Метод комплексонометрии (Приготовление раствора комплексона (III) (ЭДТА) и установление его концентрации, Определение общей жесткости воды

МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ И  НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное  учреждение

 высшего  профессионального образования

Российский  государственный  торгово-экономический  университет

Уфимский  институт (филиал) 

 Факультет юриспруденции и заочного обучения

     Курс  1 (3,5 г.)

     Специальность «Технология продукции и организация  общественного питания» 
 

      Метод комплексонометрии (Приготовление  раствора комплексона (III) (ЭДТА) и установление его концентрации, Определение общей жесткости воды и раздельное определение жесткости за счет присутствия ионов кальция и магния, Определение железа и цинка при совместном присутствии).

___________________________________________________

Контрольная работа

по дисциплине: «Аналитическая химия 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Содержание 

1. Метод комплексонометрии………………………………………3-7
2. Приготовление раствора комплексона (III) (ЭДТА)

и установление его  концентрации………………………………7-8

3. Определение общей жесткости воды и раздельное …………..8-
4. определение жесткости за счет присутствия ионов кальция и магния
5. Определение железа и цинка

при совместном присутствии 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. Метод комплексонометрии

Метод комплексонометрии основан на образовании  комплексов металл-ионов с комплексонами. К комплексонам Г. Шварценбах отнес группу полиаминополиуксусных кислот, содержащих иминодиацетатные фрагменты -N(CH₂COOH)₂, связанные с различными алифатическими или ароматическими радикалами. Комплексоны образуют со многими катионами металлов бесцветные, достаточно прочные и растворимые в воде внутрикомплексные соли: комплексонаты, хелаты. В качестве рабочих растворов применяют этилендиаминтетрауксусную кислоту (комплексон II). Анион ее обычно обозначают символом Y. На практике используют чаще ее динатриевую соль Na₂H₂Y×2H₂O (комплексон III, трилон Б), обозначаемую ЭДТА.

      Образование комплексоном III внутрикомплексного соединения с каким-нибудь двухзарядным катионом металла происходит путем замещения металлом атомов водорода карбоксильных групп и одновременного взаимодействия катиона с атомами азота аминогрупп за счет координационной связи. 

         НOOCH₂C                                          CH₂COONa                  

                                  N - CH₂ - CH₂ - N                          + Me²⁺   ®

           NaOOCH₂C                                            CH₂COOH 

       OOCH₂C                                             CH₂COONa

                                 N - CH₂ - CH₂ - N                                      +    

       NaOOCH₂C                                                   CH₂COO    

                                              Ме  

Или в  сокращенном виде: Na₂H₂Y + Me²⁺ ® [Na₂MeY] + 2H⁺.

      Комплексон  III образует устойчивые комплексные соединения в соотношении 1:1. В результате реакции комплексона III с ионом металла любой валентности выделяется два иона водорода, поэтому фактор эквивалентности для металлов равен 1/2. Устойчивость комплексонатов различна. Она зависит от природы иона металла, его зарядности и рН среды. При образовании комплекса определяемого катиона с комплексоном освобождаются ионы водорода, рН раствора понижается, поэтому, если титруемые растворы не защищены действием буферной смеси, рН раствора может понизиться на несколько единиц, и комплексные соединения не образуются. Чтобы поддержать рН раствора на заданном уровне, необходимо проводить титрование в буферных растворах, отвечающих определенному значению рН.

      Катионы р- и d- элементов (Fe³⁺, Zn³⁺, Sc³⁺, Zr⁴⁺ и др.) образуют прочные комплексы в кислой и щелочной среде. Катионы s-элементов (Ca²⁺, Mg²⁺, Zn²⁺) образуют прочные комплексы только в щелочной среде и мешают титрованию катионов, определяемых в кислой среде. Следовательно, титрование большинства S-элементов обычно проводят в аммиачной буферной среде (NH₄ОН + NH₄Cl) при рН = 8-9. Во избежание образования осадков гидроксидов и с целью маскировки отдельных катионов наряду с буферными смесями добавляют такие вещества, как тартраты, цитраты, фторид натрия, цианид калия и т.д. Благодаря этому удается успешно проводить комплексонометрическое определение боль-шинства катионов прямым, обратным, заместительным способами титрования. Анионы определяют обратным титрованием. Обратное титрование применяют для анализа элементов, не образующих устойчивые комплексы с ЭДТА. При определении анионов, например, сульфид-, сульфат-, фосфат-ионов, их осаждают избытком стандартного раствора какого-либо металла, осадок отделяют и в фильтрате титруют раствором ЭДТА избыток ионов металла, неосадившихся определяемым ионом (анионом).

      Для фиксирования точки эквивалентности  используют металлохромные индикаторы - органические красители, образующие с катионами металла окрашенные комплексные соединения, цвет которых отличается от цвета свободного индикатора. Например, эриохром черный Т образует с катионами металлов, как правило, комплексы красного цвета в пределах рН = 7-10.

      

     

                

              

      Эти соединения, однако, менее прочны, чем  комплексы тех же катионов с комплексоном Ш, поэтому при титровании раствора комплексоном Ш ионы металла переходят от индикатора к комплексону, и выделяется свободный индикатор, имеющий синюю окраску. Таким образом, в точке эквивалентности красная окраска сменяется синей. 

