wiczenie 3 Kompleksometria

Transkrypt

1 wiczenie 3 Kompleksometria Kompleksometria jest działem analizy objtociowej (miareczkowej) opartej na reakcjach tworzenia trwałych, rozpuszczalnych i trudno dysocjujcych zwizków kompleksowych. Kompleksometria jest najwikszym działem kompleksometrii, a jej nazwa pochodzi od zwizków zwanych kompleksonami. S to kwasy aminopolikarboksylowe, w których atom azotu połczony jest z grupami karboksylowymi. Sporód tej grupy zwizków najwiksze znaczenie praktyczne ma kwas etylenodiaminotetraoctowy (oznaczany od nazwy w j. angielskim EDTA ethylenediaminetetraacetic acid). Jest to czteroprotonowy kwas, oznaczany skrótem H 4 Y, nazywany równie kwasem wersenowym. Poniewa kwas ten jest trudno rozpuszczalny w wodzie, w analityce stosuje si sól tego kwasu, Na 2 H 2 Y - wersenian disodowy, nazywany te kompleksonem III. HOOC - H 2 C CH 2 - COOH N - CH 2 CH 2 - N HOOC - H 2 C CH 2 - COOH W oznaczeniach kompleksometrycznych roztworem mianowanym jest roztwór wersenianu disodowego (Na 2 H 2 Y). W reakcjach z licznymi kationami metali (2-, 3- i 4-wartociowymi) 1 mol Na 2 H 2 Y kompleksuje zawsze 1 mol kationu metalu bez wzgldu na jego wartociowo, a trwało powstajcych zwizków kompleksowych zaley od warto- ciowoci metalu oraz od ph roztworu. W roztworach wodnych sól ta dysocjuje zgodnie z równaniem: Na 2 H 2 Y 2Na + + H 2 Y 2 Natomiast jony H 2 Y 2 reaguj z kationami metali zgodnie z równaniem: Me 2+ + H 2 Y 2- MeY H + lub Me 3+ + H 2 Y 2- MeY - + 2H + Z reakcji tych wynika, e 1 mol kompleksonu reaguje zawsze z 1 molem metalu bez wzgldu na jego wartociowo. Punkt równowanikowy miareczkowania wyznacza si najczciej za pomoc wskaników kompleksometrycznych. Wród nich, podstawowe znaczenie maj tzw. metalowskaniki, które w okrelonych warunkach miareczkowania tworz z jonami metali barwne kompleksy. Kompleks metal wskanik, w warunkach miareczkowania, powinien by znacznie mniej trwały od kompleksu metal wersenian disodowy. W punkcie równowanikowym wskanik zostaje uwolniony z kompleksu metal wskan i nastpuje zmiana barwy roztworu. Do najczciej stosowanych wskaników kompleksonometrycznych nale: czer erichromowa T, mureksyd oraz kalces. wiczenie 3. 14

