Способы комплексонометрического титрования. Расчетные уравнения, используемые для вычисления результатов титрования

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

ФГАОУ ВО «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина»

Химико-технологический институт

Кафедра аналитической химии

РЕФЕРАТ

по дисциплине «Аналитическая химия»

Способы комплексонометрического титрования. Расчетные уравнения, используемые для вычисления результатов титрования

Преподаватель: Козицина А.Н.

Студентка: Лысанова М.А.

Группа: Х-190001

Екатеринбург

2020

Оглавление

• Введение
• 1. Комплексонометрическое титрование
• 2. Способы комплексонометрического титрования
• 2.1 Прямое титрование
• 2.2 Обратное титрование
• 2.3 Заместительное титрование
• Заключение
• Список литературы

Введение

Титриметрический анализ является методом количественного анализа, в котором измеряют количество реактива, затраченного в ходе химической реакции с определяемым веществом. Этот метод, возникший в XVIII веке, является одним из самых распространенных и точных в аналитической химии. Благодаря своей простоте и невысокой стоимости оборудования, он широко применяется как в научных исследованиях, так и в промышленности. Существует несколько способов классификации методик титрования. Наиболее важной считается классификация по типу химической реакции, внутри нее выделяют четыре методики: кислотно-основное титрование, осадительное титрование, окислительно-восстановительное титрование и комплексометрическое титрование. В данной работе будет более подробно рассмотрена именно последняя методика, в частности, способы комплексонометрического титрования.

1. Комплексонометрическое титрование

Комплексонометрия, или комплексонометрическое титрование является одной из разновидностей комплексометрического титрования. Основой комплексонометрического титрования (далее: КМТ) являются реакции, в ходе которых ионы металлов и раствор лиганда, являющийся титрантом, образуют малодиссоциирующие комплексы. Этот метод позволяет определять большое число металлов.

Комплексонами называют хелатообразующие реагенты, а именно аминополикарбоновые кислоты. Для более чем 95% всех комплексонометрических титрований применяют одну из таких кислот - ЭДТА, этилендиаминтетрауксусную кислоту. Ее можно также встретить под названиями комплексон II и H₄Y, а двунатриевую соль этой кислоты в литературе называют комплексон III и трилон Б.

КМТ находит широкое применение в разных областях химии. Например, с его помощью можно определить содержание катионов многих металлов в лекарственных препаратах. Также одним из основных способов применения КМТ является контроль жесткости воды - природная вода обладает «жесткостью» из-за наличия в ней различных растворимых солей Mg²⁺ и Ca²⁺, и часто в химической промышленности необходимо знать, насколько «жесткой» или «мягкой» является вода.

Для реакции образования комплекса

Meⁿ⁺ + H₂Y^2- - (MeY)^n-4 + 2H⁺

существует константа устойчивости, выражающаяся формулой:

По величине этой константы можно судить о глубине протекания реакции комплексообразования. Если необходимо учесть влияние кислотности раствора, используют условную константу устойчивости

в_MeY'= в_MeY*б_Y, где б_Y - молярная доля незакомплексованных анионов Y^4-. Ее величину можно найти по формуле:

где C_Y - общая концентрация ЭДТА, равная сумме равновесных концентраций всех ее форм.

Если необходимо учесть побочные взаимодействия определяемого иона с посторонними лигандами, используют дважды условную константу устойчивости в_MeY''= в_MeY*б_Y*б_Me, где б_Me - молярная доля свободных ионов металла.

Внутри комплексонометрии выделяют три способа титрования: прямое, обратное и заместительное. Эти способы далее будут рассмотрены более подробно.

2. Способы комплексонометрического титрования

комплексонометрическое титрование аналитическая химия

Для каждого способа будут рассмотрены его общие характеристики, необходимые условия применения и расчетные уравнения, используемые для вычисления результатов титрования.

2.1 Прямое титрование

Анализируемый раствор, содержащий ионы определяемого металла, титруют раствором комплексона с известной концентрацией в присутствии буферного раствора - определяемое вещество непосредственно реагирует с титрантом. Этим способом можно определить следующие ионы: Mg²⁺, Ca²⁺, Zn²⁺, Cd²⁺, Al³⁺, Ni²⁺, Cu²⁺, Co²⁺, Fe³⁺, Pb²⁺, Ba²⁺, Sr²⁺ и другие.

