ID: 4215

Название работы: Обємні методи комплексоутворення

Категория: Контрольная

Предметная область: Химия и фармакология

Описание: У процесі вивчення курсу ми переконались в тому, що комплексні сполуки широко застосовуються в якісному аналізі для розділення, маскування і відкриття іонів. Не менш важливу роль реакції комплексоутворення грають у кількісному аналізі та інструментальних методах аналізу

Язык: Украинкский

Дата добавления: 2013-10-30

Размер файла: 68 KB

Работу скачали: 7 чел.

Об'ємні методи комплексоутворення

У процесі вивчення курсу ми переконались в тому, що комплексні сполуки широко застосовуються в якісному аналізі для розділення, маскування і відкриття іонів. Не менш важливу роль реакції комплексоутворення грають у кількісному аналізі та інструментальних методах аналізу. Так, їх застосовують для утримання певних іонів у розчині у ваговому методі аналізу, фотометрії розчинів тощо.

Зараз ми познайомимось з розділом об'ємного аналізу, де реакції утворення комплексних сполук металів є власне процесами, які перебігають при титруванні.

1.  Застосування комплексонів в аналізі.

У хімічному аналізі і в різноманітних галузях техніки із середини 50-х років минулого століття широко застосовується нова група органічних реактивів, яка часто об'єднується спільною назвою “комплексони”. До тих пір комплексоутворювачі грали лише допоміжну роль.

Комплексони – це похідні імінодиоцтової кислоти:

HOOC-CH2-NH-CH2-COOH.

Найбільш вивчено застосування етилендиамінотетраацетатної кислоти (скорочено ЕДТА) та її похідних. Вільна кислота мало розчинна у воді, тому звичайно застосовують її динатрієву сіль, яку називають комплексон (ІІІ) або трилон Б (звідси іноді вживається термін трилонометрія):

На цій схемі зображена будова комплексу двохвалентного металу.

Для аналізу цінно те, що комплекси ЕДТА із елементами ІІ А групи (крім берилію), алюмінієм, залізом, міддю, рідкісно-земельними металами, цирконієм і багатьма іншими елементами дуже міцні. Особливо важливо, що із самими різноманітними металами за певних умов завжди утворюються комплекси строго визначеного складу, а саме такі, у яких відношення металу та осаду дорівнює 1:1. Це різко відрізняє в позитивну сторону ЕДТА від більшості інших комплексоутворювачів для металів. В результаті наукові розробки по застосуванню ЕДТА вилились в окрему групу методів об'ємного аналізу, названих комплексонометрією. Ще до 70-х років були розроблені методи визначення майже усіх металів за допомогою ЕДТА та інших комплексонів.

Показовим є те, що ще з 1958 року було надруковано 250 робіт про цей метод. Основними монографіями з цього питання є: Р. Пришбил “Комплексоны” ил. 1955; “Комплексонометрія” переклад статті Г. Шварценбаха і Р. Пришбіла, Госхимиздат, 1958.

Комплексон ІІІ відповідає вимогам, що висуваються до стандартної речовини. Тому його робочий розчин може бути приготований за наважкою. Для її розрахунку зручно користуватись брутто-формулою C10H14O8N2Na2·2H2O, при чому молярна маса еквіваленту приймається рівною половині молярної маси сполуки. При необхідності нормальність трилона-Б визначають за допомогою стандарт-титрів (фіксаналів) хлориду кальцію або сульфату цинку.

1.  Індикатори комплексонометрії.

Цінні властивості комплексонів сприяли розробці нових індикаторів для визначення металів. Розрізняють дві групи індикаторів комплексонометрії. А. Специфічні індикатори, які реагують з певним металом. Так, Fe3+ можна титрувати ЕДТА при pH = 2, беручи у якості індикатора реактиви, що утворюють забарвлені сполуки з  Fe3+ (саліцилати, роданіди та інші).

Б. Метало-хромні індикатори – органічні речовини, частіш за все вони мають власне забарвлення і утворюють забарвлені сполуки з мталами. Принцип їх дії покажемо на прикладі найбільш поширеного індикатора – еріохромчорного Т. В діапазоні pH = 7-12 у водному розчині він має синій колір. Комплекси з металами (Ме) забарвлені у червоний колір. При титруванні відбуваються наступні процеси. Еріохром чорний, азобарвник з двома фенольними групами в означеному діапазоні pH можна зобразити як HR2-, реагує з двохзарядним катіоном металу:

HR2-   +    Me2+     =     MeHR.

                                       синій    безбарвний    червоний

При доливанні розчину ЕДТА під час титрування остання утворює з металом більш стійкий комплекс, витісняючи метал із його сполуки з індикатором:

МеНR    +    ЕДТА    =    МеЕДТА    +   НR2- + 2Н+.

                    червоний   безбарвний    безбарвний      синій

Отже, титрування слід проводити до появи синього забарвлення розчину.

З інших металохромних індикаторів слід згадати мурексид, пірокатехіновий, кселеноловий оранжевий. Вони дають можливість проводити титрування в усіх середовищах – від сильнокислої (кселеноловий оранжевий) до сильно лужної (мурексид).

1.  Підбір умов для титрування іонів металів.

Відомі багаточиселенні методи титрування майже усіх металів, які утворюють комплекси з ЕДТА. Але для їх титрування треба підбирати відповідні умови. Так, Zr4+, Bi3+ та інші високозарядні іони утворюють комплекси і титруються у кислому середовищі. Zn2+, Ni2+, Pb2+ та інші двохзарядні іони утворюють менш стійкі комплекси і титруються у слабо лужному середовищі. Ще менш міцні комплекси утворюють лужноземельні метали і магній, які титруються у лужному середовищі.

