EDTA与螯合剂

第三节螯合物 一 螯合物和螯合剂的概念 螯合物 由中心原子与多齿配体形成的环状配合物螯合剂 能与中心原子形成螯和物螯合效应 这种由于螯和物的生成而使配合物的稳定性大大增加的作用配合物中形成的鏊合环数目越多其稳定性越强 形成的螯合环以五元环和六元环最稳定 常见的螯合剂大多是有机化合物 特别是具有氨基N和羧基O的一类氨羧螯合剂使用得更广 二 氨羧螯合剂及氨羧螯合滴定 一 氨羧螯合剂的结构和特点氨羧螯合剂中最重要同时应用最广的是乙二氨四乙酸 EDTA 及其二钠盐 EDTA 2Na 统称为EDTA 结构如下 EDTA在水中溶解度小 故配制标准溶液时 常用它的二钠盐 EDTA的分子或离子中含有2个氨基氮和4个羧基氧可与金属离子配合 生成具有5个五元环的稳定性很高的螯合物 如下图 CaY2 的结构 EDTA与金属离子的配合有以下特点 1 螯合能力强除碱金属以外 能与几乎所有的金属离子形成稳定的螯合物 2 与金属离子形成的螯合物大多带有电荷 因此易溶于水 3 简单的螯合比不论几价的金属离子 它们与EDTA总是1 1螯合 例如 M2 H2Y2 MY2 2H M3 H2Y2 MY 2H M4 H2Y2 MY 2H 4 由于EDTA与金属离子螯合可形成5个五元环 故生成的螯合物十分稳定 常见金属离子的EDTA螯合物的lgKs见表5 2 表5 2EDTA与部分金属离子螯合物的稳定常数对数值 溶液中螯合物的稳定性除决定于螯合物稳定常数的大小外 还与溶液的pH值有关 不同的金属离子与EDTA生成的螯合物的稳定性不同 滴定时所需溶液的pH值也不同 因此 在两种以上金属离子的混合溶液中 常可以通过调节溶液的pH值 用EDTA进行选择滴定 例如 在Mg2 离子和Zn2 离子的混合溶液中 调节溶液的pH 6 8 这时EDTA仍可与Zn2 离子完全螯合 而与Mg2 离子则完全不螯合 即Mg2 离子的存在不会干扰EDTA对Zn2 离子的螯合滴定 由于滴定时不断有离子的生成 为了保持合适的pH值 使反应进行完全 滴定前必须加入合适的缓冲溶液控制溶液的pH值 二 EDTA螯合滴定的基本原理EDTA螯合滴定就是基于EDTA与金属离子螯合反应的一种重要的滴定分析方法 常用于测定溶液中金属离子的含量 EDTA螯合滴定的原理和基本过程 滴定时使用的指示剂叫做金属指示剂 它们是一类能与金属离子形成有色配合物的水溶性有机染料 作为金属指示剂必须具备以下条件 1 与金属离子形成的配合物的颜色与其本身 即未配合时 的颜色有明显不同 2 与金属离子形成的有色配合物具有足够的稳定性 3 与金属离子形成配合物的稳定性必须小于EDTA与金属离子形成螯合物的稳定性 常用的指示剂有铬黑T 钙指示剂 二甲酚橙 PAN等 现以铬黑T为例 说明金属指示剂的变色原理 铬黑T为弱酸性偶氮染料 能随溶液pH值变化而显示不同的颜色 如用符号NaH2ln表示铬黑T 在溶液中有下列平衡 铬黑T能与许多金属离子如Ca2 Mg2 Zn2 Cd2 等形成红色的配合物 在pH为7 11时 铬黑T显兰色 与形成配合物的红色有明显区别 则终点时颜色变化明显 因此 用铬黑T作指示剂时最适宜的pH值为9 10 5 一般用NH3 NH4Cl缓冲溶液控制溶液pH值在10左右进行滴定 对于含有两种或两种以上金属离子的混合溶液 可以通过调节溶液的pH值 选择性地滴定其中某一离子 例如 在Mg2 离子和Zn2 离子的混合溶液中 可首先调节溶液pH 6 8 用铬黑T作指示剂 用EDTA滴定Zn2 离子 此时Mg2 离子不干扰 然后再调节溶液pH 10 用EDTA滴定Mg2 离子 可加入某种掩蔽剂 此试剂能与干扰离子结合成更稳定的配合物 而对被测离子无影响 把干扰离子掩蔽起来 再滴定被测离子 例如EDTA滴定Ca2 Mg2 时 少量Fe3 Al3 有干扰 可加入三乙醇胺消除干扰 三 EDTA螯合滴定示例 水的总硬度测定水的总硬度是指水中Ca2 Mg2 的总硬度 以为mmol L 1单位 测定水的总硬度时加NH3 NH4Cl缓冲溶液调节pH 10 以铬黑T为指示剂 用EDTA标准溶液滴定 溶液中有关配合物的稳定性有如下顺序 CaY2 MgY2 MgIn CaIn 反应式如下 加指示剂时 Mg2 HIn2 MgIn H 蓝紫红滴定终点前 Ca2 H2Y2 CaY2 2H Mg2 H2Y2 MgY2 2H 滴定终点时 MgIn H2