Комплексонометрический метод

Сущность метода

Комплексонометрический метод основан на реакции образова­ния прочных, хорошо растворимых в воде внутрикомплексных сое­динений ионов металлов с аминополикарбоновыми кислотами и их солями, получившими общее название комплексонов. Из многочисленных аминополикарбоновых кислот наибольшее аналитическое применение нашел комплексов Ш (трилон Б, хелатон III) - кислая двунатриевая соль этилендиаминтетрауксусной кислоты. Состав комплексона III отвечает

формуле:

Синтез его сравнительно несложен, он хорошо растворим в воде. Раствор комплексона III является рабочим раствором метода. Комплексон III отвечаег требованиям, предъявляемым к исходным веществам, и поэтому раствор его можно приготовить по точной навеске в малых объемах.

Индикаторы комплексонометрии

Индикаторами в методе комплексонометрии являются сложные органические вещества, реагирующие на изменение кондентрации определяемых ионов металла, поэтому их называют иначе металл-индикаторами. Вещества могут быть комплексонометрическими индикаторами, если:

1) их собственная окраска в растворе отличается от окрас­ки их соединений с ионами металлов;

2) комплексное соединение ионов металла с индикаторами яв­ляется менее прочным, чем комплексное соединение ионов метал­ла с комплексоном III.

Различают следующие две группы комплексонометрических индикаторов:

1) специфические индикаторы, реагирующие только с опреде­ленным металлом. Так, Fe³⁺ ионы можно титровать комплексоном III при рН= 2, используя реактивы, дающие окрашенные соединения с Fe³⁺ (роданид аммония, сульфосалициловая кислота и др.).2) металл-индикаторы- органические вещества, чаще всего сами окрашенные и образующие тоже окрашенные, но в другой цвет соединения с различными металлами. Эти индикаторы, как правило, являются многоосновными кислотами. В качестве индикаторов при комплексонометрических титрованиях часто применяют красители: кислотный хром темно-синий, кислотный хромоген черный специальный (эриохром черный) и др. Они применяются в щелочной среде(аммиачный буфер, рН = 8-10) для определения ионов цинка, магния, кальция и других. Окраска индикатора в точке

эквивалентности из фиолетовой становится синей.

Если изобразить условно формулу индикатора так H₂Ind, то протекаемую реакцию между эриохромом черным (рис. 1) и ионом металла при рН=8-10 можно записать так:

H₂Ind + Me²⁺ = MeInd + 2H⁺

синий цвет красный цвет

Рис. 1 Эриохром черный

В области 7 < pH < 12, представляющей наибольший интерес для метода комплексонометрии, группа сульфоновой кислоты полностью диссоциирована. Значения рК отщепления обоих протонов рК₁ = 6,3 и рК₂ = 11,6 ограничивает три области:

рН < pK₁ Диссоциация не происходит. Соединение окрашено в красный цвет.

7 < pH < 11 Существует амфолит. Ионы окрашены в синий цвет.

pH > 12 Обе ОН- группы диссоциированы. Ионы окрашены в желто-оранжевый цвет.

Поскольку комплексы эриохрома Т с металлами окрашены в красный цвет, при проведении титрования в области 7 < pH <11 происходит четкое изменение окраски из красной в синюю. Красную окраску имеет комплекс индикатора с металлами: Mg, Ca, Sr, Y, Mn, Zn, Cd, Hg, Ga, In, Pb, Al, Fe, Ti, Co, Ni, Cu, платиновыми металлами, лантаноидами.

Таким образом, при добавлении к анализируемому раствору индикатора раствор окрашивается в красный цвет. При титровании раствором комплексона III в точке эквивалентности окраска раствора становится синей, так как комплексон III образует более прочное соединение с металлом, чем индикатор:

MeInd + Na₂H₂I = Na₂MeI + H₂Ind

красный цвет синий цвет

Щелочные растворы индикатора чувствительны к действию окислителей, поэтому индикатор добавляют непосредственно перед титрованием. Поскольку водные растворы эриохрома Т неустойчивы, обычно его в сухом виде смешивают с хлоридом натрия (для разбавления).

Комплексонометрическим методом можно определять индивидуальные соли, смеси солей, некоторые органические соединения.

Комплексоны достаточно эффективны при выведении из живых организмов токсических ионов металлов, в том числе радиоактивных изотопов. Комплексоны применяются в качестве стабилизаторов при хранении крови(они связывают ионы тяжелых металлов, катализирующих окисление органических соединений).

 

 

Рис. 2 Структура комплекса металла с ЭДТА

 

Лабораторная работа

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОДЕРЖАНИЯ Zn²⁺ и ZnSO₄ В ВОДНОМ РАСТВОРЕ

В основе определения лежит реакция:

Na₂H₂I + ZnSO₄ = Na₂ZnI + H₂SO₄

H₂I^2- + Zn²⁺ = ZnI^2- + 2H⁺

Молярная масса эквивалента Zn²⁺: M (0,5 Zn²⁺) = 0,5 ∙ 65,38 = 32,69 г/ моль

Молярная масса эквивалента ZnSO₄: M (0,5 ZnSO₄) = 0,5 ∙161,44 = 80,72 г/моль

Молярная масса эквивалента комплексона: M (Na₂H₂I) = 0,5 ∙ 372,24 = 186,12 г/моль

Приготовление 100 мл 0,05 н рабочего раствора комплексона III по точной навеске.

