Метод грунтується на взаємодії полідентатних лігандів-комплексонів з катіонами лужноземельних і важких металів з утворенням дуже міцних, добре розчинних у воді, у більшості випадків безбарвних, внутрішньокомплексних (хелатних) сполук.
Як титранти використовують розчини трилону Б (динатрієва сіль етилендіамін-N,N,N’,N’-тетраацетатної кислоти дигідрат, динатрію едетат - H2L2-) 0,02 - 0,1 молярної концентрації, який утворює з катіонами ряду металів комплексні сполуки в співвідношенні 1:1, незалежно від валентності іона металу (схематично):
H2L2- +Ме2+ = [MeL]2- + 2H+
H2L2- + Me3+ = [MeL]- + 2H+
H2L2- + Me4+ = [MeL] + 2H+
Стійкість комплексів катіонів металів з трилоном Б значною мірою залежить від природи металу та рН середовища. Наприклад, Fe3+-іони з трилоном Б утворюють дуже стійкі комплекси і можуть бути визначені в кислому середовищі. Більшість катіонів у цих умовах утворюють менш стійкі комплексні сполуки, тому їх визначення проводять у присутності амоніачного буферного розчину (рН = 8...9), який зв'язує гідроген-іони, що утворюються внаслідок реакцій.
Для фіксування кінцевої точки титрування в комплексонометрії застосовують металохромні індикатори — органічні сполуки, які утворюють у водних розчинах із досліджуваними іонами забарвлені комплекси, менш міцні, ніж комплекс металу з трилоном Б:
Me2+ + H2Ind- = [MeІnd]- + 2H+
При досягненні точки еквівалентності відбувається руйнування комплексу металу з індикатором, і розчин набуває забарвлення вільного індикатору:
[MeІnd]- + H2L2- = [MeL]2- + H2Ind-
Фіксування моменту еквівалентності в комплексонометрії можна проводитиме не лише візуально, але й потенціометрично.
У комплексонометрії використовують різні способи титрування — пряме, зворотне, титрування замісника, окисно-відновне, непряме алкаліметричне титрування.
У методі прямого титрування досліджувані іони в присутності металохромного індикатору і буферного розчину титрують розчином трилону Б. Цим способом визначають твердість води, Cu2+ , Co2+-, Pb2+-, Ni2+-, Zn2+-, Fe3+-, Al3+-, Ba2+-, Cr3+-, Ca2+-, Mg2+-іони та інші (фактор еквівалентності feкв=1).
У разі зворотного титрування до досліджуваного іона додають точний надлишковий об'єм стандартного розчину трилону Б, буферний розчин, індикатор, нагрівають суміш до завершення реакції, охолоджують і надлишок комплексону відтитровують стандартним розчином магнію сульфату або цинку сульфату.
Забарвлення розчину в кінцевій точці титрування зумовлено утворенням комплексу металоіндикатору з Mg2+- або Zn2+-іонами:
Me2+ + H2L2- = [MeL]2- + 2H+
надлишок H2L2- + Mg2+ = [MeL]2- + 2H+
Метод титрування замісника ґрунтується на утворенні менш стійкого комплексу Mg2+-іонів з трилоном Б порівняно з іншими катіонами (Кнест = 2,7 · 10-9), тому можлива обмінна реакція з досліджуваним іоном:
Me2+ + [MgL]2- = [MeL]2- + Mg2+
Mg2+-іони, що виділились, відтитровують трилоном Б у присутності індикатору хромогену чорного.
Mg2+ + [H2L]2- = [MgL]2- + 2H+
Метод непрямого алкаліметричного титрування застосовують виходячи з того, що при взаємодії розчину трилону Б з катіоном виділяється еквівалентна кількість гїдроген-іонів, яку потім відтитровують лугом у присутності кислотно-основного індикатору (фактор еквівалентності feкв = 1/2):
Me2+ + [H2L]2- = [MeL]2- + 2H+
2H+ + 2OH- = 2H2O
Комплексонометричне визначення органічних сполук побудоване на кількісному виділенні досліджуваної речовини у вигляді сполук з цинк(ІІ)- або кадмій(ІІ)-катіонами. Потім Zn2+- і Cd2+-катіони, що не вступили в реакцію, відтитровують розчином трилону Б у присутності відповідних індикаторів або визначають їх вміст в осаді.
ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 5
ПРИКЛАДИ КОМПЛЕКСОНОМЕТРИЧНИХ ВИЗНАЧЕНЬ
Дослід № 1
ПРИГОТУВАННЯ РОЗЧИНУ 0,05 моль/дм3 ТРИЛОНУ Б
Мета роботи: навчитися готувати розчин трилону Б заданої концентрації.
Динатрієва сіль етилендіамін- N,N,N’,N’-тетраацетатної кислоти дигідрат, динатрію едетат (трилон Б), х. ч.
МЕТОДИКА ВИКОНАННЯ РОБОТИ
Розраховану наважку динатрієвої солі етилендіамін-Ν,Ν,Ν',Ν'-тетраацетатної кислоти дигідрату Na2H2C10H12O8N2 · 2H2O зважують на технічних терезах і розчиняють у воді в мірному стакані, доводять об'єм до 1 дм3, перемішують, фільтрують крізь паперовий фільтр у посуд для зберігання розчину.
Дослід № 2
СТАНДАРТИЗАЦІЯ РОЗЧИНУ 0,05 моль/дм3 ТРИЛОНУ Б ЗА ЦИНКОМ МЕТАЛІЧНИМ
Мета роботи: оволодіти навиками стандартизації робочого розчину трилону Б за цинком металічним.
РЕАКТИВИ
Цинк металічний;
кислота сульфатна, 2 моль/дм3 розчин;
амоніачний буферний розчин, рН = 9,5...10;
еріохром чорний T — індикаторна суміш; трилон Б, 0,05 моль/дм3 розчин.
МЕТОДИКА ВИКОНАННЯ РОБОТИ
Розраховану точну наважку цинку металічного розчиняють в 40 см3 16 %-ної сульфатної кислоти в мірній колбі і доводять об'єм розчину водою до мітки. У колбу для титрування відбирають мірною піпеткою аліквотну частину розчину цинку (II) сульфату, додають 5 см3 амоніачного буферного розчину, 0,1 г індикаторної суміші еріохрому чорного Т, 70 см3 води, перемішують до розчинення індикатору і титрують розчином трилона Б до переходу фіолетового забарвлення в яскраво-синє (без фіолетового відтінку).
Титрування повторюють до одержання відтворюваних результатів.
Розраховують молярну концентрацію речовини еквівалента трилону Б у розчині і поправковий коефіцієнт К.