ĆWICZENIE 7 WSPÓŁOZNACZANIE WAPNIA I MAGNEZU I OBLICZANIE TWARDOŚCI WODY. DZIAŁ: Kompleksometria

Transkrypt

1 ĆWICZENIE 7 WSPÓŁOZNACZANIE WAPNIA I MAGNEZU I OBLICZANIE TWARDOŚCI WODY DZIAŁ: Kompleksometria ZAGADNIENIA Stała trwałości i nietrwałości kompleksów. Rodzaje kompleksów i przykłady EDTA Wskaźniki w kompleksometrii Twardość wody, rodzaje twardości wody, sposoby wyrażania twardości wody, usuwanie twardości wody, oznaczanie twardosci wody. Oznaczanie wapnia i magnezu za pomocą miareczkowania kompleksometrycznego LITERATURA [1] A. Cygański, Chemiczne metody analizy ilościowej, WNT W-wa1999. [2] J. Minczewski, Z. Marczenko, Chemia analityczna 2 Chemiczne metody analizy ilościowej, Wyd. Naukowe PWN W-wa I. WSTĘP I CEL ĆWICZENIA Metoda polega na przeprowadzeniu dwóch miareczkowań próbki wody mianowanym roztworem EDTA wobec dwóch wskaźników. 1) Czerń eriochromowa T (czerń kwasu chromowego ET) jest to sol sodowa 1(1- hydroksy-2-naftylazo)-6-nitro-2-naftolo-4-sulfonowego, w skrócie H 2 F -. Czerń eriochromowa zachowuje się jak wskaźnik alkacymetryczny, mający dwa przejścia barwne odpowiadające dwustopniowej dysocjacji protonów z grup hydroksylowych. ph 6,3 ph 11,5 H 2 F - HF 2- F 3- rozowy niebieski pomaranczowy Oznaczanie wykonuje się najczęściej w roztworach o ph 10, przy którym następuje wyraźna zmiana barwy. Czerń eriochromowa tworzy z niektórymi kationami kompleksy o barwie czerwonej (Mg 2+, Zn 2+, Cd 2+, Al 3+ ) Ćwiczenia laboratoryjne z chemii analitycznej i instrumentalnej; oprac.; prowadzący: dr Agnieszka Matłoka Strona 1

2 2) Mureksyd to sol amonowa kwasu purpurowego w skrócie H 4 Ind - ; Ind-anion mureksydu ph 9 ph 11 H 4 Ind - H 3 Ind 2- H 2 Ind 3- fioletowy Reakcje zachodzące podczas oznaczania magnezu: a) reakcja ze wskaźnikiem Mg 2+ + HF 2- MgF - + H + b) reakcja podczas miareczkowania EDTA niebieski winnoczerwony MgF - + H 2 Y 2- + HF 2- winnoczerwony MgY bezbarwny niebieski H Podczas oznaczania wapnia zachodza reakcje: c) a) reakcja ze wskaźnikiem Ca 2+ + H 2 Ind 3- CaH 2 Ind - czerwony d) reakcja podczas miareczkowania EDTA CaH 2 Ind - + H 2 Y OH - czerwony Dany kation np. Ca 2+ CaY 2+ + H 2 Ind H 2 O czerwonofioletowy niebieskofioletowy niebieskofioletowy nie tworzy tylko jednego kompleksu ze wskaźnikiem, lecz istnieją w równowadze trzy różniące się zabarwieniem kompleksy: Ćwiczenia laboratoryjne z chemii analitycznej i instrumentalnej; oprac.; prowadzący: dr Agnieszka Matłoka Strona 2

