document6

23
 Komplexometria A mérőoldat a minta vizsgálandó komponensével komplex molekulát képez Milyen reakciók alkalmasak erre?  Gyors  Sztöchiometrikus  Végpontjelezhető   Ne legyenek mellékreakciók  Csapadék ne képződjön a folyamat során  – adszorpció, okklúzió  pontosság  A képződő komplex molekula nagy stabilitású legyen Mi a probléma a komplexképződési reakciókkal?  nem egyértelműek  (lépcsőzetesség mia tt többféle termék egyidejűen jelen van az ekvivalenciapontban is)  nem sztöchiometrikus ak (ligandumfelesleg szükséges a reakció teljessé tételéhez)  A legtöbb komplexképződési reakció lépcsőzetes 

Upload: biro-oana-bianka

Post on 17-Oct-2015

19 views

Category:

Documents


0 download

DESCRIPTION

sd

TRANSCRIPT

  • Komplexometria

    A mroldat a minta vizsgland komponensvel komplex molekult kpez

    Milyen reakcik alkalmasak erre? Gyors Sztchiometrikus Vgpontjelezhet Ne legyenek mellkreakcik Csapadk ne kpzdjn a folyamat sorn adszorpci, okklzi pontossg A kpzd komplex molekula nagy stabilits legyen

    Mi a problma a komplexkpzdsi reakcikkal?

    nem egyrtelmek (lpcszetessg miatt tbbfle termk egyidejen jelen van az ekvivalenciapontban is) nem sztchiometrikusak (ligandumfelesleg szksges a reakci teljess ttelhez)

    A legtbb komplexkpzdsi reakci lpcszetes

  • Dr. Fodor Marietta

    Komplexkpzdsi egyenslyok vizsglata

    M + L ML

    Lewis sav Lewis bzis

    kationos komplexek: pl. [Ag(NH3)2]+ - diamin-ezst(I)-ion [Cu(H2O)6)]2+ - hexakva-rz(II)-ion

    anionos komplexek: pl. [Ag(CN)2]- - diciano-argentt(I)-ion [HgI4)]2- - tetrajodo-merkurt(II)-ion [Fe(CN)6]3- - hexaciano-ferrt(III)-ion

    Kzponti fmion Koordincis szm

    Ligandum Funkcis szm

    d-mez elemei alkli fm nem stabil

    semleges molekulk: pl. H2O, CO2, NH3, pirrol, fehrje,

    anionok: OH-, CN-, I-, F- stb.

  • MLn komplex stabilitsi viszonyai

    Stabilitst befolysolja: kzponti fmion tulajdonsgai ligandumok tulajdonsgai az oldszer dielektromos llandja kialakul komplex trszerkezete

    nn MLnLM ++ [ ][ ] [ ]nn

    nst

    LM

    MLK

    =+

  • ( ) ( )[ ][ ] [ ]( ) ( ) ( )[ ]

    ( )[ ] [ ]( ) ( ) ( )[ ]

    ( )[ ] [ ]( ) ( ) ( )[ ]

    ( )[ ] [ ]2

    2

    3

    4

    101,3

    107,8

    103,1

    101,4

    =

    =+

    =

    =+

    =

    =+

    =

    =+

    +

    +++

    +

    +++

    +

    +++

    +

    +++

    3233

    243

    42433

    233

    3223

    233

    32333

    223

    32

    3

    223

    22233

    23

    32

    23

    12

    332

    NHNHCu

    NHCuK NHCuNHNHCu

    NHNHCu

    NHCuK NHCuNHNHCu

    NHNHCu

    NHCuK NHCuNHNHCu

    NHCuNHCuK NHCuNHCu

    Lpcszetes komplexkpzdsi folyamatok: [Cu(NH3)4]2+ rz-tetraamin komplex

    Cu2+ + 4 NH3 [Cu(NH3)4]2+ ( )[ ]

    [ ] [ ]12

    43

    2

    23 104,4

    NHCu

    NHCuK 4 =

    =

    +

    +

    K1.K2.K3.K4= 4,4.1012

    az NH3 1 funkcis ligandum (1 donlhat elektronprja van)

  • 0

    2

    4

    6

    8

    10

    12

    14

    16

    18

    20

    0 50 100 150

    Titrltsgi fok / %

    pM

    Titrlsi grbe alakja a komplex sszetteltl fggen

    ML ML2

    ML4

  • Kelt komplexek - kelatometria Tbbfunkcis ligandumok

    alklifmek s Ag+ kivtelvel (az Ag+ nem kpez keltkomplexet) minden fmionnal stabilis komplexet kpeznek - mindig 1:1 sszettel komplex kpzdik - nagy egyenslyi stabilits - gyors reakcik (kivtel Al3+ s klnsen Cr3+, Co3+) - a vgpont jl jelezhet (pl. vizulisan fmindiktorokkal)

