6. Комплексонометрическое титрование

6.1. Основные положения

Комплексонометрическое титрование основано на реакциях образования комплексов ионов металлов с аминополикарбоновыми кислотами (комплексонами). Наибольшее распространение получила этилендиаминтетрауксусная кислота (H₄Y). Из-за низкой растворимости этой кислоты обычно используют ее натриевую соль – Na₂H₂Y (ЭДТА).

Реакции взаимодействия различных катионов с ЭДТА можно представить следующими уравнениями:

Особенности образования комплексонатов ионов металлов:

• независимо от заряда иона металла всегда образуются комплексы состава 1 : 1;

• в результате реакции выделяются 2 иона Н⁺, поэтому f_экв(ЭДТА) =  и f_экв(Meⁿ⁺) =  .

• чем больше заряд иона металла, тем более устойчивые комплексонаты образуются.

На степень протекания реакции образования комплексонатов влияют следующие побочные реакции:

• протонирование и депротонирование ЭДТА:

Н₂Y^2– + H⁺  H₃Y^–

H₃Y^– + H⁺  H₄Y

• гидролиз ионов металлов:

Меⁿ⁺ + H₂O  MeOH^(n–1)+ + H⁺ и т. д.;

• реакции комплексообразования иона металла с другими лигандами, присутствующими в растворе.

Следовательно, степень протекания реакции комплексообразования зависит от рН раствора и константы устойчивости образующихся комплексонатов. Катионы, образующие устойчивые комплексонаты (например, Fe³⁺), могут быть оттитрованы в кислых растворах. Ионы Ca²⁺, Mg²⁺ и другие, образующие менее устойчивые комплексонаты, титруют в щелочной среде.

Конечную точку титрования (к. т. т. ) чаще всего определяют с помощью металлоиндикаторов. Металлоиндикаторы – хромофорные органические соединения, образующие с ионами металлов интенсивно окрашенные комплексы, причем окраска этих комплексов отличается от окраски свободного индикатора.

Механизм действия металлоиндикаторов заключается в следующем. При добавлении металлоиндикатора к раствору соли металла происходит реакция комплексообразования:

Me²⁺ + Н₂Ind  MeInd + 2H⁺

При титровании раствором ЭДТА ионы металла переходят из менее устойчивого комплекса с металлоиндикатором в более устойчивый комплекс с ЭДТА:

MeInd + Н₂Y^2– MeY^2– + H₂Ind

В результате раствор приобретает окраску свободного инди-катора.

Метод комплексонометрии применим для анализа широкого круга объектов, поскольку почти все катионы металлов образуют устойчивые комплексонаты. Рабочие растворы метода устойчивы. В качестве титрантов метода обычно применяют стандартные водные растворы ЭДТА с молярной концентрацией эквивалента ~ 0,05 моль/л, а также стандартные растворы сульфата магния или цинка.

Точность определений составляет 0,2–0,3%.

6.2. Практические работы Лабораторная работа № 11 Стандартизация раствора комплексона III

Цель работы – установить точную концентрацию раствора комплексона III.

Сущность работы. Основным рабочим раствором комплексонометрии является раствор комплексона III (ЭДТА, трилон Б). Для его приготовления применяют динатриевую соль этилендиаминтетрауксусной кислоты Na₂C₁₀H₁₄N₂ · 2H₂O. Она легко получается в чистом виде, хорошо растворима в воде, растворы устойчивы при хранении. В обычных условиях препарат содержит примерно 0,3% влаги, поэтому титрованные растворы ЭДТА можно готовить по точной навеске (с учетом 0,3% H₂O). Однако обычно его точную концентрацию устанавливают по раствору соли цинка. Определение основано на реакции взаимодействия комплексона III с ионами цинка в среде аммиачного буфера. К. т. т. фиксируют с помощью индикатора эриохром черного Т:

.

Лабораторная посуда: мерная колба, бюретка, пипетка Мора, мерный цилиндр (50 – 100 мл), коническая колба.

Реактивы: 0,05 н. раствор комплексона III; кристаллический ZnSO₄ · 7H₂O, х. ч.; аммиачный буфер с рН 9; индикатор эриохром черный Т в смеси с NaCl 1 : 100.

Выполнение работы. Рассчитывают навеску соли ZnSO₄ · 7H₂O, необходимую для приготовления 0,05 н. раствора. Взвешивают ее на аналитических весах, помещают в мерную колбу, добавляют дистиллированной воды для растворения навески и доводят объем колбы до метки.

В колбу для титрования с помощью пипетки Мора переносят аликвотную часть приготовленного раствора соли цинка, добавляют 20–25 мл аммиачного буфера и индикатор на кончике шпателя. Титруют раствором комплексона III до перехода винно-красной окраски раствора в синюю. По результатам титрования рассчитывают молярную концентрацию эквивалента комплексона III.

В некоторых случаях раствор комплексона III может быть стандартизирован по растворам солей Zn (II), Mg (II) и других, приготовленным из фиксаналов.