2.9 Комплексонометрія

Комплексони та інші органічні та неорганічні комплексонометричні титранти. Характеристика комплексонів та їх комплексів з іонами металів (склад, структура, міцність, вплив рН). Стандартний розчин, умови титрування. Фіксування точки еквівалентності. Металохромні індикатори, їх властивості. Можливості комплексонометрії в аналітичному контролі хімічних виробництв (визначення кальцію, магнію) та використання комплексонометрії для визначення загальної твердості води.

Цей метод заснований на реакціях утворення комплексних сполук.

Особливе місце займають методи, які засновані на використанні спеціальних комплекси утворюючих органічних реактивів, які були названі комплексонами, внаслідок чого метод ще називають комплексонометрієй, або комплексонометричним титруванням.

Використовують такі комплексони( дивись вище).

Комплексони дають стійкі, добре розчинені у воді внутрішньо комплексні сполуки з багатьма катіонами: та іншими. В практиці аналізу частіше використовують комплексон III(Трилон Б) завдяки добрій розчинності у воді. Трилон Б утворює з катіонами металів сполуки, у яких частка зв’язків має іонний характер, а частка – донорно-акцепторний. Комплекси іонів металів з ЕДТА утворюються легко, мають достатню стійкість і розчинені у воді, що і дозволяє використовувати ЕДТА для титрометричного визначення іонів металів. Так, з хлоридом кальцію взаємодія тече за схемою:

Незалежно від ступеню окислення металу ЕДТА утворює з катіонами металів комплексні сполуки у співвідношенні 1:1:

,

,

.

Таким чином, молярна маса еквіваленту металу становить завжди половину молярної маси, оскільки завжди виділяються два іони гідрогену і молярна маса еквіваленту Трилону Б також дорівнює половині його молярної маси:

,

.

Для приготування стандартного розчину Трилону Б використовують сіль, яка містить кристалізаційну воду , або висушують її при 120-140^оС і отримують безводну сіль . Для приготування 1 л 0,1н розчину трилону Б потрібно:

г,

г.

Частіш за усе стандартний розчин готують з стандарт-титрів (фіксаналів). При необхідності еквівалентну концентрацію і титр трилону Б визначають по одному з установчих речовин: х.ч. х.ч. цинк, чи х.ч. .

Треба звернути увагу, що при взаємодії комплексона III з іонами металу у розчин надходять іони гідрогену, рівновага реакції зміщується уліво і вона тече не до кінця. Це впливає на результати визначення. Тому іони водню треба зв’язувати і підтримувати стале значення рН розчину. Для цього у розчин додають луги, чи буферну суміш. Зазначимо, що оптимальне значення рН при титруванні залежить від стійкості комплексів металів з ЕДТА. Так для скачок титрування при рН=12 досить значний, а при рН=5 майже відсутній. Навпаки для деяких катіонів: , скачок титрування є при рН=57.

Для фіксування точки еквівалентності в комплексонометрії використовують так звані металохромні індикатори, які у вільному стані мають один колір, а у вигляді комплексу – другий. Принцип дії метало індикаторів наступний. У розчину метало індикатор утворює з іоном визначаємого металу забарвлену сполуку. При титруванні трилоном Б іони металу зв’язуються у більш прочну сполуку – комплексонат металу, і аніон метало індикатору звільнюється.

В точці еквівалентності розчин набуває кольору вільного індикатору. Таким чином для використання метало індикатору необхідно, щоб комплекс металу з індикатором був менш стійким ніж комплекс металу з комплексоном.

Частіш за усе використовують такі індикатори.

Кислотний хромовий чорний спеціальний (ериохром, чорний Т). Використовується для визначення

Мурексід (амонійна сіль пурпурової кислоти). Використовують при визначенні , . При розчин індикатору забарвлений у червоно-фіолетовий колір, при  - фіолетовий, - синьо-фіолетовий. Комплекси мурексиду мають жовтий , чи червоний колір.

Крім цих також використовують: кислотний хромовий синій Т, ксиленовий оранжевий, катехіновий, фіолетовий, флюорексон, кальцион та інші.

Для визначення кальцію використовується пряме титрування іонів розчином Трилону Б у присутності індикатору мурексиду. Мурексид у розчині частково дисоціює:

- синьо-фіолетовий.

В лужному середовищі іони кальцію утворюють з мурексидом комплексну сполуку червоного кольору:

.

При титруванні розчину, який містить , трилоном Б біля точки еквівалентності утворюється більш стійка сполука трилонат кальцію:

червоний синьо-фіолетовий

Таким чином, у процесі титрування комплекс червоного кольору руйнується, а звільнюються вільні іони індикатору. В точці еквівалентності червоний колір розчину зникає і він набуває синьо-фіолетового кольору

Комплексонометрія використовується в аналітичному контролі технологічних процесів для визначення кальцію, магнію, алюмінію, деяких інших металів. Сьогодні це самий розповсюджений метод визначення загальної твердості води. Крім аналітичного контролю комплексони використовують для запобігання накипу технологічного обладнання, побутових пральних машин.

Контрольні питання до теми 2.9

9.1.Які органічні реактиви звуться коплексонами?

9.2.Які комплексони найбільш розповсюджені в аналітичному контролі?

9.3.Чим зімовлена стійкість комплексонатів металів?

9.4.Чому титрування Трилоном Б виконують в лужному середовищі?

9.5.Чому дорівнює молярна маса металу при визначені комплексонометричним методом?

9.6.У чому полягає принцип дії металохромного індикатору?

9.7.Використання методу комплексонометрії в контролі продуктів хімічних виробництв.