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 ν_екв(реч) розчиненої речовини до об'єму розчину V, розмірність − моль екв/дм³:

c_н(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 c_н(Х)∙V(X) = c_н(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 (f_екв(H₂C₂O₄·2H₂O) = 1/2).

Розвʼязання:

1. Т (H₂C₂O₄·2H₂O) − ?

T(H₂C₂O₄·2H₂O) = = = = 0,0207 г/см³.

2) c_н(H₂C₂O₄·2H₂O) −?

c_н (H₂C₂O₄·2H₂O) = = =0,3284 М.

M_Е (H₂C₂O₄·2H₂O) = f_екв(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 M_Е (Х), об’єму розчину V(Х) та заданої молярної концентрації еквівалента речовини c_н (Х) в розчині:

m(X) = M_Е (Х) · c_н (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 c_н (Х)∙V(X) = c_н (Y)·V(Y). На основі цієї рівності обчислюють точну молярну концентрацію еквівалента стандартизованого розчину:

c_н(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. c_н (Ba(OH)₂) точна −?

c_н (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. f_екв(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 f_екв(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. f_екв(Na₂B₄O₇·10H₂O) −? M_Е (Na₂B₄O₇·10H₂O) − ?

Запишемо рівняння реакції взаємодії натрій карбонату з хлоридною кислотою:

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

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

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

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

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

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

n_екв(HNO₃) = n_екв(Na₂B₄O₇·10H₂O).

m(Na₂B₄O₇·10H₂O) = n_екв(Na₂B₄O₇·10H₂O)· М_Е(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 %.