2.2.7. Комплексонометрическое титрование

С помощью данного метода можно анализировать содержание в растворе ионов многих металлов. При исследовании строительных материалов, важно, что в одной и той же пробе можно определить содержание оксида кальция и оксида магния.

Рабочим раствором служит Комплексон III, двунатриевая соль этилендиаминтетрауксусной кислоты Na₂[H₂Y], которая с ионами многих металлов образует внутрикомплексные соединения Na₂[МеY]. Комплексон III называют «трилон Б».

В качестве индикаторов используют металлиндикаторы, которые меняют окраску в присутствии ионов металлов.

Эриохромовый черный Т (ЭХЧТ) представляет собой монозамещенную соль трехосновной органической кислоты, которая диссоциирует в три ступени, равновесие двух последних устанавливается при определенных значениях рН.

NaН₂Ind → Na⁺ + Н₂Ind^-

↑↓ рН = 6,3,

Н⁺ + НInd^2-,

Синий цвет

↑↓ рН = 11,5,

Н⁺ + НInd^3-.

В интервале значений 6,3…11,5 (т.е. фактически в слабощелочной среде) ЭХЧТ имеет синюю окраску.

Для поддержания в системе определенного рН используют буферные растворы.

Буферные смеси представляют собой смеси слабой кислоты + соль этой кислоты или слабого основания + соль этого основания.

Ацетатный буфер: 0,1М СН₃СООН + 0,1М СН₃СООNa,

рH = 4,73,

СН₃СООNa + HOH СН₃СООН + NaOH,

СН₃СОО^- + HOH СН₃СООН + OH,^-

СН₃СООН СН₃СОО^- + H⁺.

В системе устанавливаются два равновесия, имеющие общий ион СН₃СОО^- и недиссоциированную молекулу СН₃СООН. Добавление кислоты в довольно широком интервале смещает равновесие (1) вправо, а равновесие (2) влево. В результате чего соотношение [OH^-] и [H⁺] не меняется.

Аммиачный буфер: 0,1М NH₄CI + 0,1М NH₄OH,

рH = 9,2.

Добавление OH^- NH₄CI + НОН NH₄OH + НCI добавление Н⁺

→ NH₄⁺ +НОН NH₄OH + Н⁺ ←

← NH₄OH NH₄⁺ + ОН^- →

Ионная форма ЭХЧТ в присутствии аммиачного буфера образует с ионами металлов, например Са²⁺, яркоокрашенное комплексное соединение

Са²⁺ + НInd^2- [СаInd]^- + Н⁺

винно-красный цвет.

В процессе титрования происходит разрушение комплекса индикатора с металлом и образование более прочного комплекса металла с трилоном Б:

[СаInd]^- + Na₂ [Н₂Ind] Na₂[CaY] + НInd^2- + Н⁺

в. кр. б.цв. б.цв. син.

Таким образом,. в точке эквивалентности окраска раствора переходит от винно-красной к синей.

ЭХЧТ взаимодействует и с Са²⁺, и с Mg²⁺, т.е. в присутствии этого индикатора определяется суммарное содержание СаО и MgO.

Другой индикатор мурексид в более щелочной среде образует комплекс розового цвета с ионами Са²⁺ и при титровании трилоном Б в точке эквивалентности меняет окраску на сиреневую. Таким образом, в присутствии мурексида оттитровывается только Са²⁺.

Условия комплексонометрических определений.

1. Для смещения равновесия реакции титрования в сторону образования продуктов реакции комплексное соединение трилона Б с металлом должно быть более прочным, чем индикатора с данным металлом.

2. Должно поддерживаться определенное значение рН.

Лабораторная работа № 4

Определение оксидов кальция и магния

в цементе и материалах цементного производства

Цель работы

С помощью комплексонометрического метода титрования определить содержание оксидов кальция и магния в цементе и материалах цементного производства.

Теоретическая часть

Определение ионов кальция и магния удобно производить методом комплексонометрического титрования, основанным на способности комплексона III давать прочные комплексные соединения с ионами Ca²⁺ и Mg²⁺.

Комплексон III или Трилон Б представляет собой двунатриевую соль этилендиаминтетрауксусной кислоты:

В качестве индикатора применяются органические красители, которые образуют с определяемым катионом окрашенные непрочные комплексы. Последние разрушаются при титровании комплексонов III, индикатор освобождается и придает раствору присущий ему цвет. Например, при титровании ионов Ca²⁺ комплексоном III в присутствии индикатора эриохрома черного Т наблюдаются следующие взаимодействия:

H₂R 2H⁺ + R^2-

индикатор синий

Ca²⁺ + R^2- CaR

виннокрасный

CaR + Na₂[H₂Тр] Na₂[CaТр] + R^2- + 2H⁺

виннокрасный бесцветный синий

Чтобы равновесие реакции сдвинуть вправо, комплексонометрические определения следует проводить при рН=8-10.