Transcript i Mg(II)
KOMPLEKSI METODE ZASNOVANE NA REAKCIJAMA GRAĐENJA KOMPLEKSNIH JEDINJENJA. KOMPLEKSOMETRIJSKE TITRACIJE - brzo, tačno i jednostavno određivanje gotovo svih metalnih jona - široka primena u volumetriji - najveći značaj je za određivanje tvrdoće vode - polidentatni ligandi grade helatne komplekse velike stabilnosti i stehiometrijskog sastava 1 : 1 M + L ML Kr ML M L K s ML Veća stabilnost kompleksa znači kvantitativniju reakciju tj. veću promenu pM vrednosti u T.E. i veću tačnost određivanja. pM KML = 1014 KML = 1012 KML = 1010 KML = 108 KML = 106 zapremina rastvora liganda Titracione krive za titraciju 100 ml rastvora metalnog jona M (c=0,01 mol/L) rastvorom liganda L (c=0,01 mol/L) Helatni efekat 1:1 1:2 1020 1012 108 pM 1:4 108 106 104 zapremina reagensa M + L ML (cL = 0,01 mol/L) tetradentatni ligand M + 2L ML2 (cL = 0,02 mol/L) bidentatni ligand M + 4L ML4 (cL = 0,04 mol/L) monodentatni ligand K 10 20 102 Titraciono sredstvo H 4Y Na2H2Y Dinatrijumova so-etilendiamin tetrasirćetne kiseline (n=6) EDTA M : L = 1 : 1 pet petočlanih prstenova pKa1=2,0 pKa2=2,68 pKa3=6,11 pKa4=10,17 Konstante stabilnosti pojedinih metal-EDTA kompleksa Prema stabilnosti njihovih kompleksa sa EDTA: 1. četvoro- i trovalentni katjoni /osim Al(III) i lantanida/, Hg(II) i Sn(II) logK>20 2. dvovalentni katjoni (osim zemnoalkalnih), Al(III) i katjoni lantanida logK=12-19 3. katjoni zemnoalkalnih metala i srebro(I) logK=7-11 TITRACIONE KRIVE Neophodno je uzeti u obzir uticaj SPOREDNIH REAKCIJA na ravnotežu građenja metal - EDTA kompleksa: - uticaj drugih kompleksirajućih supstanci - uticaj pH Ovi uticaji se mogu izraziti USLOVNIM KONSTANTAMA STABILNOSTI: MY M Y n4 K ` ` M Y ` ` ` Ukupna koncentracija EDTA u svim njenim oblicima u rastvoru osim onog dela koji je vezan za metalni jon Ukupna koncentracija metalnog jona u svim njegovim oblicima u rastvoru izuzev onog dela koji je reagovao sa EDTA K` nije prava konstanta, jer opisuje stabilnost kompleksa samo pod određenim uslovima, ali se iz njihovih vrednosti može videti da li je posmatrana reakcija u DATIM uslovima moguća. pH UTICAJ - samo na Y (osim kad metal gradi hidrokso - komplekse) - u zavisnosti od pH vrednosti rastvora EDTA se nalazi u određenom obliku (dijagram raspodele) Y Y 4 Y udeo K ` MY ` K MY ` M Y n 4 Y ` ` ` MY Y M ` MY Y 4 Y n 4 4 K ` ` MY K MY Y Y Y H 4 K1 H K `c M 10 K ` 10 K1 K2 K3 K4 3 6 8 uspešno određivanje K1 K2 H Y pH 2 K1 K2 K3 H zavisi od pH Y 1 K1 K2 K3 K4 TITRACIJA Ca2+ sa EDTA Titruje se 100,00 ml rastvora Ca(II) c=0,01 mol/l rastvorom EDTA c=0,01 mol/L u rastvoru čije je pH=10; Ks = 5,01·1010 ; Y = 0,35 !!! prvo