2 Oznaczanie twardoci całkowitej wody metod kompleksometryczn Twardoci wody nazywa si właciwoci wody wynikajce z obecnoci w wodzie jonów wapnia i magnezu oraz innych jonów metali wielowartociowych. Na twardo całkowit wody składa si twardo wglanowa (jony wapnia i magnezu pochodz z rozpuszczalnych w wodzie wodorowglanów) oraz twardo niewglanowa (jony wapnia i magnezu pochodz z innych rozpuszczalnych soli takich jak: siarczany(vi), azotany(v) oraz chlorki) Twardo wody okrela si w stopniach twardoci. Jako stopie twardoci w Polsce przyjto niemiecki stopie twardoci. Jeden niemiecki stopie twardoci wody odpowiada zawartoci 10mg CaO w 1dm 3 wody (1 0 N = 10 mg CaO/dm 3 ) Twardo wód naturalnych rzadko przekracza stopni. Na ogół twardo wglanowa jest wiksza od twardoci niewglanowej, a zawarto soli wapnia wiksza od zawartoci soli magnezu. Za mikkie uwaane s wody o twardoci do 8 0 N, za twarde powyej 18 0 N i za bardzo twarde powyej 30 0 N. Wykonanie oznaczenia: 1. Do trzech przepłukanych wod destylowan kolb stokowych odmierzy pipet po 40cm 3 badanej wody 2. Do kadej kolby stokowej doda po około 2cm 3 roztworu buforu amonowego (ph 10) 3. Do kadej kolby doda szczypt wskanika czerni eriochromowej T 4. Biuret napełni do zera mianowanym roztworem wersenianu disodowego (EDTA) o steniu 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 umoliwi przebieg kolejnych reakcji kompleksowania. 6. Zapisa objtoci zuytego (w kadym z miareczkowa) roztworu EDTA i obliczy redni V r V 1 =...cm 3, V 2 =...cm 3, V 3 =...cm 3 V r =...cm 3 EDTA z oznaczanymi jonami metali (Ca 2+, Mg 2+ ) reaguje w stosunku molowym 1:1, aby wyrazi twardo wody w niemieckich stopniach twardoci ilo zuytego EDTA przelicza si na równowan mu ilo CaO (1 mol EDTA 1 mol CaO ) 1000cm 3 EDTA 1M EDTA mg CaO V r cm 3 EDTA 0,01M EDTA x mg CaO Zawarto mg CaO w 1 dm 3 badanej wody obliczy według wzoru: V r cm 3 EDTA 0,01M EDTA mg CaO cm 3 x = 1000cm 3 CaO 1M EDTA 40cm 3 mg CaO w 1 dm 3 badanej wody ilo mg CaO zawarta w 40 cm 3 badanej wody gdzie: V r uredniona warto objtoci EDTA odczytana z biurety z dokładnoci do 0,1cm 3 7. Obliczy ile mg CaO zawiera 1dm 3 badanej wody X = wiczenie 3. 15

3 8. Wyrazi całkowit twardo badanej wody w niemieckich stopniach twardoci Aby wyrazi twardo wody w niemieckich stopniach twardoci o N, naley skorzysta z zalenoci: 1 o N 10 mg CaO/dm 3 Twardo analizowanej wody wynosi: Przykłady oblicze z zakresu kompleksometrii i twardoci wody 1. Na zmiareczkowanie 50 cm 3 badanej wody zuyto 18,7 cm 3 roztworu HCl o steniu 0,01 M. Obliczy twardo wglanow wody w niemieckich stopniach twardoci. 2. Woda wykazuje twardo wglanow 15,6 0 N. Obliczy, ile cm 3 roztworu HCl o steniu 0,05 M naley uy podczas oznaczania próbki wody o objtoci 100 cm cm 3 badanej wody zawiera 32,6 mg CaCl 2. Obliczy twardo wody w niemieckich stopniach twardoci. 4. Na zmiareczkowanie 50 cm 3 wody zuyto 9,2 cm 3 roztworu EDTA o steniu 0,01 M. Obliczy twardo całkowit wody w niemieckich stopniach twardoci. 5. Twardo wody wynosi 16,3 0 N. Obliczy, ile cm 3 roztworu EDTA o steniu 0,01 M naley uy na zmiareczkowanie 50 cm 3 badanej wody. 2. Wykrywanie grup funkcyjnych w zwizkach organicznych. 1. Wykrywanie grupy aldehydowej Reakcja Tollensa - w reakcji tej wykorzystuje si właciwoci redukcyjne aldehydów (Ag + Ag 0 ). Na podstawie tej reakcji mona rozróni aldehydy i ketony (ketony daj negatywny wynik tej próby). Odczynnik Tollensa zawiera amoniakalny roztwór azotanu(v) srebra (AgNO 3 i NH 3 H 2 O). Dodatek amoniaku zapobiega wytrcaniu si wodorotlenku srebra, poniewa w obecnoci NH 3 tworzy si rozpuszczalny w wodzie zwizek kompleksowy [Ag(NH 3 ) 2 ]OH wodorotlenek diaminasrebra(i). Do czystej probówki wla około 1cm 3 roztworu AgNO 3 i dodawa niewielkimi porcjami 2M roztwór amoniaku (NH 3 H 2 O) a wytrcajcy si osad wodorotlenku srebra AgOH ulegnie rozpuszczeniu. Do otrzymanego roztworu doda około 1cm 3 badanego aldehydu. Probówk ogrzewa w łani wodnej (zlewka z wod). Po kilku minutach na ciankach probówki osadza si błyszczca warstwa metalicznego srebra Ag 0 (tzw. lustro srebrowe). Zanotowa obserwacje oraz napisa równanie reakcji otrzymywania wodorotlenku diaminasrebra(i) oraz równanie reakcji badanego aldehydu z wodorotlenkiem diaminasrebra(i). 3. Badanie właciwoci fizykochemicznych tłuszczów, wglowodanów, aminokwasów oraz białek Wglowodany Reakcja charakterystyczna skrobi z jodem. Do ochłodzonego do temperatury pokojowej rozcieczonego roztworu skrobi doda kilka kropel roztworu jodu. Zanotowa obserwacje. wiczenie 3. 16

