Метод комплексонометрического титрования

Комплексонометрия − раздел титриметрического анализа, основанный на реакциях комплексообразования между определяемым ионом металла (М) и титрантом (комплексоном).

Катионы металла (М), содержащие вакантные d-орбитали, реагируют с донорами электронной пары − лигандами (L), образуя координационные соединения − хелаты. Хелатообразующий лиганд с двумя донорными группами, участвующими в образовании координационной связи, называется бидентатным; лиганд с тремя донорными группами − тридентатным и т.д.

Хелатообразование всегда протекает в одну стадию, тогда как при образовании комплекса образуется несколько промежуточных соединений.

В аналитических целях реакцию комплексообразования можно использовать, только если образуется комплекс типа МL состава 1:1, в котором к каждому металла присоединен один лиганд, поскольку для таких систем характерно наибольшее изменение значения рМ вблизи точки эквивалентности.

Наиболее широкое применение в комлексонометрии нашли комплексоны. Это полиаминокарбоновые кислоты, образующие с ионами металлов комплексные соединения: этилендиаминтетрауксусная кислота (ЭДТУ) − комплексон II и ее двунатриевая соль (ЭДТА), которую называют комплексон III или трилон Б:

Препарат в виде белого растворимого в воде порошка является кристаллогидратом состава Nа₂Н₂Т · 2Н₂О, где Т − анион ЭДТУ. ЭДТУ − слабая четырехосновная кислота (Н₄Т), характеризующаяся четырьмя ступенями диссоциации: рК_I = 2,0; рК_II = 2,67; рК_III = 6,16; рК_IV = 10,26. Близкие значения рК_I и рК_II показывают, что отщепление первых двух протонов протекает легче, чем отщепление двух оставшихся.

Данная соль относительно хорошо растворима в воде и диссоциирует, как сильный электролит:

Nа₂Н₂Т → 2Nа⁺ + Н₂Т²⁻

Трилон Б взаимодействует со всеми катионами металлов II−IV аналитических групп. Реакции взаимодействия трилона Б с катионами металлов выражают уравнениями:

М²⁺ + Н₂Т²⁻ МТ²⁻ + 2Н⁺

М³⁺ + Н₂Т²⁻ МТ⁻ + 2Н⁺

М⁴⁺ + Н₂Т²⁻ МТ + 2Н⁺

Таким образом, ЭДТА реагирует с ионами металлов с образованием комплекса 1:1, независимо от заряда катиона. В результате реакции взаимодействия происходит замещение двух катионов водорода, поэтому f_экв(М) = ½.

Указанные равновесия зависят от рН раствора. Для обеспечения полноты протекания реакции значение рН поддерживают постоянным, применяя для этого соответствующий буферный раствор. Чем выше заряд иона металла, тем прочнее образующийся комплексонат и тем более кислая среда допускается в ходе титрования.

Водные растворы комплексона III и большинства комплексонатов металлов бесцветны. Конец титрования обычно определяют с помощью металлиндикаторов. Это органические вещества, образующие цветные комплексные соединения с определяемым катионом. Свободный индикатор и его комплекс с ионом металла окрашены неодинаково. Устойчивость комплекса индикатора с металлом должна быть высокой, но ниже устойчивости комплекса металла с комплексоном.

Раствор трилона Б готовят из высушенной при 80^°С навески. Для определения точной концентрации раствора трилон Б используют стандартный раствор МgSО₄, приготовленный из стандарт-титра или навеску металлического цинка, растворенную в соляной или серной кислоте.

5.1. Стандартизация раствора трилон Б

Для определения точной концентрации раствора трилон Б применяется стандартный раствор сульфата магния, приготовленный из стандарт-титра. Концентрация раствора МgSО₄ = 0,01 моль/л. В качестве индикатора используется кислотный хромовый темно-синий. В основе определения лежат реакции:

1) образование комплекса катиона магния с индикатором:

рН ~ 9 Мg²⁺ + Нind²⁻ МgInd₂²⁻ + 2Н⁺

синий винно-красн.

2) образование более прочного комплекса катиона магния с рабочим раствором трилон Б с выделением свободной формы индикатора:

рН ~ 9 МgInd₂²⁻ + Nа₂Н₂Т Nа₂МgТ + 2Нind²⁻

винно-красн. раб.р-р бесцв. синий

Методика анализа

В колбу для титрования последовательно из бюретки отмеряется 4,0; 5,0 и 6,0 мл стандартного 0,01 М раствора МgSО₄, цилиндром отмеряется 5 мл аммиачного буферного раствора, добавляется 1 капля индикатора. Объем в колбе примерно вдвое разбавляется дистиллированной водой, смывая капли растворов со стенок внутрь колбы. Полученный раствор титруют трилоном Б до перехода винно-красной окраски раствора в синюю. Расчет концентрации раствора трилона Б производится на основе закона эквивалентов:

N (МgSО₄) V(МgSО₄)

N (Nа₂Н₂Т) = ---------

V(Nа₂Н₂Т)

По трем значениям концентрации раствора трилон Б рассчитывается среднее значение концентрации этого раствора.