3 CaH 4 Ind + czerwonopomaranczowy zoltopomaranczowy CaH 3 Ind CaH 2 Ind - czerwony Równowaga ta zależy od ph i jest przesunięta w jedna lub druga stronę. Miareczkowanie podstawione polega na miareczkowaniu kationu wypartego z kompleksu. Wiele kationów tworzy z EDTA kompleksy bardziej trwale niż kompleksy magnezu. Jeżeli do roztworu takiego doda się wesnianu magnezu to zachodzi reakcja wypierania: M 2+ + MgY 2- MY 2- + Mg 2+ Uwolniony Mg 2+ w ilości równoważnej do oznaczanego kationu M 2+ miareczkuje się bezpośrednio mianowanym roztworem EDTA, a interesujący nas kation zostaje oznaczony pośrednio. Metodę te stosuje się przede wszystkim do oznaczania jonów Ca 2+ wobec czerni eriochromowej T. Wapń tworzy z czernią kompleks zbyt mało trwały, aby można było miareczkować go bezpośrednio wobec tego wskaźnika. Pierwsze miareczkowanie przeprowadza się w środowisku buforu amoniakalnego /ph=10/ wobec czerni eriochromowej T jako wskaźnika. Objętość titranta odpowiada sumie zawartości jonów wapnia i magnezu. Wobec czerni eriochromowej T jako wskaźnika oznaczamy sumę Ca 2+ i Mg 2+ zużyliśmy V 1. ml EDTA, obserwujemy zmianę zabarwienia roztworu z różowofiołkowej na niebieską. Drugie miareczkowanie przeprowadza się w środowisku zasadowym /ph=12-13/ wobec mureksydu, oznaczamy jony wapnia i obserwujemy zmianę zabarwienia roztworu z różowej na fiołkową. Objętość użytego titranta V 2 zależy od ilości wapnia. Ilość magnezu obecnego w próbce oblicza się z różnicy między tymi objętościami. Objętość EDTA jaka zużyto na zmiareczkowanie magnezu to: V = V 1 V 2 WZÓR STRUKTURALNY EDTA kwas etylenodiaminotetraoctowy, kwas wersenowy Ćwiczenia laboratoryjne z chemii analitycznej i instrumentalnej; oprac.; prowadzący: dr Agnieszka Matłoka Strona 3

4 HOOCH 2 C CH 2 COOH N- CH 2 - CH 2 - N HOOCH 2 C CH 2 COOH Twardością wody nazywa się właściwość wody wynikająca z obecności w wodzie jonów wapnia i magnezu oraz innych jonów metali wielowartościowych (np. niezdolność wody do wytwarzania piany, mimo dodania do niej określonych ilości mydła). Twardość wody określa się w stopniach twardości. Twardość wody podaje się w milimolach jonów wapnia i magnezu w 1 dm 3 wody lub w stopniach twardości (niemieckich, francuskich, angielskich). 1 mmol jest równy 5,61 o n lub 10 o F 1 stopień niemiecki (1 o n) = 10 mg CaO (lub 7,19 mg MgO) w 1 dm 3 wody, 1 stopień francuski (1 o F) = 10 mg CaCO3w 1 dm 3 wody, 1 mmol = 40,08 mg Ca 2+ (lub 24,32 mg Mg 2+ ) w 1 dm 3 wody, 1ºn = 0,356 mval/dm 3. W Polsce w najszerszym użyciu są tzw. niemieckie stopnie twardości wody. Jeden niemiecki stopień twardości wody odpowiada zawartości 10 mg CaO lub równoważnej ilości, tj. 7,19 mg MgO, w 1 litrze wody. Ćwiczenia laboratoryjne z chemii analitycznej i instrumentalnej; oprac.; prowadzący: dr Agnieszka Matłoka Strona 4

5 Oznaczanie twardości całkowitej w stopniach niemieckich Twardość całkowitą wody w stopniach niemieckich obliczamy wg wzoru: o N = ( V 1 c 56,08/10 ) 10 gdzie: V 1 - objętość (ml) roztworu EDTA wobec czerni eriochromowej w buforze amaonowym c miano roztworu EDTA wyrażone w molach, 56,08mg ( mmol CaO), 56,08/10 ponieważ 1 o N odpow. 10 mg CaO. Całość mnożymy przez 10 aby wynik odnosił się do całej próbki 100 ml analizowanej wody. Do oznaczania twardości stosuje się najczęściej metody: obliczeniową (w oparciu o wyniki oznaczeń zawartości wapnia i magnezu w wodzie), wersenianową. Tabela 1. Kryterium twardości wody Stopnie twardości Mg CaCO 3 /dm 3 Skala twardości wody Bardzo miękka Miękka Średniej twardości Znacznej twardości Twarda Powyżej 30 Powyżej 450 Bardzo twarda II. SPRZĘT I ODCZYNNIKI: - bufor amoniakalny ph 10 - pipeta poj. 10 ml - 1M NaOH - 0,01M EDTA - pipeta poj. 10 ml jednomiarowa - czerń eriochromowa T - pipeta poj. 5ml wielomiarowa - mureksyd Ćwiczenia laboratoryjne z chemii analitycznej i instrumentalnej; oprac.; prowadzący: dr Agnieszka Matłoka Strona 5

