Установление состава комплексного соединения

методом непрерывных изменений (метод изомолярных серий *).

 

Метод основан на определении отношения изомолярных концентраций реагирующих веществ, отвечающего максимальному выходу образующегося комплексного соединения M_mR_n. Кривая зависимости выхода комплекса от состава раствора характеризуется наличием точки экстремума (рис. 1), которая отвечает максимально возможной концентрации комплекса M_mR_n, образующегося по реакции mM+nR↔ M_mR_n, а ее положение (абсцисса) однозначно связано со стехиометрическими коэффициентами m и n:

 

х_макс = C_R/(C_M+C_R) = n/(m+n)

 

где C_R, C_M-начальные концентрации реагирующих компонентов M и R.

A Рис. 1. Зависимость оптической плотности растворов комплекса [MR2] от состава изомолярного раствора.

Для выполнения анализа готовят растворы обоих компонентов одинаковой молярной концентрации и смешивают их в антибатных соотношениях (от 1:7 до 7:1), сохраняя неизменным общий объем раствора (V_M+V_R=V=const) и суммарное число молей обоих компонентов.

Измерения оптической плотности проводят при постоянных значениях ионной силы и рН растворов. Измерив оптические плотности приготовленных растворов изомолярной серии, строят график зависимости А от соотношения концентраций А=f(C_R/C_M) и определяют положение максимума поглощения на изомолярной кривой. Максимальным светопоглощением обладает раствор, в котором содержание образующегося комплексного соединения является наибольшим. Поэтому концентрационное (объемное) соотношение компонентов изомолярной серии, отвечающее максимуму поглощения, соответствует стехиометрическому соотношению реагирующих веществ. Если максимум поглощения на кривой нечеткий, то его положение определяют путем экстраполяции обеих ветвей графика до взаимного пересечения.

В общем случае, когда при данной длине волны λ свет поглощают наряду с комплексом и исходные реагенты, тогда строят график между разностью оптической плотности ∆А (∆А= А-А_R-A_M, где А_R и A_M-оптические плотности растворов компонентов M и R при концентрациях, равных концентрациям в исследуемой изомолярной серии) и составом изомолярной серии.

 

 

* Серия растворов с постоянной суммарной концентрацией реагирующих компонентов M и R, но с различным соотношением их концентраций С_R/C_M называется изомолярной.

 

 

Метод изомолярных серий не является универсальным и применим только при следующих условиях:

– в системе образуется только одно комплексное соединение

– химическая реакция между реагирующими веществами протекает строго по рассматриваемому уравнению и не осложняется никакими побочными процессами (протолиз, ассоциация и т.д.)

– ионная сила растворов изомолярной серии сохраняется постоянной.

 

                                           Выполнение работы.

Готовят серию изомолярных растворов центрального иона и ксиленолового оранжевого. В мерные колбы вместимостью 25 мл помещают аликвотные части растворов соли иона исследуемого металла (Pb²⁺, Zn²⁺, Cu²⁺, Cd²⁺), ксиленолового оранжевого и буферного раствора в соответствии с таблицами 1-2. Объем растворов доводят дистиллированной водой до меток на колбах.

Измеряют оптическую плотность растворов комплекса в кюветах с толщиной поглощающего слоя l =1.0 см   относительно раствора сравнения - дистиллированной воды.

Для введения поправки на поглощение ксиленолового оранжевого готовят серию растворов (КО), содержащих реагент  при условиях, аналогичных условиям приготовления изомолярной серии. Затем измеряют оптическую плотность растворов КО в кюветах с толщиной поглощающего слоя l =1.0 см относительно дистиллированной воды, после чего заполняют таблицу 1 или 2.

Таблицы различаются исходной молярной концентрацией катиона металла, взятой для приготовления серии растворов

Таблица 1

Состав изомолярной серии растворов центральных ионов (Pb²⁺, Zn²⁺) с реагентом  ксиленоловым оранжевым

 

Центральный ион – Pb^2+, Zn^2+
Номер раствора		1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Объем раствора М^2+	V 1, мл
Объем раствора КО	V 2, мл
Объем буферного раствора (pH=5.8)	V 3, мл
Молярная концентрация М^2+	с (М^2+), моль/л
Молярная концентрация КО	с (КО), моль/л
Оптическая плотность раствора лиганда	Ал
Оптическая плотность раствора комплекса	Ак
Разность оптической плотности	∆ А = Ак- Ал
Отношение с (КО)/ с (М^2+)

 

Таблица 2

Состав изомолярной серии растворов центральных ионов (Pb²⁺, Zn²⁺)                                  с реагентом – ксиленоловым оранжевым

Центральный ион – Cd^2+, Cu^2+, Zn^+2, Pb^2+
Номер раствора		1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Объем раствора М^2+	V 1, см^3
Объем раствора КО	V 2, см^3
Объем буферного раствора (pH=5.8)	V 3, см^3
Молярная концентрация М^2+	с (М^2+), моль/дм^3
Молярная концентрация КО	с (R), моль/дм^3
Оптическая плотность раствора лиганда	Ал
Оптическая плотность раствора комплекса	Ак
Разность оптической плотности	∆ А = Ак- Ал
Отношение с (R)/ с (М^2+)

           

2.1.1 Графический метод определения состава комплексного соединения

Строят два графика зависимости оптической плотности (разности оптической плотности) растворов изомолярной серии от соотношения молярных концентраций лиганда и центрального атома:

∆ А = f(C(КО)/C(М²⁺) и Ак=f(C(КО)/C(М²⁺)

  Выявляют точки, относящиеся к двум ветвям функции, и по методу наименьших квадратов проводят через них прямые линии до точки пересечения. Перпендикуляр, опущенный из точки пересечения этих линий, показывает отношение количеств лиганда и центрального иона в комплексном соединении.

        

2.1.2 Математический метод определения состава комплексного соединения

По программе bkmz. exe определяют состав комплексного соединения и его константу нестойкости.