Применение комплексных соединений в аналитической химии

Другая особенность всех рассмотренных  реакций заключается в том, что  они в условиях организма обычно являются электрофильно-нуклеофильными.

В кислотно-основных реакциях кислота  как донор Н⁺ выступает электрофилом, а основание - нуклеофилом.

В реакциях комплексообразования комплексообразователь  как акцептор электронных пар  является электрофилом, а лиганды -нуклеофилами.

В окислительно-восстановительных  реакциях окислитель - акцептор электронов - выступает электрофилом, а восстановитель -нуклеофилом. Особенность окислительно-восстановительных реакций заключается в том, что они могут протекать и по свободно-радикальному механизму. В этом случае реагирующая частица с неспаренным электроном - свободный радикал - может быть и акцептором и донором электрона в зависимости от свойств партнера, с которым она взаимодействует. Сравнивая степени окисления атомов в исходных и конечных веществах (а не в радикалах), можно и в этом случае четко определить, что окислитель, а что восстановитель.

 

Комплексонометрическое титрование — комплексонометрия

Основы метода. Комплексонометрия основана на образовании внутрикомплексных соединений ионов металлов со специальными органическими реагентами группы аминополикарбоновых кислот — комплексонами. В настоящее время разработано много комплексонов. В практике химического и фармацевтического анализа наиболее часто применяют комплексен III (торгов звание трилон Б) —-. кислую двунатриевую соль этилендиаминтетрауксусной кислоты (ЭДТА). Для простоты в уравнениях реакций формулу ЭДТА изображаютNa₂Н₂Т. При взаимодействии с металлами ЭДТА образует внутрикомплексные соединения постоянного состава 1:1, имеющие строение:

НООССН₂                                                  СН₂СООН

N— СН₂ — СН ₂—N

НООССН₂                                                 СН₂СОOH

Выделяющиеся при реакции ионы водорода сдвигают равновесие реакции  образования комплекса влево, поэтому  для полноты протекания реакции  титрование проводят в буферной смеси  при постоянной кислотности раствора (рH). Комплексы большинства ионов металлов с ЭДТА образуются легко, растворимы в воде и обладают достаточной прочностью. Константы их устойчивости р, как правило, больше 1*1О⁸, что обеспечивает высокую точность определения (99,99% или 1*1О^-4).

Металлохромные индикаторы. Образуют с металл-ионами окрашенные комплексные соединения, обладающие небольшой константой устойчивости. Причем цвет комплекса отличается от цвета свободной формы индикатора. Наиболее часто применяют индикаторы кислотный хромовый черный специальный (эриохром черный Т), кислотный хромовый темно-синий, мурексид, реже пирокатехиновый фиолетовый, ксиленоловый оранжевый:

  ONH ₂                    O

N –C                              C – NH

O = C                   C – N = C                     C =O

N – C                            C – NH

  ONH ₂                   O   Мурексид

Для простоты формулы индикаторов  изображают в реакциях Ind^2-.

Кислотный хромовый черный специальный (эриохром черный Т). Органический азокраситель, способный в нейтральной или щелочной среде (рН 7—11) образовывать комплексные соединения с ионами металлов (Сu²⁺, Мg²⁺, Zn²⁺, Мn²⁺ А1³⁺ и др.). Индикатор окрашен в синий цвет, комплексные соединения индикатора —в красный. При добавлении индикатора к анализируемому раствору соли металла образуется комплекс [МInd], и раствор окрашивается в красный цвет. При титровании раствором ЭДТА в точке эквивалентности появляется избыток ЭДТА, разрушающий [МInd]. Окраска раствора в точке эквивалентности из красной превращается в синюю:

MInd + H₂T^2-  è  MT^2- + H₂Ind

 Красный     синий

 β₁     β₂    β₂ >β₁

Мурексид. В нейтральной среде  окрашен в красно-фиолетовый цвет, в слабощелочной — в фиолетовый; образует с металл-ионами желтые (Ni²⁺), желто-оранжевые (Сu²⁺) или красные (Са²⁺) комплексы.

