und in Salpetersäure

ist ja schon lange her, aber ich kann mich ganz dunkel erinnern, daß Cu-Nitrat grün ist und nicht blau. Könnte es sein, daß )ungeachtet der eigentlich farblosen Anionen) Cu-Sulfat anders absorbiert als Cu-Nitrat ?
Sollte man gar Schwefelsäure statt Salpetersäure nehmen ?
Ist vielleicht noch Nickel oder Eisen drin, welche auch gefärbte Ionen bilden ?
Eine reine Cu-Münze kenne ich nicht !

Gruß
Bernd

Es ist schon klar, dass in einer Münze nicht nur Kupfer, sondern auch Nickel und andere Stoffe enthalten sind, was uns jedoch eigentlich nicht interessiert. Wir haben ungeachtet der Zusammensetzung einfach die Lösung im Spectrophotometer analysiert, wor die Wellenlänge auf die Kupferionen eingestellt war. So werden andere Ionen gar nicht erst beachtet. Deshalb glaube ich nicht, dass die andern enthaltenen Metalle oder die Art der Säure etwas mit dem Problem zu tun haben, ich werd der Sache trotzdem nachgehen.

Auf jeden Fall mal Danke für den Tip,
Gruß, Sam

Hallo Bernd,

ist ja schon lange her, aber ich kann mich ganz dunkel
erinnern, daß Cu-Nitrat grün ist und nicht blau.

Kupfer(II)-nitrat ist blau; das entsprechende Chlorid oder Acetat sind aber in der Tat grün, was daran liegt, daß die Anionen an das Kupfer koordinieren können und so das Adsorptionsmaximum leicht verschieben. In wäßriger Lösung liegen die Salze aber (in Abwesenheit starker Komplexbildner) als Aquo-Komplex Cu(H2O)n vor (n = 4-6) - und der ist blau. Die Farbe hängt darum nicht wesentlich vom Gegenion ab.

Sollte man gar Schwefelsäure statt Salpetersäure nehmen ?

Das gibt ein Löslichkeitsproblem, weil sich reines Kupfer nur in konzentrierter Schwefelsäure lösen läßt und die Legierungen teilweise noch beständiger sind.

Ist vielleicht noch Nickel oder Eisen drin, welche auch
gefärbte Ionen bilden ?
Eine reine Cu-Münze kenne ich nicht !

Übliche Legierungspartner sind Zn, Mn, Sn, Al, die alle (nahezu) farblose Aquo-Komplexe bilden und Nickel. Die Maxima von Cu und Nickel sind aber doch soweit getrennt, daß in der Regel eine Bestimmung möglich ist. Im Zweifelsfalle - falls Nickel enthalten ist - können beide Maxima gemessen werden und / oder das Spektrum kann rechnerisch „zerpflückt“ werden.

Gruß
Bernd

Nachtrag

Ist vielleicht noch Nickel oder Eisen drin, welche auch
gefärbte Ionen bilden ?
Eine reine Cu-Münze kenne ich nicht !

Ich habe kurz nachgeschaut: Cu, Al, Zn, Sn. Keine farbigen Katione außer Kupfer - darum wurde wohl auch diese Probe gewählt.

Hi Sam,

wen ich mich recht erinnere (es ist schon einige Jahrzehnte her, daß ich so was gemacht habe), wurde Cu spektroskopisch als Ammoniak-Komplex nachgewiesen. Davon hab ich bei Dir nicht gelesen.

Ansonsten: Du hast die Stammlösungen aus Cu-Sulfat hergestellt, die Münze ist aber Cu-Metall. Wurden die unterscheidlichen Molmassen berücksichtigt?

Gandalf

Möglicherweise spielt der pH eine Rolle: Ihr habt sicher einen erheblichen Überschuss Salpetersäure in der Münzlösung gehabt, das könnte einen Einfluss auf die Farbintensität haben.
Es wurde ja schon angesprochen: Üblicherweise komplexiert man das Cu für solche Messungen mit Ammoniak, damit würde ich es noch mal probieren.