Как определить наличие никеля в сплаве + идентифицировать железо?

Химические элементы никель и железо входят в группу промышленных металлов. Оба элемента принадлежат классу белых металлов, являются магнитными. Эти свойства не позволяют выявить оба металла простым испытанием магнитом. Между тем железо подвержено быстрой коррозии, поэтому идентификация этого металла видится важным моментом. Никель часто встречается в сплавах или в качестве слоя покрытия. Например, сплав никель-серебро (немецкое серебро) фактически не содержит серебра. Этот сплав обычно содержит медь, никель, цинк, а потому идентифицировать металл доступно только с помощью точечного теста на никель. Рассмотрим варианты – как определить никель есть или нет, применяя методы, доступные в домашних условиях. Также затронем тему идентификации железа.

Точечные тесты обнаружения металлов

Точечные тесты для некоторых металлов (например, медь и свинец) проводятся простым касанием металла смачиваемой тестовой бумагой. Однако процесс тестирования для железа и никеля выглядит сложнее. Обусловлена сложность теста плохим растворением ионов железа в воде (никеля в растворе для обнаружения ионов).

Поэтому рассмотрим вариант тестирования, где используется метод электролиза посредством включения обычной батареи типа «Крона». Методика электролиза даёт возможность принудительного ввода ионов металлов в раствор, где конкретный химический элемент обнаруживается путём изменения цвета тестовой бумаги.

При таком варианте исследований тестируемые образцы нет необходимости отделять от объектов или обрабатывать сильными кислотами.

Тест металла сплава на никель или железо
Тестирование металлов и сплавов на присутствие конкретных химических веществ при помощи современных технологий делается обычным нанесением спец-раствора. Для домашнего тестирования актуальным остаётся электролиз

Точечные тесты следует рассматривать простыми аналитическими способами идентификации металлов. Здесь в качестве примера описывается тестирование известных химических элементов — железа и никеля, с целью получения опыта использования электролиза с тестовой бумагой.

Неизвестные металлы также могут быть протестированы таким способом при условии соблюдения методики электролиза и применения индикаторной бумаги для конкретного металла.

Как определить никель электролизом и контрольной бумагой?

Для проведения процедуры определения никеля и железа в металле потребуются некоторые инструменты и химические реактивы, а также рабочие аксессуары:

  1. Индикаторная бумага для никеля и железа.
  2. Кусок металла, содержащего железо.
  3. Кусок металла с никелем.
  4. Батарея типа «Крона» на 9В.
  5. Электролизный набор (кабели, зажимы, пинцет).
  6. Насыщенный раствор хлорида натрия.
  7. Вода дистиллированная (деонизированная).
  8. Пластиковый пинцет, ножницы, пипетка.
  9. Небольшие пластиковые контейнеры.

Тонкости проведения процедуры тестирования

Вполне допустимо определять никель или железо в домашних условиях, но при этом следует иметь в виду определённые тонкости.

Проводить тест на никель или железо рекомендуется в тонких резиновых перчатках, чтобы не контактировать голыми руками с контрольной бумагой и металлами. Область проверки на металлах следует выбирать в местах, меньше всего заметных при визуальном осмотре, так как возможны остаточные следы после процедуры.

Тонкости процедуры электролиза
Необходимо учитывать все тонкости электролиза, так как в ином случае точность определения, никель или нет, резко понижается. К тому же работа без перчаток, к примеру, чревата кожным раздражением

Перед тестированием рекомендуется подготовить небольшие кусочки индикаторной бумаги в виде остроугольных треугольников, вырезая таковые из крупного листа. Использование в тесте никеля или железа только касание вершиной бумажного остроугольного треугольника, помогает свести к минимуму остаточные следы после завершения теста.

Следует использовать пипетку для переноса достаточного количества раствора (хлорида натрия), наносимого на индикаторную бумагу. Слишком большое количество раствора использовать недопустимо, поскольку есть риск смыть реагент индикаторной бумаги для определения никеля или железа. Только пластиковые (не металлические) пинцеты применяются для работы с индикаторной бумагой, за исключением непосредственно этапа электролиза.