Растворы индикаторов нестойки, готовят их в концентрации 0,1—0,5% в день употребления или применяют  сухими в виде смеси с NаС1 (1:200—1:500). На титрование берут ≈0,3 г смеси, добавляют к титруемому раствору и перемешивают до растворения порошка. ,

Титранты. Применяют 0,01 М, 0,05 М, 0,1 М растворы ЭДТА, 0,1 и 0,01 н. растворы магний сульфата и 0,1; 0,01 н. растворы цинк сульфата. Раствор ЭДТА готовят, исходя из точной навески х. ч. «Трилона Б» на дистиллированной воде, свободной от примесей Са²⁺ и Мg²⁺-ионов. Перед приготовлением растворов ЭДТА. устанавливают пригодность воды для этой цели, добавляя 0,1 г. смеси индикатора кислотного хромового черного специального с НаС1 (1 :500) и аммиачный буферный раствор. Окраска раствора должна быть фиолетовой, переходить в синюю при добавлении 1—2 кап.. 0,05 М раствора ЭДТА и переходить обратно в фиолетовую при добавлении 1—2 капель 0,1 н. ZnSO₄.: Если вода не выдерживает пробу, ее очищают пропускание через колонку с катионитом КУ-2.

Титр раствора ЭДТА устанавливают либо по в чине навески х. ч. «Трилона Б», из которого готовился раствор, Либо по стандартам - металлическому Цинку или кальций карбонату, точные навески которых растворяют в разведенной Н₂SО₄ и доводят раствор водой до 1000 см³. Часть раствора стандарта (20-25 см³) титруют раствором ЭДТА в присутствии кислотного хромового черного специального и рассчитывают титр. Растворы ЭДТА устойчивы в течение 3 мес.

Раствор ZnSO₄ готовят, исходя из точной навески металлического цинка, либо из цинк сульфата. В последнем случае титр раствора устанавливают по раствору ЭДТА. Растворы магний сульфата готовят из фиксанала соли или из кристаллического магний сульфата, в последнем случае титр раствора устанавливают по раствору ЭДТА.

Применение комплексонометрии. Титрование растворами ЗДТА проводят в присутствии буферных растворов (чаще всего аммиачного), с помощью которых поддерживают в процессе титрования необходимый рН (щелочная среда). В фармацевтическом анализе метод применяют для количественного определения солей кальция (хлорида, глюконата, лактата), препаратов цинка (оксида и сульфата), магний сульфата и висмута субнитрата. При анализе солей кальция применяют индикатор кислотный хромовый темно-синий, солей цинка и магния —: эриохром черный Т, солей висмута - смесь пирокатехинового фиолетового и ксиленолового оранжевого. Комплексонометрическое титрование нашло также широкое применение при анализе металлов, сплавов, определении жесткости воды.

Если для соли металла неизвестен индикатор, применяют обратное титрование - к раствору соли металла добавляют избыток 0,05 М раствора ЭДТА, 0,1 г индикаторной смеси и титруют 0,1 н. раствором MgSO₄ или ZnSО₄ до перехода окраски раствора из синей в красную.

 

2. Практическая  часть

2.1. Методика  комплексонометрического титрования

Я решила использовать комплексонометрическое титрование для определения концентрации хлорида кальция в лекарственном средстве, купленном в аптеке. На этикетке было указано, что ампула содержит 10-ти % раствор хлорида кальция. В ампуле объем составляет10 мл (10 см³). Мне этот метод анализа понравился своей сложностью.

Проверка пригодности дистиллированной воды.

К 100 см³ воды добавляют 5 см³ аммиачного буферного раствора и 4—5 капель 0,1% раствора индикатора кислотного хромового черного специального. Окраска раствора становится фиолетовой и переходит в синюю при добавлении 1—2 капель 0,05 М раствора ЭДТА. Если затем к раствору добавить 1—2 капли 0,1 н. раствора цинк сульфата, синяя окраска снова переходит в фиолетовую. Если вода пробу не выдерживает, ее пропускают через колонку с предварительно промытым катионитом КУ-2 со скоростью 1 капля в секунду.

Приготовление 0,05 М (0,1 н.) раствора ЭДТА. 3,723 г «Трилона Б» растворяют в 50 см³ воды в мерной колбе на 200 см³. Затем доводят раствор водой до метки. Для приготовления раствора используют воду, не содержащую ионов Са²⁺ и Мg²⁺.