    CDTA - (ciklohexndiamin-tetraecetsav)

    EDTA (etilndiamin-tetraecetsav)

    :

    ::

    ::

    CH2 CH2

    N: N

    COOOOC

    OOC COO

    NN

    CH2 COO

    CH2 COO

    OOC CH2

    OOC CH2

    : :

    ::

    ::

    6 funkcis ligandumok

  • NCH2

    CH2C

    OOC

    N

    CH2 CH2

    CH2

    CH2M

    O

    O

    C

    O

    OOOC

    2-

    M2+-EDTA keltkomplexek szerkezete:

    Kelt komplexek

    M+ fmek komplexei kevsb stabilak

  • Ltszlagos stabilitsi lland valdi koncentrci viszonyokat tkrzi

    [ ][ ] [ ]LM

    MLK

    =termodinamikai stabilitsi lland A reakci egyenletnek megfelel elmleti sszefggs

    [ ][ ] [ ]LM

    LMK

    =

    A komlexek stabilitsi llandja

    A valsgban a folyamatot a kzeg pH-ja (ligandum protonldsa) s egyb jelenlev, ligandumknt viselked komponensek befolysoljk MELLKREAKCIK

    M + L ML

  • A ltszlagos stabilitsi lland s jelentsge A zavar folyamatok figyelembe vehetk a ltszlagos stabilitsi llandval (K):

    [ ][ ] [ ]LM

    MLK

    =

    termodinamikai stabilitsi lland ltszlagos stabilitsi lland

    [ ][ ] [ ]LM

    LMK

    =

    [L]: Az L ligandum sszkoncentrcija, belertve az M fmionnal nem reaglt ligandum koncentrcijt is (ltszlagos ligandum-koncentrci)

    [ML]: Az ML komplex sszkoncentrcija belertve a mellkreakciba lpett komplexekt is (ltszlagos komplexkoncentrci):

    [M]: Az M fmion sszkoncentrcija, belertve az L ligandummal nem reaglt fmion koncentrcijt is (ltszlagos fmion-koncentrci)

    [ ][ ] 1MLML ML =

    ` [ ][ ] 1LL L =

    ` [ ][ ] 1MM M =

    `

    csak a pH fggvnye

    egyb komplexkpz ligandumok jelenlte

    pH S egyb komplexkpz

    ligandum fggvnye

  • [ ][ ]ML

    LM ML =

    [ ][ ]MM

    M = [ ][ ]LL

    L = [ ]

    [ ] [ ] LMML

    LM

    ML KLM

    MLK

    =

    =

    Figyeljk meg, hogy az M s L cskkenti, mg az ML nveli a ltszlagos stabilitsi lland rtkt.

    [ ][ ] [ ]LM

    MLK

    =

    termodinamikai stabilitsi lland ltszlagos stabilitsi lland

    [ ][ ] [ ]LM

    LMK

    =

    Amennyiben egyltaln nem jtszdnak le zavar mellkreakcik, minden = 1, azaz K = K. Egyb esetekben az 1, rtke a mellkreakcikat elidz komponensek egyenslyi koncentrcii s a mellkreakcikra jellemz egyenslyi llandk ismeretben szmthat. K adott krlmnyek (pH, cA) kztt lland, de e krlmnyek megvltozsa sorn rtke vltozik. Ha viszont e krlmnyeket lland rtken tartjuk, akkor az ML komplex kpzdsre vonatkoz szmtsok sorn a ltszlagos stabilitsi lladt ugyanolyan mdon hasznlhatjuk, mint a termodinamikai llandt mellkreakcik hinyban.

  • 0

    5

    10

    15

    20

    25

    0 5 10 pH

    lg (EDTA)

    lg EDTA vltozsa a pH fggvnyben

  • Komplexometris titrlsi grbe Zn-EDTA komplex (K`=1016)

    0% - kiindul fmkoncentrci

    100% -

    0

    2

    4

    6

    8

    10

    12

    14

    16

    18

    0 20 40 60 80 100 120 140

    Titrltsgi fok, %

    pM

    [ ]Kc

    1MM

    =+

    A titrlsi grbe alakja hasonl a sav/bzis titrlsi grbhez (Kd szabja meg a grbe alakjt)

  • 0

    2

    4

    6

    8

    10

    12

    14

    16

    0 20 40 60 80 100 120 140 Titrltsgi fok, %

    pM

    K`= 1015

    K`= 1010

    K`= 106

    K`= 104

    Komplexometris titrlsi grbe alakja K` fggvnyben

  • Kelatometris titrlsok hibja

    [M]v = a vgpontban rvnyes fmion koncentrci [L]v = a vgpontban rvnyes ligandum koncentrci cM = a kiindulsi fmion koncentrci

