1.3. Метод комплексонометрического титрования
Комплексонометрический метод определения основан на способности ионов металлов Ме2+- Ме4+ образовывать устойчивые комплексные соединения (хелаты) с ЭДТА (этилендиаминтетрауксусная кислота) или ее двунатриевой солью (комплексон III, трилон Б). Этот кристаллогидрат – условно Na2H2Y2Н2О – хорошо растворим в воде. В таких реакциях ЭДТА проявляет себя как шестидентатный лиганд и образует бесцветные октаэдрические комплексы состава МеY(n–4)+, т. е. реагирует с ионами металлов в молярном соотношении 1:1. Например, в случае Са2+ образуется комплекс СаY2–:
Индикаторами в комплексонометрии служат красители: кислотный хром темно-синий, хромоген черный специальный ЕТ-00, (эриохром черный Т), мурексид и др. Они обладают свойствами металлохромных индикаторов – способных изменять окраску при комплексообразовании с ионами металлов (типа MeInd). При правильно выбранном значении рН буферного раствора, в присутствии которого проводят титрование, комплекс MeInd должен иметь окраску, резко отличающуюся от окраски свободного индикатора, а его прочность должна быть значительно меньше прочности комплекса МеY(n-4)+. В частности, эриохром черный Т имеет синюю окраску (при рН от 7 до 10), а с катионами металлов образует комплексы винно-красного цвета, поэтому в точке эквивалентности вследствие перехода ионов металла из комплекса с индикатором в комплекс с ЭДТА появляется синяя окраска свободного индикатора.
На полноту протекания реакции комплексообразования ЭДТА с ионами металлов, помимо побочной реакции протонирования лиганда Y4–, которой управляют с помощью буферных растворов, оказывают влияние побочные реакции комплексообразования титруемого иона металла с другими лигандами в растворе, что следует учитывать при выборе условий титрования.
Лабораторная работа №2 Определение общей жесткости природной воды
Природная вода содержит различные количества растворенных солей и газов. Свойство природной воды, зависящее от наличия в ней преимущественно солей кальция и магния, называется жесткостью. Суммарное содержание этих солей в воде называют общей жесткостью. Общая жесткость подразделяется на карбонатную, обусловленную концентрацией гидрокарбонатов (и карбонатов при рН >8,3) кальция и магния, и некарбонатную – концентрацией в воде кальциевых и магниевых солей сильных кислот. Карбонатная жесткость составляет до 70-80 % от общей жесткости. При кипячении воды гидрокарбонаты переходят в карбонаты, выпадающие в осадок.
Ca(HCO3)2 = CaCO3 + H2O + CO2
Mg(HCO3)2 = MgCO3 + H2O + CO2
Поэтому карбонатную жесткость отождествляют с временной или устранимой. Остающаяся после кипячения жесткость - постоянная. Жесткость воды измеряется в миллимолях эквивалентов Са и Mg в 1 литре (ммоль/л), и изменяется в широких пределах: мягкая вода – меньше 4, средней жесткости – 4 ÷ 8, жесткая – 8 ÷ 12, очень жесткая – выше 12.
Жесткость относится к обобщенным показателям качества природной и питьевой воды. Согласно санитарным нормам, она не должна превышать 7,0 ммоль/л. Вода для паровых котлов должна быть более мягкой, остаточная жесткость её после умягчения 0,3 ммоль/л. Это необходимо для предотвращения образования накипи в паровых котлах, отопительных приборах и предотвращения перегрева металлических поверхностей. Использование жесткой воды затрудняет стирку, ухудшает качество тканей вследствие осаждения солей высших жирных кислот. В жесткой воде плохо развариваются мясо и овощи, поскольку соли кальция образуют с белками нерастворимые соединения. Магниевая жесткость придает воде горечь и оказывает послабляющее действие на кишечник. Поэтому одной из стадий водоподготовки является умягчение воды с использованием химических реагентов (Na2CO3, Na3PO4 и др.) и ионообменных смол.
