www.srebrnykruk.pl

strzalka

Analityczne metody badania stopów metali szlachetnych


Poza wcześniej omówioną metodą przybliżoną analizy stopów metali szlachetnych, niekiedy zwłaszcza w laboratoriach probierczych, do oznaczenia zawartości metali szlachetnych wykorzystuje się metody analityczne. Sposobów tych jest wiele w zależności od składu oraz rodzaju badanego stopu. Są to metody analizy chemicznej ilościowej takie jak; wagowe, miareczkowe, kalorymetryczne, elektrolityczne, spektrograficzne i polarograficzne a także dość powszechnie używana metoda ogniowa tzw. kupelacyjna. z uwagi na mnogość tych metod i stosowanie ich głównie w laboratoriach probierczych nie będziemy tymi sposobami analizy stopów metali szlachetnych zajmować się szczegółowo. Dla przybliżenia ich sposobu wykonywania skrótowo opisane zostaną tylko metoda ogniowa i przez oznaczanie ciężaru właściwego.


30.2.1. Badanie stopów metali szlachetnych metodą kupelacji

30.2.2. Analiza metali szlachetnych przez oznaczanie ciężaru właściwego


30.2.1. Badanie stopów metali szlachetnych metodą kupelacji


Najczęściej stosowanym sposobem dokładnego oznaczania zawartości metali szlachetnych w stopach jest metoda ogniwa, czyli tzw. metoda kupelacyjna. Wymaga ona stosowania materiałów i odczynników wysokiej czystości. Polega na usunięciu z próbki stopu, wszystkich jego składników poza metalem badanym. Masę uzyskanego czystego metalu szlachetnego odnosi się do masy wyjściowej próbki stopu i uzyskuje się w ten sposób próbę wyrażoną w częściach tysięcznych.

Podstawą właściwością wykorzystywana w tej metodzie, jest zdolność do oddzielania metali szlachetnych, od łatwo topliwych i utleniających się metali nieszlachetnych, będących w stopie, za pomocą stopienia z ołowiem na kupelce w atmosferze utleniającej. Stapianie ołowiem prowadzi się w piecu muflowym, nazywanym kupelacyjnym ogrzewanym zazwyczaj energią elektryczną. Kupelka jest to grubościenny tygielek, wykonany z mączki kostnej związanej potażem, bądź z mieszanki magnezytowej tj. materiałów o zasadowym charakterze. Metale nieszlachetne będące w stopie w atmosferze utleniającej łatwo przechodzą w tlenki, które razem z tlenkiem ołowiu PbO, wnikają w porowatą kupelkę. Utleniający się metal szlachetny osiada na wierzchu kupelki. Procesowi temu towarzyszy strata metalu szlachetnego w wyniku parowania oraz rozpuszczania w powstałym tlenku ołowiu i wniknięciem ich w kupelkę. W związku z tym ilość ołowiu musi być dobrana do ilości metali nieszlachetnych w stopie. Dodatkowo stratę metalu szlachetnego powiększają domieszki bizmutu, antymonu i telluru30-7, ułatwiające wnikanie w kupelkę metalu szlachetnego. Uzyskane na kupelce w wyniku tego procesu ziarno, złożone wyłącznie z metali szlachetnych, rozpłaszcza się je na blaszkę i rozdziela metodą mokrą na składowe metale. w wyniku działania kwasów pozostaje czysty metal szlachetny, który po odważeniu daje próbę danego metalu w analizowanym stopie. Przebieg procesu kupelacji dla złota wykonywany dla dwóch próbek pobranych z badanego stopu składa się z niżej opisanych czynności.


30.2.2. Analiza metali szlachetnych przez oznaczanie ciężaru właściwego


Rysunek nr 30-1
Rysunek nr 30-1. Waga Mohra-Westphala.

Do rozpoznawania platyny i złota oraz określania przybliżonej próby ich stopów stosuje się analizę przez oznaczanie ciężaru właściwego. Wykorzystuje się tu fakt, iż metale te cechują się dużym ciężarem właściwym, inaczej nazywanym gatunkowym. Czyli liczbą wskazującą ile razy, dane ciało jest cięższe od równej mu objętości wody, albo liczbą określającą ciężar 1 ml danego ciała.

Badanie ciężaru właściwego wykonuj się specjalną wagą hydrostatyczną Mohra - Westphala lub precyzyjną wagą analityczną. Analiza ta rozpoczyna się od trzykrotnego dokładnego zważenia stopu. Za pierwszym razem ważymy sam stop, za drugim razem po zawieszeniu go na cienkim druciku nad szalką wraz z drucikiem i trzeci raz, dokonujemy pomiaru wagi po całkowitym zanurzeniu stop wraz z drucikiem w naczyniu z wodą. Rezultatem tych pomiarów są wartości;

P1 – ciężar analizowanego ciała,

P2 – ciężar analizowanego ciała wraz drutem mierzony w powietrzu,

P3 – ciężar analizowanego ciała wraz z drutem mierzony w zanurzeniu w wodzie.

Stosując prawo Archimedesa mówiące o tym, iż ciało zanurzone w wodzie, traci na swoim ciężarze, tyle ile wynosi ciężar wypartej przezeń wody30-8 a ciężar właściwy, jest to ciężar ciała podzielony przez jego objętość, wykorzystując wartości uzyskane w drodze trzech pomiarów, wyliczamy objętość V danego ciała. Różnica dwóch ostatnich wartości (P2P3) da nam objętość, zatem korzystając ze wzoru; P2 − P3 = V, uzyskujemy objętość badanego ciała.

Tabela nr 30-4
Tabela nr 30-4. Ciężar właściwy przykładowych stopów złota i srebra.

Znając objętość ciała V i ciężar P1 możemy wyliczyć ciężar właściwy γ, korzystając przy tym ze wzoru;

Wzór 30-1

Starannie wykonane badanie daje rezultaty umożliwiające rozpoznanie użytego metalu szlachetnego. Ciężar właściwy stopu wynoszący od 19 do 21,4 oznacza stop wykonany z niskopróbnej platyny bądź wysokopróbnego białego złota. w tabeli nr 30-4 przedstawiono ciężar właściwy stopów złota i srebra.



30-7Tellur to pierwiastek chemiczny z grupy pół metali w układzie okresowym. Odkryty w 1782 r., nazwa łacińska tellurium, symbolu chemiczny Te, temperatura topnienia około 449 oC, temperatura wrzenia 988 oC.

30-8Ponieważ 1 cm3 wody waży dokładnie 1 g, utrata ciężaru ciała zanurzonego w wodzie wynosi tyle ile objętość danego ciała.