Общий вид реакции титрования:

Meⁿ⁺ + H₂Y^2- - MeY^n-4 + 2H⁺

Требования к реакции, лежащей в основе прямого титрования:

- высокая скорость протекания;

- стехиометричное протекание реакции;

- константа устойчивости образующегося комплекса (условная или дважды условная) достаточно велика (?10⁷);

- существование подходящего индикатора.

Массу определяемого вещества (г) вычисляют по формуле:

2.2 Обратное титрование

В литературе можно также встретить под названием «титрование по остатку». Этот способ применяют, если реакция между определяемым веществом и комплексоном не подходит для прямого титрования. К аликвотной части анализируемого раствора приливают определенный объем раствора комплексона с известной концентрацией, дожидаются завершения процесса комплексообразования, при необходимости ускоряя его нагреванием смеси. После охлаждения смеси избыток комплексона оттитровывают раствором соли Mg²⁺ или Zn²⁺ с известной концентрацией.

Общий вид реакций титрования на примере оттитровывания избытка комплексона раствором соли магния:

Meⁿ⁺ + H₂Y^2- - MeY^n-4 + 2H⁺

Mg²⁺ + H₂Y^2- - MgY^2- + 2H⁺

Условия применения обратного титрования:

- невозможно подобрать подходящий индикатор;

- медленное протекание комплексообразования;

- ионы металла при данном pH образуют осадок;

- для определения анионов.

Массу определяемого вещества (г) вычисляют по формуле:

2.3 Заместительное титрование

В литературе можно также встретить под названиями «титрование по замещению», «вытеснительное», «косвенное» или «непрямое» титрование. Этот способ применяют, если невозможно прямое титрование. Он основан на том, что ионы магния с ЭДТА образуют менее устойчивые комплексы, чем большинство других металлов. К анализируемому раствору добавляют MgЭДТА, в результате образуется более устойчивый комплекс ЭДТА с определяемым металлом и выделяется стехиометрическое количество ионов Mg²⁺, которое далее оттитровывается раствором ЭДТА с известной концентрацией.

Общий вид реакций титрования:

Meⁿ⁺ + Mg₂Y^2- - MeY^n-4 + 2Mg²⁺

Mg²⁺ + H₂Y^2- - MgY^2- + 2H⁺

Условия применения заместительного титрования:

- катион определяемого металла с ЭДТА образует более устойчивый комплекс, чем MgЭДТА;

- невозможно подобрать подходящий индикатор;

- для определения анионов.

Массу определяемого вещества вычисляют по формуле для прямого титрования.

Заключение

Несмотря на то, что у каждого способа есть свои ограничения и требования к реакциям, по вышеизложенному материалу можно заметить, что существуют общие характеристики, применимые к каждому способу:

- необходимость использования буфера для поддержания pH раствора: при реакции ЭДТА с металлом выделяются ионы Н⁺, которые связывает буфер; поддержание конкретного pH важно для неизменности значения условной константы устойчивости образующегося комплекса, от чего зависит значение pH в точке эквивалентности, следовательно, и сами результаты титрования;

- условная (дважды условная) константа устойчивости для реакции, лежащей в основе титрования, должна быть ?10⁷, (для обратного и заместительного титрования это условие соблюдается по умолчанию, так как для них в_MeY' не зависит от определяемого вещества).

Однако необходимость наиболее широкого практического применения метода КМТ привела к созданию способов, различающихся в условиях и областях использования. В современной аналитической химии существование нескольких альтернативных способов комплексонометрии позволяет использовать эту методику для определения большего количества ионов, благодаря чему КМТ стоит наравне с другими распространенными методиками, такими, как кислотно-основное или окислительно-восстановительное титрование.

Список литературы

1. Васильев В.П. Аналитическая химия. В 2 ч. Часть I. Гравиметрический и титриметрический методы анализа -- М.: Высш. школа, 1989

2. Кристиан Г. Аналитическая химия: в 2 томах. Том 1. / пер. с англ. - М.: БИНОМ, 2009

3. Пискарева С.К. Аналитическая химия: Учеб. для сред. спец. учеб. заведений -- М: Высш. школа, 1994

4. Химические и физико-химические методы анализа: сб. задач: [учеб. пособие] / [В. И. Кочеров и др. ; под общ. ред. С. Ю. Сараевой] ; М-во образования и науки Рос. Федерации, Урал. федер. ун-т. -- Екатеринбург: Изд-во Урал. ун-та, 2016

5. Шварценбах Г., Флашка Г. Комплексонометрическое титрование / пер. с нем. - М.: Химия, 1970

Размещено на Allbest.ru