КомплексонIII отвечает всем требованиям, предъявляемым к исходным веществам, поэтому раствор его можно готовить по точной навеске.

Расчет навески: m(комплексона) = 0,05 ∙186,12 ∙ 0,1 = 0,9306г

Навеску комплексона, взятую на аналитических весах, количественно переносят в мерную колбу на 100 мл.

Порядок титрования

В бюретке – раствор комплексона, в колбе для титрования – раствор сульфата цинка и буферная смесь с рН =10(аммиачный буфер).

Лабораторная работа

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КРИСТАЛЛИЗАЦИОННОЙ ВОДЫ В КРИСТАЛЛОГИДРАТЕ ЦИНКА МЕТОДОМ КОМПОЛЕКСОНОМЕТРИЧЕСКОГО ТИТРОВАНИЯ

 

Кристаллогидратами называют соли, выделяющиеся из водного раствора с некоторым числом молекул воды. Часто образуют кристаллогидраты сульфаты - CuSO₄*5H₂O, FeSO₄*7H₂O, карбонаты Na₂CO₃*10H₂O, нитраты и многие другие. Часть из них при хранении теряет кристаллизационную воду или «выветривается», другие, наоборот, поглощают пары воды из воздуха. Существует, также, сравнительно небольшая группа кристаллогидратов, которые устойчивы при комнатной температуре.

Нередко растворы готовят из кристаллогидратных солей, поэтому необходимо точно знать число молекул воды в кристаллогидрате, чтобы получить раствор с заданной концентрацией соли. Целью данной работы является определение числа молекул кристаллизационной воды в кристаллогидрате сульфата цинка, который в свежевыделенном состоянии имеет формулу 7-водного гидрата: ZnSO₄*7 H₂O.

М(ZnSO₄) =161,45 г/моль М(1/2 ZnSO₄) = 80,725 г/моль

М(ZnSO₄*7H₂O) =287,56 г/моль

 

Приборы и реактивы

Технохимические весы, аналитические весы, бюкс с крышкой, 0,05Н раствор трилона Б в бюретке, кристаллический гептагидрат сульфата цинка, 2 пипетки с делениями на 5 или 10 мл, аммиачный буфер с рН = 10, индикатор – эриохром черный Т, мерная колба на 100 мл, колбы для титрования, два шпателя.

 

Ход определения

1. Взвешивают на технохимических, а затем на аналитических весах навеску кристаллогидрата сульфата цинка количеством около 0,005 моль (~1,45 г).

2. Навеску переносят в мерную колбу на 100 мл, растворяют, объем доводят до 100 мл, раствор тщательно перемешивают.

3. Пипеткой отбирают 3 мл полученного раствора (Vпип) и переносят его в колбу для титрования, прибавляют 1-2 мл аммиачного буфера и индикатор (на кончике шпателя). Раствор при этом окрашивается в красный цвет.

4. Проводят титрование трилоном Б до перехода окраски от красной в синюю. Титруют несколько проб до получения сходящихся результатов.

5. Рассчитывают массу и количество сульфата цинка в объеме колбы.

По закону эквивалентов:

n(eq) (ZnSO₄)= n(eq) трилона, или

 

c(eq) ZnSO₄) • Vпип = c(eq) трилона • Vзатр. Трилона, тогда

 

c(eq) (ZnSO₄)=c(eq) трилона• Vтрилона/ Vпип. Затем рассчитываем массу безводной соли: m (ZnSO₄) = c(eq) (ZnSO₄) • Vколбы • М(1/2 ZnSO₄). Далее определяем количество вещества сульфата цинка:

n(ZnSO₄) = m (ZnSO₄)/M (ZnSO₄)

6. Определяем массу и количество кристаллизационной воды в исходной навеске кристаллогидрата:

 

m(крист. воды) = m(кристаллогидрата) - m(безводной соли)

 

n(крист.H₂O) = m (H₂O)/M (H₂O)

 

7. Определяем число молекул кристаллизационной воды в кристаллогидрате:

Х(H₂O) = n(крист.H₂O)/ n(ZnSO₄)

 

 

Лабораторная работа

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОБЩЕЙ ЖЕСТКОСТИ ВОДЫ

Жесткость воды обусловлена в основном присутствием в воде солей кальция и магния.

Обычно жесткость выражается в ммольэкв/л кальция(магния).

Различают мягкую воду < 4 ммольэкв/л

Средней жесткости 4 – 8 ммольэкв/л и очень жесткую воду > 12 ммольэкв/л.

В основе определения лежит реакция взаимодействия комплексона III с ионами магния и кальция, аналогичная реакции, описанной в предыдущей работе.

Порядок титрования – такой же как в предыдущей работе.

В колбу для титрования помещают 215мл воды, прибавляют 1мл буферной смеси, индикатор и титруют из бюретки раствором комплексона до перехода окраски из красной в синюю.

Расчет

Расчет жесткости проводится по формуле:

Ж = C(0,5 Na₂H₂I) ∙ V(Na₂H₂I) ∙ 1000 / V(H₂O)

где V- объем рабочего раствора комплексона, затраченный на титрование в мл,

C(0,5 Na₂H₂I) - нормальность раствора комплексона