      

                     вино-красный         бесцвет-           бесцвет-            синий

                              ный                    ный 

      Кроме эриохрома черного Т в комплексонометрическом титровании используют мурексид (аммонийная соль пурпурной кислоты). Мурексид представляет собой темно-красный порошок. Водный раствор мурексида окрашен в фиолетово-красный цвет, изменяющийся в зависимости от среды: при рН 9 - красно-фиолетовый, при рН = 9-10 - фиолетовый, при рН>11 - сине-фиолето-вый. Для титрования марганца, никеля, свинца, цинка, кадмия, меди в среде ацетатного буферного раствора применяют ксиленоловый оранжевый. Индикаторы эриохром черный Т и мурексид употребляют в твердом виде: индикатор смешивают с NaCl (1:200). Эта смесь при титровании добавляется в количестве 0,2-0,3 г. Ксиленоловый оранжевый готовят концентрацией 0,5 % в этаноле. Готовят обычно рабочие растворы ЭДТА с молярной концентрацией эквивалента 0,01-0,05 моль/дм³ из дигидрата ЭДТА , т.к. он хорошо растворим в воде (108 г/дм³ при 22 ^оС). При необходимости его возможно получить в чистом виде, и тогда раствор готовят по точной навеске. В большинстве случаев для приготовления рабочего раствора ЭДТА используют препарат, имеющийся в продаже, и готовят раствор по приблизительной навеске. Молярная масса ЭДТА равна 372,25г/моль. Рассчитывают массу ЭДТА, необходимую для приготовления раствора, по формуле: 

                    ,              

где m(ЭДТА) - масса ЭДТА, г;

       С_эк(ЭДТА) - молярная концентрация эквивалентов раствора ЭДТА, моль/дм³;

       М_эк(ЭДТА) - молярная масса эквивалентов ЭДТА, г/моль;

       V_м.к. - вместимость мерной колбы, см³. 

      Молярную  массу эквивалентов рассчитывают по формуле:

                                       .                           

      Массу ЭДТА рассчитывают с точностью до второго знака после запятой и взвешивают на технохимических весах. Взвешенную навеску ЭДТА переносят в мерную колбу, растворяют (если раствор мутный его фильтруют), доводят до метки дистиллированной водой и перемешивают. Приготовленный раствор ЭДТА имеет приблизительную (неточную) концентрацию. Точную концентрацию раствора ЭДТА устанавливают по стандартным растворам  сульфата цинка или магния, карбоната кальция, хлорида цинка или висмута (III). Раствор ЭДТА следует хранить в обработанных паром склянках иенского стекла. Обычное стекло при длительном хранении раствора дает заметное изменение концентрации раствора. В пищевой промышленности методом комплексонометрического титрования определяют жесткость воды, раздельное содержание кальция и магния в воде. Кроме того, проводят определение макроэлементов кальция и магния и некоторых микроэлементов, например, Fe (III) в пищевых продуктах.

Приготовление раствора комплексона (III) (ЭДТА)

и установление его  концентрации 

      Цель  работы - описать методику приготовления раствора ЭДТА; определить точную концентрацию раствора комплексона (III) (ЭДТА).

      Сущность  работы. Концентрацию рабочего раствора ЭДТА устанавливают по стандартному раствору установочного вещества MgSO₄ × 7H₂O. В качестве индикатора применяют эриохром черный Т. Определяют концентрацию ЭДТА в присутствии аммиачно-буферного раствора.

Оборудование  и реактивы: штатив; бюретка, вместимостью 25,00 см³;

воронка; мерная колба; мерный цилиндр, вместимостью 10 см³; колба коническая для титрования; стакан для слива; стакан, вместимостью 50 см³; мерные пипетки, вместимостью 5,00-10,00 см³; аналитические весы; раствор ЭДТА, С_эк(ЭДТА) = 0,01-0,05 моль/дм³; MgSO₄ × 7H₂O; индикатор эриохром черный Т; аммиачно-буферный раствор.

      Методика  выполнения анализа. 1. Приготовление рабочего раствора ЭДТА (разд. 2.3).

2. Приготовление  установочного раствора MgSO₄·7H₂O. Рассчитывают массу соли MgSO₄×7H₂O, необходимую для приготовления 100 см³ раствора молярной концентрации эквивалентов 0,0500 моль/дм³ по формуле:

,     

где m (MgSO₄ × 7H₂O) - масса MgSO₄ × 7H₂O, г;

       С_эк(MgSO₄) - молярная концентрация эквивалентов раствора MgSO₄, моль/дм³;

      М_эк(MgSO₄ × 7H₂O) - молярная масса эквивалентов MgSO₄ × 7H₂O, г/моль;

      V_м.к. - вместимость мерной колбы, см³. 

Навеску соли взвешивают на аналитических весах, переносят в мерную колбу, растворяют, доводят до метки дистиллированной водой и тщательно перемешивают. Если практическая навеска отличается от расчетной, то концентрацию пересчитывают по формулам:

,                       

где Т(MgSO₄) - титр раствора MgSO₄ , г/см³;

       m (MgSO₄ × 7H₂O) - практическая масса навески MgSO₄ × 7H₂O, г.

,               

где С_эк(MgSO₄) - молярная концентрация эквивалентов раствора MgSO₄, моль/дм³;

      М_эк(MgSO₄×7H₂O) - молярная масса эквивалентов MgSO₄×7H₂O, г/моль. 

      3. Установление концентрации рабочего раствора ЭДТА. Аликвотную часть приготовленного раствора MgSO₄ × 7H₂O переносят в колбу для титрования, добавляют 5 см³ аммиачно-буферной смеси и щепотку индикатора эриохрома черного Т. Затем титруют раствор комплексоном III до перехода окраски из винно-красной в ярко-голубую. Последние капли добавляют медленно. Расчет концентрации комплексона проводят по закону эквивалентов:

                    

,