После каждого использования пинцет требует чистки. Возможно, потребуется обезжирить поверхность металла (мыльной водой или ацетоном) перед тестом на никель и железо, потому что замасленная поверхность образца способна блокировать проведение теста. Также тестирование невозможно, если на металле присутствует покрытие (воск, лак и т.п.).

Схема устройства для выполнения электролиза

Ниже представлена схема устройства на определение никеля (железа) в металле с помощью простой низковольтной батареи.

Схема устройства для электролиза
Схема простейшей установки электролиза, которую несложно соорудить дома: 1 – образец определения никеля (железа); 2 – индикаторная бумага; 3 – пинцет из нержавеющей стали; 4 – щелочная батарея; 5 – зажим «крокодил»

Касание металлической поверхности при определении никель или нет, выполняется исключительно индикаторной бумагой. Недопустимо пинцетом касаться металлической поверхности или зажима «крокодил».

Кроме того, следует убедиться, что индикаторная бумага между областью захваченной пинцетом и точкой контакта с металлом, полностью увлажнена раствором хлорида натрия. Если часть бумаги останется сухой, электрическая цепь не сформируется, ток протекать не будет, соответственно, не будет и эффекта корродирования металла.

Пошаговая процедура исполнения

  1. Захватить пипеткой и перенести несколько миллилитров раствора хлорида натрия в небольшой пластиковый контейнер. Обозначит контейнер соответствующей биркой, если планируется определение никеля, железа и других металлов.
  2. Подключить батарею питания и электролизные кабели.
  3. Прикрепить зажим «крокодил» непосредственно на кусок никеля (железа) и обеспечить устойчивый контакт, стараясь не царапать образец (если критично). Защитить образец никеля или железа при необходимости можно фольгой, накрыв этим материалом образец. Зажим «крокодила» прикрепить на фольгу.
  4. Захватить пинцетом из нержавеющей стали индикаторную бумагу для никеля (железа).
  5. Смочить индикаторную бумагу насыщенным раствором хлорида натрия (несколько капель) с помощью пипетки.
  6. Коснуться остроугольным концом бумажного треугольника металлической поверхности образца. Удерживать положение касания в течение не менее 5 секунд, чтобы обеспечить электролиз.

Если в составе тестового образца присутствуют ионы железа, индикаторная бумага по железу приобретает:

  • розовую окраску для ионов Fe2 +
  • жёлтую окраску для ионов Fe3 +
Цвет индикаторной бумаги для химического элемента
В зависимости от определения конкретного химического элемента в металле используется «своя» индикаторная бумага. Конкретный химический элемент даёт при электролизе «свой» цвет

Если в составе образца присутствуют ионы никеля, индикаторная бумага под никель окрасится в красный цвет. Насыщенность цвета зависит от концентрации ионов никеля. После завершения теста применяется чистая вода для ополаскивания испытательной площадки и тестируемого образца для удаления остаточного раствора.

Объекты, содержащие железо

Современным миром железо рассматривается широко используемым промышленным металлом, нередко присутствующим в музейных коллекциях:

  • тяжелого промышленного оборудования;
  • вооружения и военных коллекций;
  • грузовиков и легковых автомобилей.

Существует также огромный компонент археологических коллекций, часто представляющий проблемы сохранения (например, пушки и пушечные ядра, гвозди, цепи и т.д.). Железо используется в наружной скульптуре и зданиях в различных формах:

  • кованое железо,
  • чугун,
  • атмосферостойкая сталь,
  • нержавеющая сталь.

Железные объекты часто встречаются в составе с различными металлами:

  • алюминий,
  • кадмий,
  • хром,
  • медь,
  • никель,
  • серебро,
  • свинцово-оловянные сплавы,
  • олово и цинк.

Объекты (предметы) с покрытием, как правило, скрывают железо, но как только покрытие утрачивает свои свойства, железо начинает ржаветь.