se izračunava uslovna konstanta stabilnosti (za date uslove) !!! K `CaY ` K CaY Y 1 , 75 10 1. Na početku titracije Ca 2 10 u rastvoru su samo joni Ca2+ c Ca 2 0 , 01 mol / l pCa 2 , 00 u rastvoru su neistitrovani joni Ca2+ i kompleks CaY2- 2. Do E.T. VEDTA = 50,00 ml 100 , 00 0 , 01 50 , 00 0 , 01 Ca Ca 3 , 33 10 2 2 150 , 00 3 mol / l Y ` pCa 3 , 33 10 4 , 30 3 Y ` u rastvoru je samo kompleks CaY2- 3. E.T. CaY Ca Y 2 VEDTA = 100,00 ml K CaY Ca ` ` CaY 2 Ca 2 Y ` 2 K ` CaY ` 2 Ca 2 5 , 35 10 4. posle E.T. CaY 2 2 7 ` Ca 2 0 , 005 mol / l 200 , 00 6 , 27 pCa mol / l u rastvoru je kompleks CaY2- i višak EDTA CaY Ca Y 2 VEDTA = 100,10 ml Y 100 , 00 0 , 01 K 0 ,10 ml 0 , 01 mol / l ` CaY ` 5 , 00 10 2 3 mol / l 200 ,10 ml 5 , 71 10 8 mol / l pCa 7 , 24 ` ` (a) Na pH=10 (b) Na pH=3 pH = 12 pCa pH = 10 pH = 8 pH = 6 zapremina rastvora EDTA Za katjone koji sa EDTA grade stabilnije komplekse, dobre završne tačke titracije se mogu dobiti i u kiseloj sredini. log K log KMY > 20 najstabilniji Fe(III) ○ In(III) log KMY = 12-19 dvovalentni osim zemnoalkalnih metala ○ ○Th(IV) ○ Hg(II) log KMY = 7-11 zemnoalkalni metali ○Ga(III) Ni(II)○ ○ Cu(II) Pb(II)○ ○ Zn(II)○○Cd(II) ○ Al(III)○Co(III) ○○ La(III) ○ Fe(II) ○ Ca(II) Mn(II) ○ Sr(II) ○ Mg(II) pH UTICAJ DRUGIH KOMPLEKSIRAJUĆIH SUPSTANCI NA TITRACIJE SA EDTA Uticaj pomoćnog kompleksirajućeg sredstva (održava titrovani jon u rastvornom obliku; pufer) tretira se na isti način kao i uticaj pH. Kvantitativnost reakcije, kao i kvalitet završne tačke titracije zavisi ne samo od pH rastvora nego i od vrste pomoćnog liganda i njegove koncentracije. U sporednoj reakciji sa pomoćnim kompleksirajućim sredstvom učestvuje metalni jon, tako da se računa udeo slobodnog metalnog jona: M M n M K ` ` M Y ` ` K MY M Y M n M ` M Uslovna konstanta stabilnosti izražava uticaj kiselosti i uticaj drugih kompleksirajućih sredstava na ravnoteže reakcija metalnih jona sa EDTA TITRACIJA Zn2+ sa EDTA Titruje se 100,00 ml rastvora Zn(II) c=0,01 mol/l rastvorom EDTA c=0,01 mol/L u amonijačnom puferskom rastvoru čije je pH=9 u kome je koncentracija slobodnog amonijaka 0,1 mol/l; Ks = 1016,5 ; Y = 10-1,3; M = 7,94·10-6 !!! prvo se izračunava uslovna konstanta stabilnosti (za date uslove) !!! K `ZnY ` K ZnY Y Zn 1. Na početku titracije Zn ` 1 , 26 10 10 u rastvoru su samo joni Zn2+ 0 , 01 mol / l Reaguje sa amonijakom gradeći komplekse, različitog sastava !!! Koncentracija slobodnih jona Zn2+: Zn 2 Zn ` Zn 7 , 94 10 8 pZn 7 ,10 u rastvoru su neistitrovani joni Zn2+ i kompleks ZnY2- 2. Do E.T. U obliku slobodnih jona i u obliku različitih kompleksa sa amonijakom Možemo zanemariti