Использование комплексонометрии для количественного определения цветных металлов в растворах. Бихроматометрия

Работа 1. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КОМПЛЕКСОНОМЕТРИИ ДЛЯ КОЛИЧЕСТВЕННОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ В РАСТВОРАХ

          В объемном количественном анализе в настоящее время широко используются реакции комплексообразования, связанные с взаимодействием ионов металлов с аминополикарбоновыми кислотами и их солями. Эти соединения, предложенные в 1945 году для аналитических целей швейцарским химиком Г.Шварценбахом, получили название комплексонов. Комплексоны образуют прочные, растворимые в воде внутрикомплексные соединения с ионами очень многих металлов, в том числе даже с ионами щелочноземельных металлов: магнием, кальцием и барием, которые, как известно, весьма трудно связываются в комплексы. При этом комплексоны могут использоваться в качестве титрующего реагента (титранта), так как:

1) реакция комплексообразования протекает быстро;

2) образуется комплекс постоянного стехиометрического состава;

3) эквивалентная точка достигается без избытка реактива;

4) найдены соответствующие индикаторы для наблюдения эквивалентной точки.

          Наибольшее практическое значение из комплексонов имеют этилендиаминтетрауксусная кислота (ЭДТУК) и ее двунатриевая соль, которая получила названия комплексон III, трилон Б или ЭДТА:

                                                               СН₂СООNа

                                        СН₂-N 

                                                                СН₂СООН

                                                                                       × 2Н₂О    ( Nа₂ С₁₀Н₁₄О₈N₂•2Н₂О)

                                                                СН₂СООН                              М= 372,24 

                                        СН₂-N                       

                                                                СН₂СООNа 

          Сокращенно трилон Б можно представить формулой Nа₂Н₂Y, где Y - анион этилендиаминтетрауксусной кислоты.

          Трилон Б - белый мелкокристаллический порошок, хорошо растворимый в воде и в растворах щелочей. При взаимодействии раствора трилона Б с ионами металлов-комплексообразователей металл замещает атомы водорода карбоксильных групп -СООН и одновременно связывается координационной связью с атомами азота:

                  СН₂СООNа                                         СН₂СООNа

 СН₂-N                                                 СН₂-N

                  СН₂СООН                                           СН₂СОО

                                        + Ме²⁺                                                      Ме  + 2Н⁺

                  СН₂СООН                                           СН₂СОО

 СН₂-N                                                 СН₂-N

                  СН₂СООNа                                         СН₂СООNа

или

                              Nа₂Н₂Y          2Nа⁺ + Н₂Y^2-

                              Ме²⁺ + Н₂Y^2-          МеY^2- + 2Н⁺

          Для катионов трех- и четырехвалентных металлов реакции взаимодействия с трилоном Б можно представить в следующем виде:

                              Ме³⁺ + Н₂Y^2-       МеY^- + 2H⁺

                              Ме⁴⁺ Н₂Y^2-          МеY + 2Н⁺         

Согласно приведенным уравнениям реакций 1 г-ион реагирующих с трилоном Б катионов металлов, независимо от их валентности связывает 1 г-моль трилона Б. Кроме того, реакция комплексообразования сопровождается выделением ионов водорода в количестве, эквивалентном количеству определяемого металла (2 г-иона водорода на 1 г-ион металла).

Рассчитаем, с каким количеством металла взаимодействует 1 мл децинормального (0,1 N) раствора трилона Б.

Поскольку трилон Б - двузамещенная соль ЭДТУК, которая содержит два замещаемых атома водорода (Nа₂Н₂Y), то 1 мл его 0,1 N раствора содержит трилона Б

                                               _МГ

          При взаимодействии 1 моль трилона Б  (372,24 г)  оттитровывает 1 г-атом металла, следовательно, 18,61 мг трилона Б оттитруют

                                г-атома металла, или

0,05 мг-атома металла, независимо от его валентности.

          Исходя из этого, рассчитаем титры децинормального раствора трилона Б при комплексонометричеком титровании некоторых металлов:

Zn      A_Zn = 65,37 T^Zn_{0,1N трил.Б} = 65,37×0,05 = 3,27 мг/мл или

                                                                           0,00327 г/мл

Сd      A_Cd = 112,4 Т^Сd_{0,1N трил.Б} = 112,4×0,05 = 5,62 мг/мл

Са      А_Са = 40,08  Т^Са_{0,1N трил.Б} = 40,08×0,05 = 2,0 мг/мл

Мg     А_Мg = 24,31 Т^Мg_{0,1N трил.Б} = 24,31×0,05 = 1,22 мг/мл

Al      A_Al = 26,98  Т^Al_{0,1N трил.Б}  = 26,98×0,05 = 1,35 мг/мл

          Образующиеся комплексные соединения трилона Б с металлами очень прочные, что видно из следующих значений констант устойчивости комплексов некоторых металлов (приведены значения десятичных логарифмов констант).