Объекты, содержащие никель

Никель дороже железа и это одна из причин редкого присутствия металла в музейных коллекциях. Никель используется в составе коррозионно-стойких сплавов, подобных Монель (до 67% никеля, до 38% меди) — продукт «Special Metals Corporation». Сплав «Монель» встречается в составе некоторых монет. Практически каждый космический метеорит, посетивший Землю, отметился содержанием похожего на «Монель» сплава.

Гайка, сделанная с применением сплава Монель
Пример использования сплава «Монель» — исполнение покрытия стальной гайки М400. Подобные изделия промышленного производства встречаются достаточно часто на практике

Сплав «Монель» широко используется в разных ювелирных изделиях. Однако отмечено: организм некоторых людей вызывает аллергию на этот металл. Никелевые серебряные сплавы (белые сплавы), богаты медью, содержат никель, но не имеют в составе серебра.

Никель покрывают сплавами на основе железа или на основе никеля. Довольно сложно наложить никель непосредственно на железо. Поэтому железо обычно покрывается медью и уже на медь наносят никель.

Чувствительность и помехи определения

Индикаторная бумага по железу настроена на обнаружение в растворе 2 мг/л (2 части на миллион) или более ионов Fe2 +. Индикаторная бумага по никелю настроена на обнаружение в растворе 10 мг/л (10 частей на миллион) или более ионов никеля.

Идеальный тест, когда только один металлический элемент даёт изменение цвета. Однако другие металлические элементы также могут вызывать аналогичное изменение цвета индикатора. Такое состояние называется «помехой», когда тестовая бумага может дать положительный результат, даже если проверяемый металл отсутствует.

Поэтому инструкции, к примеру, на индикаторы для никеля предупреждают: железо способно вызывать помехи, если присутствует аммиак, а медь и кобальт дают помехи, если эти металлы присутствуют при высоких концентрациях.

Инструкция на индикатор железа не указывает какие-либо элементы, мешающие тестированию, но указывает, что ионы Fe3 + образуют жёлтый цвет, который может маскировать красный цвет Fe2 +.

Самодельные электролизные кабели

Ниже приведен пример самостоятельного изготовления устройства электролиза с питанием от 9-вольтовой батареи.

Сборка для электролиза в домашних условиях
Конструкция устройства, помогающая определить никель или железо непосредственно в домашних условиях. Останется только купить индикаторную бумагу для определения конкретного металла

Комплектующие детали и аксессуары устройства:

  • батарея питания на 9 вольт,
  • интерфейс для подключения батареи,
  • поливинилхлоридная трубка,
  • фен для волос (для подогрева раствора),
  • пинцет из нержавеющей стали.

Крепление провода (минусового) к пинцету сделать просто. Достаточно просверлить в рукоятке пинцета отверстие под винт диаметром 3 мм и установить кольцевую клемму с отверстием. Провод, тонкий, многожильный, изолированный, крепится на клемму стандартно, — с помощью паяльника и припоя.

Плюсовой провод батареи, того же стандарта, что и минусовой, крепится к зажиму «крокодил». В разрыв провода включается постоянный резистор: 300-360 Ом, 0,25 Вт. Для нормальной работы ток цепи установки электролиза должен быть в пределах 25-30 мА (регулируется резистором).

Финал: процесс электролиза в домашних условиях

Электролиз происходит, когда прохождение электрического тока по образованной цепи вызывает химическую реакцию. Фактически создаётся электролитическая ячейка, которая состоит из двух металлических электродов, погруженных в электролит (поваренная соль, растворенная в воде).

Для домашней процедуры в качестве электролита вполне подойдёт раствор соли. Этим раствором смачивается индикаторная бумага. Электроды — проверяемый металлический образец и металлический пинцет.

Оба электрода должны контактировать с электролитом для завершения цепи; поэтому важно, чтобы индикаторная бумага, находящаяся между металлическим образцом и пинцетом была полностью влажной.


При помощи информации: Canada


Добавить комментарий

Внимание: Спам не пройдёт. Работает фильтрация комментариев. *