Стандартизация 0,05 М раствора ЭДТА.

Около 0,3268 г металлического цинка (точная навеска) растворяют в 5 см³ разведенной серной кислоты в мерной колбе вместимостью 100 см³ и доводят раствор до метки водой. Рассчитывают Т, N. К раствора. Э_Zn= 32,685. Отмеривают 25 см³ раствора цинка в колбу для титрования, добавляют 5 см³ аммиачного буферного раствора, 5 капель раствора кислотного хромового черного специального, 70 см³ воды, титруют раствором ЭДТА до перехода фиолетовой окраски раствора в ярко-синюю. Рассчитывают Т, N. К раствора ЭДТА. Э_эдта = 186,12. Аммиачный буферный раствор приготовляют, сливая 10 см³ 1 н. раствора NH₄Сl и 50 см³ 1 н. раствора NH₃. Раствор индикатора эриохрома Т готовят, растворяя 0,5 г индикатора в 10 см³ аммиачного; буферного раствора, к раствору добавляют 90 см³ 96% этилового спирта.

Определение содержания кальций хлорида  в растворе.

10 см³ раствора СаСl₂ разводят в мерной колбе водой до 100 см³. К 10 см³ полученного раствора добавляют 15 см³ воды, 5 см³ аммиачного буферного раствора, 7 капель раствора индикатора кислотного хромового темно-синего и титруют 0,05 М раствором ЭДТА до перехода красной окраски в сине-фиолетовую. T_{эдта CaСl2}= 0,01095 г/см³. Раствор индикатора кислотного хромового темно-синего готовят, растворяя 0,5 г индикатора в 10 см³ аммиачной буферной смеси, раствор доводят до 100 см³ спиртом.

2.2. Результаты  исследования

В ампуле концентрация хлорида кальция соответствует  указанному на этикетке. Хлорид кальция необходим для осуществления процессов передачи нервных импульсов, сокращения скелетных мышц и мышцы сердца, для формирования костной ткани, свертывания крови и нормальной деятельности других органов и систем.

 

Заключение

Комплексные соединения действительно имеют самое разнообразное применение. Ни один физиологический процесс не происходит без их  участия. Комплексы  находят самое широкое применение в качественном и количественном анализах веществ. В практике химического и фармацевтического анализа наиболее часто применяют комплексен III (торгов звание трилон Б) - кислую двунатриевую соль этилендиаминтетрауксусной кислоты (ЭДТА). Для простоты в уравнениях реакций формулу ЭДТА изображаютNa₂Н₂Т.

Для широкого применения комплексных  соединений очень важно знать особенности химической связи во внутренней сфере комплексных соединений; условия образования, разрушения и трансформации комплексных соединений; особенности строения и функции в организме миоглобина, гемоглобина, метгемоглобина, цитохромов, ионофоров; иметь представление о следующих понятиях и величинах: комплексообразователь, лиганд, координационное число, дентатность лиганда, внутренняя и внешняя сферы комплексного соединения, хелатные и полиядерные комплексные соединения.

Теория комплексных соединений очень интересна своей особенностью и сложностью.

 

 

Список использованной литературы

1. Гликина Ф.Б., Ключников Н.Г. Химия комплексных соединений: Учеб. Пособие для студентов пед. ин-тов. – 3-е изд. – М.: Просвещение, 1986.—160с.
2. Лидин Р.А. Задачи по общей и неорганической химии: учеб. Пособие для студентов высш. учеб. заведений/ Р.А. Лидин, В.А. Молочко, Л.Л.Андреева; под ред. Р.А. Лидина. – М.: Гуманитар. изд. центр ВЛАДОС, 2004. – 383с.
3. Пономарев В.Д. Аналитическая химия. – М.: Медицина, 1982, 302с., ил.
4. Слесарев В. И. Основы химии живого: Учебник для вузов.- 2-е изд., испр. и доп.- СПб: Химиздат, 2001.-784 с.: ил. 
5. Соколовская Е.М. Общая химия. Под ред. Е.М. Соколовской, Г.Д. Вовченко, Л.С. Гузея. М., Изд-во Моск. ун-та, 1980г. 726с., с ил.