Загальна характеристика методу комплексонометрії

В основі комплексонометричного титрування лежить реакція утворення комплексних сполук між аналізованою речовиною та органічними реагентами комплексонами. Комплексони представляють собою похідні поліамінокарбонових кислот.

Комплексон ІІІ (трилон Б) представляє собою слабку чотирьохосновну етилендиамінтетраацетатну кислоту або її динатрієву сіль − Na2H2Y:

NaOOC – CH2 CH2 – COOH

N − CH2 −CH2 − N

HOOC – CH2 CH2 – COONa.

 

Комплексон ІІІ утворює міцні комплекси майже з усіма металами, за винятком лужних, добре розчиняється в воді (108 г/дм3 при температурі 22 °С), при титруванні легко встановити точку еквівалентності.

Стійкість комплексів катіонів металів з трилоном Б залежить від природи металу та рН середовища. Регулюючи кислотність середовища, можна провести диференційоване визначення катіонів в сумішах.

Для приготування робочого розчину в комплексонометрії користуються хімічно чистим дигідратом Na2H2Y·2H2O.

Індикатори в комплексонометрії. Для фіксування кінцевої точки титрування в комплексонометрії використовують металоіндикатори. З хімічної точки зору металоіндикатори – це органічні сполуки, що утворюють з іонами металу забарвлені комплекси. В точці еквівалентності спостерігається різка зміна забарвлення розчину. В переважній більшості випадків користуються такими індикаторами: еріохром чорний Т, мурексид, ксиленоловий оранжевий, кислотний хром темно-синій. Органічні барвники еріохром чорний Т (інша назва хромоген чорний), а також кислотний хром темно-синій в лужному середовищі набувають синього забарвлення. Під дією катіонів кальцію, магнію, цинку, алюмінію ці індикатори в області рН 7 − 11 утворюють внутрішньокомплексні сполуки винно-червоного кольору. При титруванні трилоном Б кольоровий комплекс катіон металу – індикатор руйнується і утворюється більш міцний безбарвний комплекс катіон металу – трилон Б, індикатор звільнюється і в точці еквівалентності розчин забарвлюється в синій колір.

Титрування розчину сполук Ca2+ та Mg2+трилоном Б виконують тільки в лужному середовищі. Іони гідрогену, що виділяються в результаті реакції взаємодії катіонів досліджуваних металів та індикатору, підкислюють середовище, тому для підтримки сталості pH в аналізований розчин додають амоніачну буферну суміш (рН 9−11). Визначенню сполук кальцію та магнію заважають катіони важких металів: Cu(ІІ), Fe (ІІ), Mn (ІІ).

2. Способи виразу вмісту речовин в розчинах

1. Молярна концентрація еквівалентів – відношення кількості еквівалентів νекв(реч) розчиненої речовини до об'єму розчину V, розмірність − моль екв/дм3:

cн(реч)= .

Ця концентрація найчастіше використовується в титриметричному аналізі. Зручність використання розчинів з молярною концентрацією еквівалентів полягає в тому, що саме ці концентрації використовуються в законі еквівалентності, на якому базується титриметричний аналіз: речовини реагують між собою в еквівалентних співвідношеннях. Якщо позначити через Х речовину, концентрація якої в розчині визначається, а Y − титрант, то cн(Х)∙V(X) = cн(Y)·V(Y).

2. Титр розчиненої речовини − Т(Х) − маса речовини в 1 см3 розчину:

Т(Х) = = г/см3,

3. Розрахунки в титриметричному аналізі

Обчислення в об’ємному аналізі необхідні як для встановлення концентрації титрованих розчинів, так і для визначення результатів аналізу. Розрахунки в титриметрії ґрунтуються на законі еквівалентності. Незалежно від методу титриметричного аналізу в точці еквівалентності кількість еквівалентів титранта дорівнює кількості еквівалентів аналізованої речовини.

Розрахунки концентрації титрованих розчинів

Приклад 1.Для приготування стандартного розчину оксалатної кислоти наважку H2C2O4·2H2O масою 5,1752 г розчинили в мірній колбі об’ємом 250 см3. Обчислити титр і молярну концентрацію речовини еквівалента H2C2O4·2H2O (fекв(H2C2O4·2H2O) = 1/2).

Розвʼязання:

1. Т (H2C2O4·2H2O) − ?

T(H2C2O4·2H2O) = = = = 0,0207 г/см3.

2) cн(H2C2O4·2H2O) −?

cн (H2C2O4·2H2O) = = =0,3284 М.

MЕ (H2C2O4·2H2O) = fекв(H2C2O4·2H2O) · M(H2C2O4·2H2O) =1/2 ·126,06 =

63,03 г/моль.