neznatnu količinu Zn(II) koja nastaje disocijacijom kompleksa ZnY2- Zn ` VEDTA = 99,00 ml Zn 2 Zn ` Zn 100 , 00 0 , 01 99 , 00 0 , 01 3 , 99 10 VEDTA = 100,00 ml K 10 9 , 40 pZn ZnY Zn ` Y ZnY Zn ` ZnY Zn ` 6 , 30 10 ZnY ZnY 2 2 7 ` ` ` 2 ` mol / l 199 , 00 2 ` 5 u rastvoru je samo kompleks ZnY2- 3. E.T. K 5 , 03 10 mol / l pZn 100 , 00 0 , 01 Zn ` Y ` 0 , 005 mol / l 200 , 00 Zn 2 11 , 30 Zn ` Zn 5 , 00 10 12 u rastvoru je kompleks ZnY2- i višak EDTA 3. Posle E.T. ZnY Zn ` Y 2 VEDTA = 101,00 ml K ` ZnY ` ` ZnY 2 Y ` 100 , 00 0 , 01 0 , 00498 mol / l 201 , 00 101 , 00 ml 0 , 01 mol / l 100 , 00 ml 0 , 01 mol / l Zn ` pZn 4 , 98 10 5 mol / l 201 , 00 ml 7 , 94 10 13 , 20 9 mol / l Zn 2 Zn ` Zn 6 , 30 10 14 mol / l V (EDTA) pH = 10 Zn = 0,35 K’ (za NH3 c=0,1 M) = 1010 K’ (za NH3 c=0,01 M) = 1013 Titruje se u puferu niže koncentracije (dovoljan puferski kapacite) !!! ODREĐIVANJE ZAVRŠNE TAČKE TITRACIJE PRIMENOM METALOHROMNIH INDIKATORA Vizuelno određivanje T.E. se vrši indikatorima koji reaguju na promenu koncentracije metalnih jona u rastvoru – reaguju promenom neke svoje vidljive osobine (obično boje ili fluorescencije). METALOHROMNI indikatori su intenzivno obojene supstance (organske boje), koje sa metalnim jonima u rastvoru grade obojene rastvorne helatne komplekse, pri čemu se ta boja razlikuje od boje slobodnog indikatora. M + In MIn boja 1 boja 2 K MIn ` MIn + Y MY + In boja 1 boja 2 MIn M In slobodan indikator E.T. K MIn ` MIn M In log M log log M log K MIn ` log In MIn vrednost u E.T. log K MIn ` log 1 10 pM MIn In In MIn MIn In log M log K MIn ` / 1 log K MIn ` log pM In MIn In MIn 10 1 log K MIn ` 1 zavisi od pH (tablični podatak) Interval promene boje metalohromnog indikatora Uslovi koje mora da ispunjava svaki metalohromni indikator: • K `MIn K `MY inače EDTA ne bi mogla da reaguje sa metalom iz kompleksa MIn (indikator bi bio ‚‚blokiran”) • inače bi E.T. bila preuranjena i razvučena K `M `In ` 10 4 • koncentracija indikatora ne sme biti suviše mala c < 0,01·cM • indikatorska reakcija mora biti brza i reverzibilna Eriohrom crno T H3In H 2 In crven HIn pH=6-7 2 In 3 pH=11-12 plav narandžast Svi kompleksi metalnih jona sa erio T su crvene boje !!! pH = 10 Mg2+ + HIn2- MgIn -+ H+ bezbojan plav crven Mg2+ + HY3- MgY2- + H+ bezbojan bezbojan bezbojan MgIn- + HY3- MgY2- + HIn2crven bezbojan bezbojan plav pre titracije Do E.T. U E.T. Teorijske titracione krive za titraciju 100 ml rastvora a) Ca(II) c= 0,010 mol/l b) Mg(II) c = 0,01mol/l rastvorom EDTA c =0,010 mol/l, pri pH = 10 pMg log K MIn ` 1 5 , 28 5 , 4 1 pCa pM log K MIn ` 1 log K MIn ` 1 6 , 27 3 , 8 1 TEHNIKE KOMPLEKSOMETRIJSKIH