Отже, зв'язування металу у комплекс підсилюється з ростом рН. Однак не можна занадто сильно підвищувати рН, бо ще перед титруванням випадає осад гідроксиду металу. З іншого боку слід враховувати той факт, що індикатор за вибраного рН повинен утворювати комплекс з даним металом, але не занадто міцний – не більш міцний комплексу металу з ЕДТА. Інакше відбувається “блокування” індикатора, і він не змінює забарвлення поблизу точки еквівалентності.

З попереднього випливає можливість визначення декількох катіонів при їх спільній присутності шляхом регулювання кислотності розчину. Так, Zr4+ можна титрувати у присутності майже всіх елементів в середовищі 2Н соляної кислоти; Fe3+, Bi3+, Th4+ ─ при рН = 2-3 у присутності будь-яких двохвалентних елементів; цинк, кремній, свинець та ін. – при рН = 7 у присутності кальцію та магнію і т.д.

Для титрування Ca2+ i Mg2+ у суміші використовують малу розчинність гідроксиду магнію. Комплекс Mg2+ з ЕДТА розкладається їдким лугом, при цьому виділяється гідроксид магнію, в той час як комплекс Ca2+ з ЕДТА є стійким за цих умов. Тому важливо діяти, наприклад, таким чином. При рН = 10 (в середовищі аміачного буфера) титрують суму кальцію і магнію. До іншої частини аналізує мого розчину додають їдкий луг (без карбонатів!) і після осадження гідроксиду магнію титрують кальцій.

Інша можливість криється в застосуванні маскуючи засобів. Суть цього методу титрування полягає в тому, що один або група металів зв'язуються у комплекси, більш міцні, ніж з ЕДТА. Так, Al i Ti, які заважають титруванню рідкісноземельних металів, можна замаскувати, зв'язавши їх у міцний комплекс з пірокатехіном. Р.з.е., а також індій і свинець, можна титрувати у присутності цинку, міді, кадмію, кобальту та інших металів, якщо ці останні зв'язати в міцні комплекси ціанідом калію. Титруванню цинку, кадмію і т.д. заважає ртуть (ІІ), але її легко замаскувати за допомогою йоду.

Іноді застосовують інший прийом маскування. Так, в суміші цинка і кадмія спочатку титрують суму металів. Потім додають диетилдитіокарбонат натрію. Він не руйнує комплекс цинку з ЕДТА, але повністю руйнує комплекс кадмію з ЕДТА, переводячи Cd в осад – диетилдитіокарбонат кадмію. В результаті звільняється ЕДТА в кількості, еквівалентній кадмію, яку титрують, наприклад, робочим розчином солі цинку.

Нарешті, крім підбору кислотності середовища і маскування, зрозуміло, застосовують звичні способи відділення іонів, що заважають осадженням або екстракцією.

Зважаючи на велику кількість маскуючи засобів, екстрагентів, можливість маневрування рН середовища, кількість методик комплексонометричного визначення катіонів металів у різних комбінаціях дуже велика. Вони покривають, як було сказано на початку, майже усі метали. Умови титрування металів наведені у додатку.

4. Загальна твердість води та її комплексонометричне визначення

Загальна твердість води, яка є сумою карбонатної (тимчасової) і постійної твердості, визначається присутністю в ній катіонів кальцію і магнію. Тому найбільш простий і раціональний спосіб її визначення – титрування трилоном Б. У якості індикатора зазвичай застосовують еріохром чорний Т. Вже зазначалось, що цей індикатор у лужному середовищі забарвлений у синій колір, а з кальцієм утворює розчинну сполуку забарвлену у винно-червоний колір.

Для визначення загальної твердості беруть стільки води, щоб загальний вміст кальцію і магнію в пробі був, по можливості, в межах 1-2 мг-екв/мл. При цьому 0,1Н розчину трилону Б піде на 10-20 мл. Пробу аналізуємої води, об'ємом 100 мл, з'єднують з 5 мл лужного буферного розчину (100 мл 20%-ного розчину NH4Cl і 100 мл 20%-ного розчину аміака + Н2О до 1 л).Потім додають по краплям розчин еріохрома чорного Т (або його твердої суміші з NaCl у співвідношенні 1:100) до одержання помітного, але не занадто темного забарвлення розчину у винно-червоний колір. Після цього його титрують робочим розчином трилона Б до переходу забарвлення в синє із зеленкуватим відтінком.

Обчислюють вміст кальцію і магнію (суми), фактично загальну твердість води (Тзаг), за формулою:

Знаючи загальну твердість води і знайшовши шляхом титрування соляною кислотою карбонатну твердість Ткарб, легко можна обчислити постійну твердість за формулою:

Тпост = Тзаг – Ткарб.

Додаток

Умови титрування металів ЕДТА

№ п/п	Метали, що титруються	Засіб	Приклади	Застороги
1	а) Zn4+, Bi3+, інші багатозарядні метали; б) Zn2+, Ni2+, Pb2+, інші двохзарядні метали; в) Mg2+, Ca2+, Sr2+, Ba2+.	Створення кислого середовища; слабко кислого середовища; лужного середовища;		рН повинно бути таким. Щоб не випадав гідроксид металу. Індикатор не повинен утворювать з металом дуже сильного комплексу (див. рівняння)
2	Р.з.е та л.з.е. In3+, р.з.е., Pb2+ Zn2+, Cd2+	Застосування маскуючих засобів; Hg2+ + I-	Зв'язування Al3+ i Ti3+ з пірокатехіном; зв'язування Zn2+, Cu2+, Cd2+, Co2+, CN-
3	Zn2+, Cd2+ Ca2+, Mg2+		Фазове розділення; титрування суми, а потім переведення Cd в осад; Диетилдитіокарбамінат; Осадження Mg(OH)2 із суміші.