6 - kolbka miarowa poj. 100 ml - biureta poj.50ml ze statywem - lejek - tryskawka - łopatka metalowa III. METODYKA: Otrzymany w kolbce miarowej roztwór dopełnić wodą destylowaną do kreski. Pobrać pipetą 10 ml badanego roztworu, dodać 5 ml buforu amonowego i szczyptę czerni eriochromowej T. Próbkę miareczkować roztworem EDTA do zmiany zabarwienia roztworu z różowofiołkowego (przed miareczkowaniem po dodaniu czerni eriochromowej T) na niebieskie po miareczkowaniu. WOBEC CZERNI ERIOCHROMOWEJ T oznaczamy sumę jonów Ca 2+ i Mg 2+ i obserwujemy zmianę barwy roztworów: Roztwór barwy różowofiołkowy (przed miareczkowaniem po dodaniu czerni eriochromowej T) Po miareczkowaniu roztwór barwy niebieskiej Do takiej samej objętości badanego roztworu dodać 10 ml 1 molowego roztworu wodorotlenku sodu i szczyptę mureksydu, miareczkować roztworem EDTA do zmiany zabarwienia z różowego na fiołkowe. WOBEC MUREKSYDU oznaczamy Ca 2+ i obserwujemy zmianę barwy roztworów: Ćwiczenia laboratoryjne z chemii analitycznej i instrumentalnej; oprac.; prowadzący: dr Agnieszka Matłoka Strona 6

7 Roztwór barwy różowej (przed miareczkowaniem po dodaniu mureksydu) Po miareczkowaniu roztwór barwy fiołkowej W celu prawidłowego uchwycenia punktu końcowego miareczkowania należy przeprowadzić miareczkowanie wobec świadka. Każde miareczkowanie przeprowadzić trzy razy. ZESTAWIENIE WYNIKÓW ANALIZY: Wobec czerni eriochromowej T (odmiareczkowanie sumy jonów Ca 2+ +Mg 2+ ) zużyto objętość titrant EDTA: Miareczkowanie I V 1 =.. ml Miareczkowanie II V 1 =.. ml Miareczkowanie III V 1 =.. ml Średnia wartość miareczkowania zużytego EDTA V 1śr =.. ml Wobec mureksydu (odmiareczkowanie jonów Ca 2+ ) zużyto objętość titrant EDTA: Miareczkowanie I V 2 =.. ml Miareczkowanie II V 2 =.. ml Miareczkowanie III V 2 =.. ml Średnia wartość miareczkowania zużytego EDTA V 2śr =.. ml Objętość titrantu EDTA V jaka zużyto na zmiareczkowanie magnezu Mg 2+ to: V = V sr1 V sr2 Ćwiczenia laboratoryjne z chemii analitycznej i instrumentalnej; oprac.; prowadzący: dr Agnieszka Matłoka Strona 7

8 Ilości oznaczanych jonów obliczyć: 1). stechiometrycznie (proporcjami) 2). ze wzorów: X ca2+ = v 2 c EDTA 0, X Mg2+ = (v 1 - v 2 ) c EDTA 0, v 1 - objętość EDTA użyta podczas miareczkowania wobec czerni eriochromowej T[ml]; v 2 - objętość EDTA użyta podczas miareczkowania wobec mureksydu [ml]; c EDTA - stężenie EDTA [mmol/ml]; 0, masa milimola Ca 2+ + [g/mmol]; 0,02432 masa molimola Mg 2+ [g/mmol] Twardość całkowitą wody w stopniach niemieckich obliczyć wg wzoru: o N = ( V 1 c 56,08/10 ) 10 IV. WNIOSKI Podać zawartość jonów wapnia, jonów magnezu w analizowanej wodzie. Jaka jest wartość stopnia twardości wody w stopniach niemieckich i określ skalę twardości zbadanej wody. Ćwiczenia laboratoryjne z chemii analitycznej i instrumentalnej; oprac.; prowadzący: dr Agnieszka Matłoka Strona 8