一、EDTA配合沆定的基本原理
(一)EDTA配合滴定的基本原理
EDTA(用H4Y表示)是一个多元酸,在溶液中以H4Y,H3Y-,HY3-,Y4-等形式存在。其中Y4-能与多种金属离子直接配合生成稳定的配合物,配合比为1:1。
金属离子与EDTA形成的配合物的稳定性常用稳定常数的对数表示。EDTA与金属离子形成配合物的反应如下(为简单起见略去电荷):
(7-6)
可见溶液的酸度越高,[Y4-]越低,越不利于配合滴定的进行;溶液的酸度越低[Y4-]越高,配合滴定进行得越完全。EDTA溶液中除了Y4-外,还存在其他形式。设EDTA总浓度为[Y]总,则
[Y]总=[H4Y]+[HY-]+[HY2-]+[HY3-]+[Y4-](7-8)
[Y]总与[Y4-]之间存在着一定的比例关系。
[Y]总=αH·[Y-4]
αH=[Y]总/[Y4-]
比例系数aH叫做酸效应系数,它是随酸度的增大而增大,aH可以从EDTA的各级电离常数和溶液中[H+]计算出来。
将式(7-9)代入式(7-6)可得
或lgKs'≥8 (7-11)
可见MY配合物的 Ks'必须等于或大于1.0×108,才能满足滴定误差小于0.1%的要求
由式(7-10)可得
lgαH≤lgKs-8 (7-12)
利用上式,再根据7-3可以求得滴定各种多金属离子所允许的最低PH值。
7-3 不同PH时EDTA的lgaH
pH | lgaH | pH | lgaH | pH | lgaH |
0 | 21.18 | 4 | 8.44 | 8 | 2.26 |
1 | 17.20 | 5 | 6.45 | 9 | 1.28 |
2 | 13.52 | 6 | 4.65 | 10 | 0.45 |
3 | 10.60 | 7 | 3.32 | 11 | 0.07 |
在滴定过程中也应控制一定的酸度,因为EDTA在滴定中不断有H+释放出来,使溶液的PH值降低。例如用EDTA二钠溶液滴定Ca2+时,其反应式如下:
Z代表其他配合剂,n为Z的系数。由于其他配合剂的存在,降低了金属离子的浓度,使平衡向左移动。配合滴定中常常利用这个原理消除干扰离子。例如,用EDTA滴定Mg2+和Cd2+、Zn2+混合液中的Mg2+时,可在滴定前向混合液中加入KCN,使Cd2+和Zn2+与CN-形成稳定的[Zn(CN)4]2-和[Cd(CN)4]2-(Mg2+不与CN-配合),从而消除了Cd2+和Zn2+对滴定的干扰。这种消除干扰的作用叫掩蔽作用,起掩蔽作用的配合剂叫掩蔽剂。
(二)金属指示剂
配合滴定中指示终点的方法很多,其中最重要、应用最多的是金属指示剂。它常常是一种配合剂,能与金属离子形成可溶于水的有色配合物。
在PH<6或PH>12时,游离的指示剂与形成金属离子配合物的颜色没有明显的区别,在PH=7~11的溶液里指示剂显蓝色,而与金属离子生成的配合物为红色,颜色有极明显的差别。所以用铬黑T作指示剂时,PH值应控制在7~11的范围内,最适宜的PH值为9~10.5。例如,用EDTA滴定Mg2+时,先在被测溶液中加入NH+4-NH3·H2O缓冲溶液,将PH值控制在10左右,然后加铬黑T作指示剂数滴,用0.02mol·L-1EDTA标准溶液滴定。
在滴定过程中,颜色的变化为:红色→紫色→蓝色。当溶液的颜色由红色转变成紫色时,说明滴定已接近终点,再稍许滴定几滴即达到终点。