Лабораторная работа №3 определение общей и карбонатной жесткости воды

1.Теоретическая часть

1.1. Комплексонометрическое титрование

Методы комплексообразования основаны на применении реакций связывания ионов в прочные комплексные соединения. Чаще всего используют трилон Б или двунатриевую соль этилендиаминтетрауксусной кислоты (ЭДТА):

Обозначим кислотный остаток ЭДТА через Y, тогда формулу трилона Б можно записать Na₂H₂Y. В основе трилонометрического титрования лежат реакции ионов металлов с анионом этилендиаминтетраацетата, например:

Эквивалент вещества, принимающего участие в реакции комплексообразования, определяется соотношением металла и лиганда. Из уравнений реакций следует, что при титровании подавляющего большинства ионов этилендиаминтетраацетатом (ЭДТА) молярная масса эквивалента вещества равна молярной массе вещества (соотношение 1:1).

На равновесие реакций комплексообразования влияет рН раствора. Для постоянства рН раствора используют буферные смеси. Буферными называю растворы, одновременно содержащие слабую кислоту и ее соль (или слабое основание и его соль), и обладающие свойством сохранять практически неизменной концентрацию ионов водорода при разбавлении, а также при добавлении небольших количеств кислот или щелочей.

Для определения точки эквивалентности в комплексонометрии применяют металлоиндикаторы – слабые органические кислоты. При образовании комплексных соединений с ионами металлов они изменяют свою окраску. В качестве примера рассмотрим эриохром черный Т, применяющийся при титровании ионов магния и других металлов.

Эриохром черный Т, является натриевой солью 1-окси-2-нафтилазо-6-нитро-2-нафтол-4-сульфокислоты:

Эта кислота является трехосновной, и потому при растворении эриохрома черного Т в воде в зависимости от рН раствора могут в различных соотношениях образовываться три формы анионов: Н₂Э^–, НЭ^2–, Э^3–, где через Э^3– обозначен сложный органический анион, полученный в результате полной диссоциации, т. е. отрыва водорода сульфогруппы и двух фенольных групп. В интервале рН от 7 до 11 эриохром черный Т находится в растворе главным образом в форме Н₂Э^–, а при рН больше 11,5 – в форме Э^3–. Анион НЭ^2– окрашивает раствор в синий цвет, анион Э^3– – в оранжевый. При рН меньше 6 в растворе находится вино-красный анион Н₂Э^–.

Если к раствору, содержащему ионы Mg²⁺ добавить небольшое количество индикатора – эриохрома черного Т, то в результате образования MgЭ^– раствор окрасится в винно-красный цвет, при этом основная масса ионов магния будет оставаться в свободном состоянии (малое количество индикатора). При титровании этого раствора рабочим раствором трилона Б в первую очередь будет происходить взаимодействие аниона этилендиаминтетрауксусной кислоты со свободными ионами магния. Когда же все свободные ионы магния будут израсходованы на образование комплексного соединения с трилоном Б, будет происходить реакция вытеснения индикатора

и раствор изменит винно-красную окраску на синюю.

Появление синей окраски после переходной – фиолетовой – свидетельствует о достижении точки эквивалентности. Фиолетовая окраска соответствует одновременному присутствию в растворе вино-красного комплекса MgЭ^– и свободного индикатора в виде НЭ^2– синего цвета. Только при полном вытеснении ионов магния из комплекса MgЭ^– количество израсходованного трилона Б будет эквивалентно количеству магния. При этом в растворе останется одно окрашенное соединение – свободный индикатор синего цвета [1,2].