Відповідь: титр розчину складає 0,02070 г/cм3; c(1/2 H2C2O4·2H2O) дорівнює 0,3284 М.

Для приготування стандартизованих розчинів спочатку готують розчин приблизної концентрації, який далі титрують розчинами, концентрація яких точно встановлена. Для цього обчислюють наважку речовини Х з урахуванням молярної маси еквівалента речовини MЕ (Х), об’єму розчину V(Х) та заданої молярної концентрації еквівалента речовини cн (Х) в розчині:

m(X) = MЕ (Х) · cн (Х)·10−3,

де 10−3 − коефіцієнт перерахунку см3 в 1 дм3.

Розрахунок точної концентрації стандартизованого розчину за даними титрування проводять, виходячи з принципу еквівалентності cн (Х)∙V(X) = cн (Y)·V(Y). На основі цієї рівності обчислюють точну молярну концентрацію еквівалента стандартизованого розчину:

cн(Х) = .

Приклад 2. При приготуванні приблизно 0,2 н. розчину основи Ba(OH)2 наважку розчинили в мірній колбі об’ємом 500 см3 і довели об’єм колби дистильованою водою до мітки. Для визначення точної нормальної концентрації 30,25 см3 цього розчину відтитрували 46,25 см3 робочого розчину 0,1280 н. HCl. Визначити масу наважки основи та точну нормальну концентрацію розчину Ва(ОН)2.

Розвۥязання:

1. m (наважки Ba(OH)2) −?

m(Ba(OH)2) = M(1/2 Ba(OH)2) ·c(1/2 Ba(OH)2)·V(Ba(OH)2·10−3 = 85,663·0,2·500·10−3 = 8,5663 г.

2. cн (Ba(OH)2) точна −?

cн (Ba(OH)2) = = = = 0,1957 M.

Відповідь: маса наважки Ва(ОН)2 дорівнює 8,5663 г, а точна концентрація його розчину складає 0,1957 М.

Обчислення результатів аналізу

Приклад 3. Обчислити масову частку Na2CO3 в технічній соді, якщо її наважку масою 0,2840 г розчинили в мірній колбі місткістю 100 см3, а середнє значення об’ємів 0,1000 М розчину HCl, що витратили на титрування аліквот об’ємом 10,00 см3 склало 4,85 см3. Титрування проводили за індикатором метиловим померанчовим.

Розвۥязання:

1. fекв(Na2CO3) −? М(1/2Na2CO3) − ?

Запишемо рівняння реакції взаємодії натрій карбонату з хлоридною кислотою:

Na2CO3 + 2HCl ® 2NaCl + H2O + CO2.

Як видно з наведеного рівняння, один моль Na2CO3 взаємодіє з двома молями HCl, кожна молекула Na2CO3 реагує з двома iонами гідрогену, тому Е(Na2CO3) = 1/2 моль і fекв(Na2CO3) дорівнює 1/2.

М(1/2Na2CO3) = 1/2·M (Na2CO3) = 52,995 г/моль.

2. w(Na2CO3) в технічній соді −?

w(Na2CO3) = ·100 % =

·100 % = 90,5 %.

Відповідь: масова частка Na2CO3 в технічній соді складає 90,5 %.

Приклад 4.Обчислити масову частку основного компоненту Na2B4O7·10H2O в зразку бури, якщо на титрування наважки бури масою 0,8530 г витратили 19,83 см3 0,2100 М розчину HNO3.

Розвۥязання:

1. fекв(Na2B4O7·10H2O) −? MЕ (Na2B4O7·10H2O) − ?

Запишемо рівняння реакції взаємодії натрій карбонату з хлоридною кислотою:

Na2B4O7·10H2O + 2HNO3 ® 2NaNO3 + 5H2O + 4Н3ВO3.

fекв(Na2B4O7·10H2O) = 1/2, fекв(Na2CO3) дорівнює 1/2.

MЕ (Na2B4O7·10H2O) = 1/2 M(Na2B4O7·10H2O) = 190,71 г/моль.

2. nекв(HNO3), що вступили в реакцію −?

nекв(HNO3) = с(HNO3)·V(HNO3)·10−3 = 0,2100·19,83·10−3 = 0,004164 моль.

3. m(Na2B4O7·10H2O), що вступила в реакцію −?

nекв(HNO3) = nекв(Na2B4O7·10H2O).

m(Na2B4O7·10H2O) = nекв(Na2B4O7·10H2O)· МЕ(Na2B4O7·10H2O) =

0,004164·190,71 = 0,7941 г.

4. w(

Na2B4O7·10H2O) −?

w(

Na2B4O7·10H2O) = ·100 % = 93,11 %.

Відповідь: масова частка Na2B4O7·10H2O в зразку бури складає 93,11 %.