Для определения временной жесткости часто используют результаты кислотно-основного титрования при определении карбонатной щелочности с индикатором метиловым оранжевым до рН ~ 4. Общую жесткость определяют комплексонометрическим титрованием с индикатором типа эриохром черный Т при рН 9,3–9,5 в присутствии аммиачного буферного раствора.
При определении Са2+ и Mg2+ в воде последовательность протекающих реакций можно представить на примере Са2+ следующими уравнениями:
Са2+ + Нind2– ↔ СаInd– + Н+
синий красный
Са2+ + H2Y2– ↔ СаY2– + 2Н+
СаInd– + H2Y2– + 2ОН– ↔ СаY2– + Нind2– + 2Н2О
красный синий
Стандартизация рабочего раствора трилона Б
по стандартному раствору сульфата магния
Ход анализа. Отбирают пипеткой 15,00 мл (Vп) стандартного 0,05000 М раствора соли MgSO47H2O, в колбу для титрования, разбавляют дистиллированной водой примерно до 50 мл. Затем добавляют 5 мл аммиачной буферной смеси, щепотку сухого, смешанного с NaCl индикатора эриохром черный Т до хорошо заметной, но не очень темной винно-красной окраски, и титруют из бюретки рабочим раствором трилона Б (0,05 М) до перехода окраски раствора в синюю (без красноватого оттенка). Определение повторяют не менее трех раз и рассчитывают концентрацию трилона Б:
Определение общей жесткости природной воды
Предлагаемая методика применима при отсутствии в воде заметных количеств ионов Zn2+, Cu2+, Mn2+. Их мешающее влияние устраняют с помощью реагентов.
Ход анализа. Отбирают пипеткой 50,00 мл (V) пробы водопроводной (или другой анализируемой воды) воды в колбу для титрования, добавляют 5 мл аммиачного буферного раствора, щепотку индикатора до винно-красной окраски и титруют стандартизованным рабочим раствором комплексона III (трилона Б) до перехода красной окраски раствора в синюю. В конце титрования добавляют рабочий раствор по каплям и тщательно перемешивая. Титрование повторяют 2–3 раза и из сходящихся результатов вычисляют средний объем  . Общую жесткость воды (ммоль эквивалентов Са2+ и Mg2+) вычисляют по формуле:
Контрольные вопросы
(Метод комплексонометрии)
Перечислите основные требования к реакциям, применяемым в методе комплексометрического титрования?
Почему в комплексометрическом титровании редко используют неорганические реагенты?
Назовите способы обнаружения конечной точки титрования.
Изложите сущность метода комплексонометрии.
Объясните сущность прямого, обратного, вытеснительного и косвенного приемов комплексонометрического титрования. В каких случаях применяется каждый из названных приемов?
Что такое металлохромные индикаторы? Напишите равновесие в растворе металлохромного индикатора.
Назовите важнейшие металлохромные индикаторы. Каким требованиям они должны удовлетворять?
Как повысить селективность комплексонометрического титрования? Приведите примеры.
Приведите графическую формулу ЭДТА. Какова дентатность ЭДТА?
Какова стехиометрия комплексов ЭДТА? Приведите графическую формулу комплексов двух- и трехзарядных ионов металлов с ЭДТА.
Какие вещества пригодны для стандартизации раствора ЭДТА?
В каких условиях проводят титрование ионов кальция раствором ЭДТА или ее солями?
Как проводят комплексонометрическое определение кальция и магния при совместном присутствии?
Почему следует удалить аммонийные соли при титровании кальция в присутствии магния?
Какие приемы используют в комплексонометрии при медленном протекании реакции с ЭДТА?
Какие ионы определяют общую жесткость воды и каковы условия ее определения? Какова роль ЭДТА в определении и устранении общей жесткости воды?
|
