Ćwiczenie 3

wiczenie 3
Kompleksometria
Kompleksometria jest działem analizy obj to ciowej (miareczkowej) opartej na reakcjach tworzenia trwałych, rozpuszczalnych i trudno dysocjuj cych zwi zków kompleksowych.
Kompleksometria jest najwi kszym działem kompleksometrii, a jej nazwa pochodzi od zwi zków zwanych kompleksonami. S to kwasy aminopolikarboksylowe, w których atom azotu poł czony jest z grupami karboksylowymi.
Spo ród tej grupy zwi zków najwi ksze znaczenie praktyczne ma kwas etylenodiaminotetraoctowy (oznaczany od
nazwy w j. angielskim EDTA – ethylenediaminetetraacetic acid). Jest to czteroprotonowy kwas, oznaczany skrótem
H4Y, nazywany równie kwasem wersenowym. Poniewa kwas ten jest trudno rozpuszczalny w wodzie, w analityce
stosuje si sól tego kwasu, Na2H2Y - wersenian disodowy, nazywany te kompleksonem III.
HOOC - H2C
CH2 - COOH
N - CH2 – CH2 - N
HOOC - H2C
CH2 - COOH
W oznaczeniach kompleksometrycznych roztworem mianowanym jest roztwór wersenianu disodowego (Na2H2Y).
W reakcjach z licznymi kationami metali (2-, 3- i 4-warto ciowymi) 1 mol Na2H2Y kompleksuje zawsze 1 mol kationu
metalu bez wzgl du na jego warto ciowo , a trwało powstaj cych zwi zków kompleksowych zale y od wartociowo ci metalu oraz od pH roztworu.
W roztworach wodnych sól ta dysocjuje zgodnie z równaniem:
Na2H2Y
2Na+ + H2Y2−
Natomiast jony H2Y2− reaguj z kationami metali zgodnie z równaniem:
Me2+ + H2Y2-
MeY2- + 2H+
lub
Me3+ + H2Y2-
MeY- + 2H+
Z reakcji tych wynika, e 1 mol kompleksonu reaguje zawsze z 1 molem metalu bez wzgl du na jego warto ciowo .
Punkt równowa nikowy miareczkowania wyznacza si najcz ciej za pomoc wska ników kompleksometrycznych.
W ród nich, podstawowe znaczenie maj tzw. metalowska niki, które w okre lonych warunkach miareczkowania
tworz z jonami metali barwne kompleksy.
Kompleks metal−wska nik, w warunkach miareczkowania, powinien by znacznie mniej trwały od kompleksu metal−wersenian disodowy. W punkcie równowa nikowym wska nik zostaje uwolniony z kompleksu metal−wska n i
nast puje zmiana barwy roztworu.
Do najcz
kalces.
wiczenie 3.
ciej stosowanych wska ników kompleksonometrycznych nale
: czer
erichromowa T, mureksyd oraz
14
Oznaczanie twardo ci całkowitej wody metod kompleksometryczn
Twardo ci wody nazywa si wła ciwo ci wody wynikaj ce z obecno ci w wodzie jonów wapnia i magnezu oraz
innych jonów metali wielowarto ciowych. Na twardo całkowit wody składa si twardo w glanowa (jony wapnia i
magnezu pochodz z rozpuszczalnych w wodzie wodorow glanów) oraz twardo niew glanowa (jony wapnia i
magnezu pochodz z innych rozpuszczalnych soli takich jak: siarczany(VI), azotany(V) oraz chlorki)
Twardo wody okre la si w stopniach twardo ci. Jako stopie twardo ci w Polsce przyj to niemiecki stopie twar3
0
do ci. Jeden niemiecki stopie twardo ci wody odpowiada zawarto ci 10mg CaO w 1dm wody (1 N = 10 mg
3
CaO/dm )
Twardo wód naturalnych rzadko przekracza 15-20 stopni. Na ogół twardo w glanowa jest wi ksza od twardo ci
niew glanowej, a zawarto soli wapnia wi ksza od zawarto ci soli magnezu. Za mi kkie uwa ane s wody o twar0
0
0
do ci do 8 N, za twarde – powy ej 18 N i za bardzo twarde – powy ej 30 N.
Wykonanie oznaczenia:
3
1. Do trzech przepłukanych wod destylowan kolb sto kowych odmierzy pipet po 40cm badanej wody
3
2. Do ka dej kolby sto kowej doda po około 2cm roztworu buforu amonowego (pH 10)
3. Do ka dej kolby doda „szczypt ” wska nika – czerni eriochromowej T
4. Biuret napełni do „zera” mianowanym roztworem wersenianu disodowego (EDTA) o st
eniu 0,01M
5. Przygotowane roztwory wymiesza i kolejno miareczkowa roztworem EDTA do zmiany zabarwienia roztworu z
winno − czerwonego na niebieski. W czasie miareczkowania roztwór w kolbie dokładnie miesza i nie miareczkowa
zbyt szybko, aby umo liwi przebieg kolejnych reakcji kompleksowania.
