Комплексонометрическое титрование

Комплексонометрическое титрование (или комплексонометрия) основано на образовании прочных комплексных соедине­ний хелатного типа ионов металлов со специальными органиче­скими реагентами группы аминополикарбоновых кислот — комплексонами. Среди комплексонов наибольшее практическое значение имеет этилендиаминтетрауксусная кислота (ЭДТУ, комплексон II, Трилон А), а также ее натриевая соль.

Внутрикомплексные (хелатные) соединения с ЭДТУ образуются за счет, с одной стороны, замещения ионами металла-комплесообразователя активных атомов водорода карбоксильных групп, а с другой — взаимодействия с атомами азота, в результа­те образования донорно-акцепторных связей. При взаимодействии с ионами металлов ЭДТУ образует комплексные соединения постоянного состава 1:1 независимо от заряда катиона, что является ценным свойством ЭДТУ как титранта.

Выделяющиеся при реакции ионы водорода сдвигают равнове­сие реакции образования комплекса влево, поэтому для полноты протекания реакции титрование проводят в буферных растворах при постоянном и подходящем значении рН.

Так, для титрования катионов, образующих малоустойчивые комплексы (ионы Са²⁺, Mg²⁺), требуется слабощелочная среда. Наоборот, титрование катионов, образующих более устойчивые комплексы (ионы Zn²⁺, Ni²⁺), можно успешно провести в умеренно кислой среде (рН = 4-5).

На практике обычно применяют не ЭДТУ, ввиду ее малой рас­творимости, а динатриевую соль этилендиаминтетрауксусной кислоты Na₂H₂Y (ЭДТА, комплексон III, Трилон Б). Дигидрат ЭДТА, относительно хорошо растворим в воде, его молярная масса 372,25 г/моль. Точную концентрацию трилона Б устанавливают по стандартным растворам солей цинка (П), меди(П) или магния. Растворы цинка и меди готовят растворением соответствующих металлов в кислотах.

Комплексы, образуемые ЭДТА с большинством катионов металлов, весьма устойчивы. Это обеспечивает практически полное связы­вание определяемого металла в комплекс при титровании. Боль­шой интерес вызывает их способность давать комплексы с ионами щелочноземельных металлов: магнием, кальцием, барием, которые, как известно, трудно или невозможно перевести в комплексные соединения, используя другие реагенты.

Способы титрования. Комплексонометрическое титрование можно проводить методом прямого, обратного и вытеснительного титрования.

Метод прямого титрования реализуют при определенном рН стандартным раствором ЭДТА. Конечную точку титрования устанавливают с помощью индикаторов.

Метод обратного титрования часто используют, если для ка­тиона металла невозможно подобрать индикатор. К анализируе­мому раствору прибавляют измеренный объем стандартного рас­твора ЭДТА, избыток которого оттитровывают стандартным рас­твором соли магния или цинка в присутствии металлоиндикатора, реагирующего с ионами магния или цинка.

Индикаторы комплексонометрии. Для титрования с помощью ЭДТА используют металлоиндикаторы. Металлоиндикаторы — это кра­сители, обладающие комплексообразующими и, как правило, кислот­но-основными свойствами. При этом необходимо, чтобы различные фор­мы красителя обладали разной ок­раской. Окраска комплекса MeInd отличается окраски свободного индикатора HInd. Вследствие этого в про­цессе титрования индикатор выделяется в свободном виде, что вызывает изменение окраски титруемого раствора, особенно за­метное в конечной точке титрования.

Примером такого индикатора служит эриохром черный Т -органическое соединение, способное в нейтральной или щелоч­ной среде (рН = 7... 11) образовывать комплексы с ионами метал­лов (Са²⁺, Mg²⁺, Zn²⁺, Mn²⁺, Al³⁺ и др.). Раствор несвязанного и комплекс индикатора окрашен в синий цвет, комплекс металл индикатор MeInd — в красный. При титровании раствором ЭДТА окраска раствора из красной превращается в синюю при завершении титрования.

Практическое применение. При помощи ЭДТА и аналогичных лигандов можно титриметрически определять около 30 элементов.Этот метод необходим для определения в живых организмах Са и Mg. В биологии и медицине комплексоны используют как стабилизаторы при хранении крови, т.к. они связывают ионы металлов, катализирующие реакции окисления. Так же многие лекарственные препараты в целях стабилизации содержат ЭДТУ. При профессиональных заболеваниях с помощью комплексонов из организма выводят ионы токсичных металлов.

Практически важным является совместное титриметрическое определение кальция и магния для характеристики общей жесткости воды, которая определяется наличием ионов кальция и магния. В норме она составляет5,6 ммоль/л.