4 Aminokwasy 2. Tworzenie kompleksów -aminokwasów z jonami metali Jony metali dwuwartociowych tworz z -aminokwasami zwizki kompleksowe. Dotyczy to głównie jonu miedzi(ii), który reagujc z dwiema czsteczkami aminokwasu daje barwny, chelatowy zwizek kompleksowy (jon miedzi(ii) łczy si wizaniami jonowymi z grupami karboksylowymi oraz wizaniami koordynacyjnymi z atomami azotu grup - aminowych dwu czsteczek aminokwasu). Do probówki wsypa niewielk ilo -aminokwasu (np. glicyny) i rozpuci w około 2cm 3 wody destylowanej. Nastpnie doda kilka kropli roztworu siarczanu(vi) miedzi(ii). Otrzymuje si ciemnoniebieskie zabarwienie. Białka 1. Reakcja barwna wiza peptydowych (reakcja biuretowa Piotrowskiego) Reakcja biuretowa jest charakterystyczna dla zwizków z co najmniej dwoma wizaniami 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 wizaniu peptydowym, z utworzeniem formy enolowej, w której grupa hydroksylowa zdolna jest do dysocjacji. Z ssiadujcymi zatem ze sob wizaniami tego typu jon miedzi(ii) tworzy dwa wizania jonowe (z grupami enolowymi) oraz cztery wizania koordynacyjne (z atomami azotu). Stenie powstajcego kompleksu barwnego jest proporcjonalne do liczby wiza peptydowych zawartych w badanym roztworze. Reakcj t mona stosowa do postpu hydrolizy białek, białka daj zabarwienie niebieskofioletowe, produkty hydrolizy od fioletowego do róowego. Do probówki wla około 2cm 3 roztworu białka oraz tak sam objto rozcieczonego roztworu NaOH i wymiesza. Nastpnie doda kilka kropli rozcieczonego roztworu siarczanu(vi) miedzi(ii) do uzyskania fioletowego zabarwienia. 2. Wysalanie białek Czsteczki białkowe mog traci cz wody hydratacyjnej i wydziela si z roztworu. Ma to miejsce przy okrelonych steniach soli obojtnych w roztworze lub przy okrelonym 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 ste soli obojtnych metali alkalicznych (K, Na, Li) i siarczanem(vi) amonu nosi nazw wysalania. Do probówki wla około 2cm 3 roztworu białka i doda około 2cm 3 nasyconego roztworu (NH 4 ) 2 SO 4. Nastpnie doda około 10cm 3 wody destylowanej i wymiesza. Zanotowa obserwacje. wiczenie 3. 17

5 3. Wytrcanie białek z roztworu (denaturacja) Pod wpływem pewnych zwizków (np. sole metali cikich, rozpuszczalniki organiczne: etanol, aceton) lub w podwyszonej temperaturze nastpuje rozerwanie wiza wodorowych i rozwinicie łacuchów peptydowych. Białko traci wtedy swoist struktur, proces ten jest nieodwracalny i nosi nazw denaturacji białka. Najwraliwsza na działanie wymienionych czynników jest struktura IV i III-rzdowa. Najbardziej trwała jest struktura I-rzdowa, która moe by rozbita dziki hydrolizie wiza peptydowych. Do trzech probówek wla po około 2cm 3 roztworu białka. Nastpnie dodawa do probówek po kilka kropli odpowiednio: 1) 5% roztworu Pb(NO 3 ) 2 lub (CH 3 COO) 2 Pb 2) stonego roztworu H 2 SO 4 3) aldehydu mrówkowego (formaliny) wiczenie 3. 18