6. Zapisa obj to ci zu ytego (w ka dym z miareczkowa ) roztworu EDTA i obliczy
V1=............cm3,
V r=...........cm3
redni V
V2=............cm3,
r
V3=...............cm3
EDTA z oznaczanymi jonami metali (Ca2+, Mg2+) reaguje w stosunku molowym 1:1, aby wyrazi twardo wody w
niemieckich stopniach twardo ci ilo zu ytego EDTA przelicza si na równowa n mu ilo CaO (1 mol EDTA – 1
mol CaO )
1000cm3 EDTA 1M EDTA -- 56000mg CaO
V rcm3 EDTA 0,01M EDTA – x mg CaO
mg CaO w 1 dm3 badanej wody obliczy według wzoru:
Zawarto
x=
V r cm3 EDTA 0,01M EDTA 56000 mg
1000cm3 CaO 1M EDTA
ilo
gdzie: V
r
CaO
. 1000 cm3
40cm3
mg CaO w 1 dm3 badanej wody
mg CaO zawarta w 40 cm3 badanej wody
– u redniona warto
obj to ci EDTA odczytana z biurety z dokładno ci do 0,1cm3
7. Obliczy ile mg CaO zawiera 1dm3 badanej wody
X=
wiczenie 3.
15
8. Wyrazi całkowit twardo badanej wody w niemieckich stopniach twardo ci
o
Aby wyrazi twardo wody w niemieckich stopniach twardo ci N, nale y skorzysta z zale no ci:
1oN − 10 mg CaO/dm3
Twardo
analizowanej wody wynosi:
Przykłady oblicze z zakresu kompleksometrii i twardo ci wody
3
3
1. Na zmiareczkowanie 50 cm badanej wody zu yto 18,7 cm roztworu HCl o st
eniu 0,01 M. Obliczy twardo
w glanow wody w niemieckich stopniach twardo ci.
2. Woda wykazuje twardo
0
3
w glanow 15,6 N. Obliczy , ile cm roztworu HCl o st
eniu 0,05 M nale y u y pod-
3
czas oznaczania próbki wody o obj to ci 100 cm .
3
3. 500 cm badanej wody zawiera 32,6 mg CaCl2. Obliczy twardo
3
wody w niemieckich stopniach twardo ci.
3
4. Na zmiareczkowanie 50 cm wody zu yto 9,2 cm roztworu EDTA o st
eniu 0,01 M. Obliczy twardo
całkowit
wody w niemieckich stopniach twardo ci.
wody wynosi 16,30N. Obliczy , ile cm3 roztworu EDTA o st
5. Twardo
eniu 0,01 M nale y u y na zmiareczkowa-
3
nie 50 cm badanej wody.
2. Wykrywanie grup funkcyjnych w zwi zkach organicznych.
1. Wykrywanie grupy aldehydowej
Reakcja Tollensa - w reakcji tej wykorzystuje si wła ciwo ci redukcyjne aldehydów (Ag+→Ag0). Na podstawie tej
reakcji mo na rozró ni aldehydy i ketony (ketony daj negatywny wynik tej próby). Odczynnik Tollensa zawiera
amoniakalny roztwór azotanu(V) srebra (AgNO3 i NH3 ⋅ H2O). Dodatek amoniaku zapobiega wytr caniu si wodorotlenku srebra, poniewa w obecno ci NH3 tworzy si rozpuszczalny w wodzie zwi zek kompleksowy [Ag(NH3)2]OH –
wodorotlenek diaminasrebra(I).
Do czystej probówki wla około 1cm3 roztworu AgNO3 i dodawa niewielkimi porcjami 2M roztwór amoniaku
(NH3⋅H2O) a wytr caj cy si osad wodorotlenku srebra AgOH ulegnie rozpuszczeniu. Do otrzymanego roztworu
doda około 1cm3 badanego aldehydu. Probówk ogrzewa w ła ni wodnej (zlewka z wod ). Po kilku minutach na
ciankach probówki osadza si błyszcz ca warstwa metalicznego srebra Ag0 (tzw. lustro srebrowe).
Zanotowa obserwacje oraz napisa równanie reakcji otrzymywania wodorotlenku diaminasrebra(I) oraz równanie
reakcji badanego aldehydu z wodorotlenkiem diaminasrebra(I).