TITRACIJA 1. Direktna titracija metalni jon se direktno titruje standardnim rastvorom EDTA uz primenu odgovarajućeg indikatora (najbrža i najtačnija) 2. Povratna titracija (retitracija) rastvoru metalnog jona se dodaje tačno poznata zapremina standardnog rastvora EDTA u količini većoj nego što je potrebno, a zatim se višak EDTA retitruje uz standardnim rastvorom nekog drugog metalnog jona (najčešće Mg(II), Zn(II) ili Cu(II)) uz pogodan indikator * stabilnost EDTA kompleksa sa metalnim jonom koji se određuje mora biti veća od konstante stabilnosti kompleksa sa metalnim jonom standardnog rastvora kojim se vrši retitracija ** koristi se kada: određivani metalni joni veoma sporo reaguju sa EDTA; za direktnu titraciju ne postoji pogodan indikator; metalni jon se teško održava u rastvoru u uslovima totracije 3. Titracija supstitucijom rastvoru metalnog jona se dodaje višak, najčešće MgY2- kompleksa koji je manje stabilan, pri čemu dolazi do reakcije zamene ili istiskivanja Ca2+ + MgY2- CaY2- + Mg2+ titruje se oslobođeni Mg(II) SELEKTIVNOST KOMPLEKSOMETRIJSKIH TITRACIJA EDTA gradi komplekse sa većinom metalnih jona – nije selektivan reagens !!!! Selektivnost titracija se poboljšava: - kontrolisanjem kiselosti - maskiranjem i demaskiranjem - hemijskim odvajanjima Kontrolisanje kiselosti ► zasniva se na zavisnosti uslovnih konstanti stabilnosti metal- EDTA kompleksa od kiselosti ► npr. Al(III), Cd(II), Co(II), Cu(II), Ni(II), Mn(II), Pb(II) i Zn(II) se mogu selektivno titrovati u prisustvu zemnoalkalnih katjona pri pH 5 ► npr. pri pH 1-2 se mogu selektivno titrovati neki tro- i četvorovaletni katjoni u prisustvu dvovalentnih katjona teških metala Maskiranje i demaskiranje ► MASKIRANJE KOMPLEKSIRANJEM - metalni joni koji smetaju se vezuju u stabilne i rastvorne komplekse, stabilnije od njihovih kompleksa sa EDTA i indikatorom ► cijanid, tartarat, fluorid, trietanolamin, formaldehid.... ► u alkalnoj sredini cijanid maskira Ag+, Cd2+, Co2+, Cu2+, Fe2+, Hg2+, Ni2+, Pd2+, Pt2+, Zn2+, Au3+ katjoni zemnoalkalnih metala, kao i Mn2+, Pb2+, Al3+, Bi3+ sa cijanidom praktično ne reaguju ► iz cijanidnih kompleksa Zn2+ i Cd2+ se mogu selektivno demaskirati pomoću formaldehida (uz građenje nitrila glikolne kiseline) Zn(CN)42- + 4 HCHO + 4 H2O Zn2+ + 4 HO-CH2-CN + 4 OH- ► MASKIRANJE TALOŽENJEM - retko se primenjuje, zbog greški usled koprecipitacije i određivanja ZTT ► npr. titracija Ca2+ u prisustvu Mg2+ ► MASKIRANJE OKSIDOREDUKCIJOM - retko se primenjuje, jon se prevodi u oksidaciono stanje u kome ne reaguje sa EDTA Hemijska odvajanja ► odvajanje, jona koji ometaju, raznim tehnikama: ekstrakcija, jonoizmenjivačka hromatografija.... PRIMENA KOMPLEKSOMETRIJSKIH TITRACIJA • brzo i tačno se određuje veliki broj metalnih jona • koriste se prilikom analize voda (određivanje tvrdoće), ali i pri analizi ruda. legura, cementa, keramičkih materijala.... • zbog male selektivnosti reagensa analiza kompleksnih uzoraka zahteva strigi kontrolisane uslove određivanja - kontrolisanje kiselosti sredine - primena maskirajućih i demaskirajućih reagenasa - prethodna razdvajanja EDTA -dinatrijumova so Na2H2Y·2H2O se suši, pravi rastvor i standardizuje standardnim rastvorom metalnog jona - čuva se u polietilenskim bocama (katjoni iz stakla mogu regovati) ODREĐIVANJE Ca(II) i Mg(II) U VODI. ODREĐIVANJE TVRDOĆE VODE Tvrdoća vode – karakteristika vode ♦ razlikujemo kalcijumovu i magnezijumovu tvrdoću vode, zavisno od koncentracije soli kalcijuma, odnosno magnezijuma ♦ ukupna koncentracija ovih soli izražava se UKUPNOM TVRDOĆOM ♦ ukupna tvrdoća se deli na karbonatnu (odgovara koncentraciji hidrogenkarbonatnih soli Ca(II) i Mg(II)) i nekarbonatnu tvrdoću (odgovara koncentraciji Ca(II) i Mg(II) soli jakih kiselina) ♦ kuvanjem vode dolazi do izdvajanja CO2 i taloga – hidrogenkarbonati prelaze u nerastvorne karbonate- pa se tvrdoća vode smanjuje; uklanja se karbonatna tvrdoća koja se zbog toga naziva i prolazna tvrdoća vode ♦ tvrdoća vode koja ostaje i posle kuvanja je permanentna tvrdoća ♦ ako se tvrdoća izrazi sadržajem CaCO3: do 200mg/L – meka voda 200-400mg/L – srednje tvrda 400-600mg/L – tvrda preko 600mg/L – vrlo tvrda ♦ voda za piće dobrog kvaliteta sadrži CaCO3 250-350mg/L ♦ velika količina magnezijuma – gorak ukus ♦ u tehničkom pogledu: tvrde vode u tehnološkim pogonima dovode do izdvajanja kamenca, troše mnogo sapuna, pogoršavaju kvalitet tkanina.... ♦ tvrdoća vode se danas najbrže i najjednostavnije određuje titracijama sa EDTA ♦ nemački stepen- 10 mg/dm3 CaO ili 7,19 mg/dm3 MgO ODREĐIVANJE Ca(II) i Mg(II) U SMEŠI I titracija: određivanje ukupne koncentracije Ca(II) i Mg(II) pH = 9; amonijačni pufer; indikator: eriohrom crno T pre titracije: Mg2+ + H2In2- MgIn- + H+ bezbojan Do E.T. plav crven Ca2+ + HY3- CaY2- + H+ Mg2+ + HY3- MgY2- + H+ u E.T. MgIn- + HY3- MgY2- + HIn2crven bezbojan bezbojan n EDTA K `MgY K `CaIn plav n Ca n Mg K `CaY K `MgY II titracija: određivanje koncentracije Ca(II) pH = 10-12; natrijum-hidroksid; indikator: mureksid **** vrši se maskiranje Mg(II) sa NaOH - taloži se u obliku Mg(OH)2 Mg2+ + NaOH Mg(OH)2 Ca2+ + pre titracije: bezbojan In plav + Na+ CaIn + H+ crven do T.E. Ca2+ + HY3- CaY2- + H+ na T.E. CaIn + HY3- CaY2crven bezbojan bezbojan n EDTA + In ljubičast n Ca