Способы комплексонометрического титрования

1. Прямое титрование проводят при рН 9-10. Определяют катионы Mg²⁺, Ca²⁺, Sr²⁺, Ba²⁺, Zn²⁺,Cu²⁺, Co²⁺,Ni²⁺, Fe²⁺ и др.  

2. Обратное титрование применяют, когда реакция идет медленно или нет подходящего индикатора. Когда ион определяемого металла не может быть удержан в растворе при значении рН, необходимом для образования комплекса.

Титрантом является раствор ЭДТА, который приливают в избытке; затем с помощью буферного раствора устанавливают нужное значение рН и потом оттитровывают избыток ЭДТА другим титрантом (чаще ZnSO₄ или MgSO₄). Точка эквивалентности фиксируется соответствующим индикатором.

В том случае, когда комплекс иона определяемого металла с ЭДТА или индикатором образуется не мгновенно, а во времени. Например, ионы Al³⁺, Ni²⁺ медленно образуют комплексы и в точке эквивалентности вообще нет окраски. Лучше использовать обратное титрование. 

При определении Al³⁺ обратным титрованием поступают следующим образом. К кислому раствору соли алюминия добавляют точный небольшой избыток ЭДТА, аммиачный буферный раствор до рН = 7, добавляют индикатор эриохром черный Т, который принимает синюю окраску. Затем титруют раствором ZnSO₄ до перехода синей окраски в красную.

3. Заместительное титрование применяют для определения ионов металлов, для которых трудно подобрать подходящий индикатор или ионы данного металла образуют с ЭДТА менее устойчивый комплекс. Ион определяемого металла вступает в реакцию обмена с магниевым комплексом ЭДТА. При этом катион металла вытесняет катион Mg²⁺ из менее прочного комплексного соединения комплексоната магния по уравнению:

                              Mⁿ⁺ + MgY^2-  =  MY^n-2       + Mg²⁺

                                                             комплексонат   комплексонат

                                                                   магния              металла

По окончании реакции вытеснения освободившийся ион Mg²⁺ можно оттитровать раствором ЭДТА. Эриохром черный Т - наиболее подходящий индикатор при таком титровании.

При определении Cu²⁺, Ni²⁺, Co²⁺, Fe³⁺, Al³⁺ возможна реакция с комплексонатом марганца MnY^2-, так как образующийся после реакции обмена Mn²⁺ титруется более четко, чем Mg²⁺.

Установочные вещества для ЭДТА

ЭДТА готовят примерной концентрации. Затем устанавливают точную концентрацию.

Для стандартизации ЭДТА используют следующие установочные вещества: металлический цинк, точная навеска; ZnSO₄ ; MgSO₄ ; CaCO₃.

В коническую колбу берут точное количество установочного вещества, добавляют аммиачный буфер, индикатор на кончике шпателя, наблюдают появление красного цвета комплексного соединения иона металла с индикатором и медленно титруют ЭДТА до перехода красного цвета в фиолетовый и затем в синий цвет.

Применение комплексонометрии

Используя различные металлохромные индикаторы, регулируя рН раствора с помощью различных буферных систем, применяя различные способы титрования можно с ЭДТА определять практически все катионы металлов в периодической системе.

Комплексонометрическим титрованием можно определять анионы, осаждаемые катионами, которые титруются ЭДТА.

Например. Определение фосфат - иона PO₄^3-.

PO₄^3- осаждают избытком соли магния Mg²⁺ в аммиачной среде в виде осадка MgNH₄PO₄. Отделяют осадок от раствора. Остаток Mg²⁺ в растворе оттитровывают раствором ЭДТА. Испльзуют способ обратного титрования.

Расчеты в комплексонометрии

Первый способ

ЭДТА взаимодействует с катионом металла в молярном отношении как 1: 1. В этом случае удобно для расчетов работать с молярными растворами. Тогда следует рассматривать молярную массу ЭДТА и молярную массу определяемого вещества.

Например. Для анализа использован 0,05 М раствор ЭДТА. В этом случае при определении количества магния для его вычисления следует брать в расчет молярную массу магния, а именно, 24 г/ моль. При вычислении массы оксида кальция следует брать молярную массу оксида кальция CaO, равную 56 г/ моль. При определении железа, следует брать 56 г/моль.

Например. Формула для расчета массы оксида кальция:

m(CaO) = C(ЭДТА) моль/л х V(ЭДТА) л x M(CaO)г/моль x V(колбы)л / Vл (СaO пипетки)

Второй способ

Учитывая, что в молекуле ЭДТА замещаются два атома водорода в карбоксильных группах, можно считать, что фактор эквивалентности будет равен ½ для ЭДТА и определяемого вещества. Тогда следует записать:

М_э(1/2 ЭДТА) = ½М(ЭДТА) = 1/2Na₂C₁₀H₁₄O₈N₂ 2H₂O = 372,2 / 2 = 186,15 г / моль

При определении соли цинка, например ZnSO₄, молярная масса эквивалента будет равна половине молярной массы сульфата цинка:

                   М_э(ZnSO₄) = 1/2M(ZnSO₄) = 161/2 = 80,5 г/ моль

При определении алюминия в соли алюминия молярная масса эквивалента алюминия Al будет равна половине (1/2) молярной массы алюминия:

                    М_э(1/2Al) = 1/2M(Al) = 27/2 = 13,5 г / моль.

При вычислении количества оксида кальция по второму способу используем формулу:

m(CaO) = C(1/2ЭДТА)xV(ЭДТА)xM(1/2CaO)xV(колбы) / V(CaO пипетки)

Лабораторная работа №2