3. Badanie wła ciwo ci fizykochemicznych tłuszczów, w glowodanów, aminokwasów oraz białek
W glowodany
Reakcja charakterystyczna skrobi z jodem.
Do ochłodzonego do temperatury pokojowej rozcie czonego roztworu skrobi doda kilka kropel roztworu jodu. Zanotowa obserwacje.
wiczenie 3.
16
Aminokwasy
2. Tworzenie kompleksów -aminokwasów z jonami metali
Jony metali dwuwarto ciowych tworz z -aminokwasami zwi zki kompleksowe. Dotyczy to głównie jonu miedzi(II),
który reaguj c z dwiema cz steczkami aminokwasu daje barwny, chelatowy zwi zek kompleksowy (jon miedzi(II)
ł czy si wi zaniami jonowymi z grupami karboksylowymi oraz wi zaniami koordynacyjnymi z atomami azotu grup aminowych dwu cz steczek aminokwasu).
Wykonanie:
Do probówki wsypa niewielk ilo
-aminokwasu (np. glicyny) i rozpu ci w około 2cm3 wody destylowanej. Nast pnie doda kilka kropli roztworu siarczanu(VI) miedzi(II). Otrzymuje si ciemnoniebieskie zabarwienie.
Białka
1. Reakcja barwna wi za peptydowych (reakcja biuretowa Piotrowskiego)
Reakcja biuretowa jest charakterystyczna dla zwi zków z co najmniej dwoma wi zaniami peptydowymi (peptydy
zbudowane co najmniej z trzech aminokwasów). Reakcji tej ulega równie substancja niebiałkowa jak jest dimocznik (biuret). Reakcja polega na tworzeniu barwnego kompleksu z jonami miedzi(II) w rodowisku zasadowym. W
rodowisku tym zachodzi mianowicie tautomeryzacja ugrupowania przy wi zaniu peptydowym, z utworzeniem formy
enolowej, w której grupa hydroksylowa zdolna jest do dysocjacji. Z s siaduj cymi zatem ze sob wi zaniami tego
typu jon miedzi(II) tworzy dwa wi zania jonowe (z grupami enolowymi) oraz cztery wi zania koordynacyjne (z atomami azotu).
St enie powstaj cego kompleksu barwnego jest proporcjonalne do liczby wi za peptydowych zawartych w badanym roztworze. Reakcj t mo na stosowa do post pu hydrolizy białek, białka daj zabarwienie niebieskofioletowe,
produkty hydrolizy od fioletowego do ró owego.
Wykonanie:
Do probówki wla około 2cm3 roztworu białka oraz tak sam obj to rozcie czonego roztworu NaOH i wymiesza .
Nast pnie doda kilka kropli rozcie czonego roztworu siarczanu(VI) miedzi(II) do uzyskania fioletowego zabarwienia.
2. Wysalanie białek
Cz steczki białkowe mog traci cz
wody hydratacyjnej i wydziela si z roztworu. Ma to miejsce przy okre lonych st eniach soli oboj tnych w roztworze lub przy okre lonym pH roztworu, zwanym punktem izoelektrycznym. W
tych przypadkach jest to proces odwracalny. Przy ponownym uwodnieniu białka przechodz z powrotem do roztworu.
Wydzielanie białek z roztworów za pomoc wysokich st e soli oboj tnych metali alkalicznych (K, Na, Li) i siarczanem(VI) amonu nosi nazw wysalania.
Wykonanie:
Do probówki wla około 2cm3 roztworu białka i doda około 2cm3 nasyconego roztworu (NH4)2SO4. Nast pnie doda
około 10cm3 wody destylowanej i wymiesza . Zanotowa obserwacje.
wiczenie 3.
17
3. Wytr canie białek z roztworu (denaturacja)
Pod wpływem pewnych zwi zków (np. sole metali ci kich, rozpuszczalniki organiczne: etanol, aceton) lub w podwy szonej temperaturze nast puje rozerwanie wi za wodorowych i rozwini cie ła cuchów peptydowych. Białko
traci wtedy swoist struktur , proces ten jest nieodwracalny i nosi nazw denaturacji białka. Najwra liwsza na działanie wymienionych czynników jest struktura IV i III-rz dowa. Najbardziej trwała jest struktura I-rz dowa, która mo e
by rozbita dzi ki hydrolizie wi za peptydowych.
Wykonanie:
Do trzech probówek wla po około 2cm3 roztworu białka. Nast pnie dodawa do probówek po kilka kropli odpowiednio:
1) 5% roztworu Pb(NO3)2 lub (CH3COO)2Pb
2) st
onego roztworu H2SO4
3) aldehydu mrówkowego (formaliny)
wiczenie 3.
18