Комплексонометрия
ЭДТА и условная константа
Этилендиаминтетрауксусная кислота (ЭДТА, \(\ce{H4Y}\)) образует с ионами металлов очень прочные хелаты 1 : 1 — независимо от заряда иона. Шесть донорных атомов (два N и четыре O карбоксилатов) обхватывают металл, образуя пять пятичленных циклов. Метод предложил Герольд Шварценбах (1945).
| Ион | \(\lg K(\ce{MY})\) |
|---|---|
| \(\ce{Mg^2+}\) | 8,7 |
| \(\ce{Ca^2+}\) | 10,7 |
| \(\ce{Zn^2+}\) | 16,5 |
| \(\ce{Cu^2+}\) | 18,8 |
| \(\ce{Fe^3+}\) | 25,1 |
В растворе ЭДТА протонирована; с металлом реагирует форма \(\ce{Y^4-}\), доля которой \(\alpha\) растёт с pH (при pH 10 — 0,35, при pH 4 — лишь \(4\cdot10^{-9}\)). Условная константа \(K' = K\cdot\alpha\) показывает, пойдёт ли титрование при данном pH: нужно \(\lg K' \geq 8\). Отсюда: Ca и Mg титруют при pH 10, Zn — при pH 5–6, \(\ce{Fe^3+}\) — при pH 1–2 (что позволяет определить железо в присутствии кальция).
scienceКомплексонометрия
- \(\ce{Ca^2+ + H2Y^2- -> CaY^2- + 2H+}\) — выделяется кислота, поэтому нужен буфер.
- \(\ce{MgInd- + H2Y^2- -> MgY^2- + HInd^2- + H+}\) — индикатор: винно-красный → синий.
Жёсткость воды
Общая жёсткость — суммарная концентрация \(\ce{Ca^2+}\) и \(\ce{Mg^2+}\). Титруют ЭДТА при pH 10 (аммиачный буфер) с эриохромом чёрным T: комплекс индикатора с магнием винно-красный, свободный индикатор — синий. В конце ЭДТА отнимает магний у индикатора — раствор синеет.
Кальций отдельно: при pH 12–13 (NaOH) магний выпадает в осадок \(\ce{Mg(OH)2}\), а кальций титруют с мурексидом (розовый → фиолетовый). Магний — по разности.
В России жёсткость выражают в градусах: 1 °Ж = 1 мг-экв/л = 0,5 ммоль/л \(\ce{M^2+}\) (урок 166).
boltЖёсткость из титрования
\(c(\ce{M^2+}) = \dfrac{c_\text{ЭДТА}V_\text{ЭДТА}}{V_\text{пробы}}\) (моль/л); жёсткость (°Ж) = \(2c\cdot1000\). Если расход ЭДТА мал — берут больший объём воды.
auto_awesomeИндикатор и магний
Эриохром чёрный T с кальцием даёт нечёткий переход. Если в воде нет магния, в титрант добавляют немного комплекса \(\ce{MgY^2-}\): кальций вытесняет магний, который и «работает» с индикатором (заместительный приём).
Определение металлов
Комплексонометрией определяют почти все металлы: прямым титрованием (Zn, Cd, Pb, Cu, Ni, Fe(III), Bi), обратным (Al — медленно реагирует: избыток ЭДТА, остаток — раствором Zn), заместительным (через \(\ce{MgY^2-}\)). Избирательность достигается выбором pH и маскированием: цианид маскирует Zn, Cd, Cu, Ni; фторид — Al, Fe(III); триэтаноламин — Fe, Al в щелочной среде.
edit_noteЦинк в латуни
Латунь растворяют в азотной кислоте, медь маскируют тиосульфатом (или отделяют электролизом), цинк титруют ЭДТА при pH 5–6 с ксиленоловым оранжевым. \(n(\ce{Zn}) = cV\).
scienceПриёмы комплексонометрии
- \(\ce{Al^3+ + H2Y^2-(изб.) ->[t] AlY- + 2H+}\); остаток \(\ce{H2Y^2-}\) титруют раствором \(\ce{Zn^2+}\).
- \(\ce{MgY^2- + Ca^2+ -> CaY^2- + Mg^2+}\) — вытеснение: кальций образует более прочный комплекс.
push_pinГлавное
ЭДТА (\(\ce{H4Y}\), комплексон III — \(\ce{Na2H2Y}\)) — шестидентатный лиганд, связывает ионы металлов 1 : 1 независимо от заряда. \(\lg K\): Mg 8,7; Ca 10,7; Zn 16,5; Cu 18,8; \(\ce{Fe^3+}\) 25,1. Условная константа \(K^{\prime} = K\alpha(\ce{Y^4-})\): доля \(\ce{Y^4-}\) растёт с pH (0,35 при pH 10; ~1 при pH 12) — щёлочноземельные металлы титруют при pH 10, \(\ce{Fe^3+}\) и Bi — даже при pH 1–2. Металлоиндикаторы: эриохром чёрный T (винно-красный с Mg, синий свободный, pH 10), мурексид (Ca, pH 12). Жёсткость: общая — при pH 10, кальций — при pH 12 (Mg осаждается как \(\ce{Mg(OH)2}\)), магний — по разности; 1 °Ж = 0,5 ммоль/л.
Закрепите теорию: 9 заданий с проверкой и подсказками, урок зачитывается от 70 %.