    [ ] [ ] 100c

    M`L%HM

    VV

    =

    A hibt a vgpontban lev s az egyenrtkponthoz tartoz fmion-koncentrci klnbsge szabja meg: pM=pMv - pMe

    Vizulis indikci esetben 0,5 pM egysgen bell megllapthat. Optimlis krlmnyek kztt 10-2 mol/dm3 fmkoncentrci esetn K`=107 nagysgrend esetn

    1 %-os hiba

  • Vgpontjelzsi lehetsgek a kelatometriban - FMINDIKTOROK

    az indiktorok is ligandumknt viselkednek Mkdsi elv: kiszortsos technika a fm-indiktor komplex legyen kellen stabilis, de stabilitsa legyen kisebb mint a fmkomplexnek

    az indiktor s a fm-komplex szne megfelelen kontrasztos legyen A fmindiktor-komplex s a mroldat kztti reakci legyen kellen gyors a sznreakci rzkeny s szelektv legyen les szntcsaps az egyenrtkpontban a felsorolt kvetelmnyek az optimlis pH tartomnyban teljesljenek: pH=8-12 nincs tcsapsi tartomny! A vgpontban az indiktor sajt szne jelenik meg szilrd hgts indiktorok

  • Eriokrmfekete-T

    N N

    OH

    O3S

    NO2

    OH

    1., fmindiktorok

    Murexid

    C

    OH OHHO OH

    SO3

    Pirokatechin-ibolya

    NH

    NH

    NH

    NHN

    O

    O

    O

    O

    OO

    Lila - kk

    Rzsaszn - ciklmen

  • 2., vilgt indiktorok

    Fluoreszcencis s kemilumineszcencis indiktorok fluorexon luminol, lucigenin

    3., redoxi indiktorok

    Reduklt s oxidlt forma ms-ms stabilits komplexet alkot

    Kelatometris titrlsok szelektivitsa

    ALAPVETEN NEM SZELEKTV

    Hogyan tehet szelektvv? pH segdkomplexkpz - maszkrozs oxidci/redukci rvn az egyik komponenst talaktjuk csapadk levlaszts

    6

    M

    N 10KK

    Ltszlagos stabilitsi lland vltozik

  • Kelatometris titrlsok tpusai 1., kzvetlen/direkt titrlsok

    2., visszatitrlsok

    4., kzvetett/indirekt titrlsok

    a mrend fmiont oldatban tudjuk tartani, nem vlik ki a lgos pH-n megfelel indikci (klasszikus vagy mszeres) fm-EDTA komplex kpzdsi sebessge megfelelen gyors keletkezett komplex elgg stabil

    Kzvetlen titrlsnl felsorolt felttelek nem teljeslnek Pontosan ismert mennyisg EDTA EDTA felesleget fms oldattal visszamr Nagy mennyisg fmion titrlsnl alkalmazzk Segdmr oldatnak Mg, Zn, Cu-sk

    3., kiszortsos titrlsok M fmion kzvetlenl nem titrlhat, N fmion igen M ion oldathoz N fmion komplext adjuk M kiszortja az NL komplexbl N-fmet, gy az kzvetlenl mrhet Stabilitsi llandk ismerete nagyon fontos

    M fmion kzvetlenl nem titrlhat, sztchiometrikus csapadkknt elvlasztjuk a reagens kationjt titrljuk komplexometrisan

  • 1. Kzvetlen titrlsok: pl.

    Ca2+: pH ~ 12, murexid, v. metiltimolkk indiktor Ca2+ + Mg2+ egyms mellett: pH ~ 12, murexid mellett csak a Ca2+ mrhet.

    A Mg2+-ot hidroxokomplex-kpzdsi egyenslya s a murexid alkalmatlansga miatt nem mrjk. tsavanyts, majd pH~10-re llts utn eriokrmfekete T mellett a Mg2+ mrhet.

    Ca2+ + Mg2+ egytt (vzkemnysg): pH~10 NH3/NH4+ puffer, eriokrmfekete T mellett

    2. Visszamrses titrlsok: A komplexkpzds lass, nincs megfelel indiktor, pl.

    Al3+: (lgKAlEDTA = 16,1), visszamrs Zn2+-vel (lgKZnEDTA = 16,5)

  • 3. Kiszortsos titrlsok: Nincs megfelel indiktor, ill. a kpzd ML komplex stabilitsa kicsi, pl.

    Kis mennyisg Ca2+: MgEDTA feleslegben Mg2+ mrhet eriokrmfekete T indiktorral Ag+: Nem kpez keltot EDTA-val 2Ag+ + [Ni(CN)4]2- 2 [Ag(CN)2]- + Ni2+ A Ni2+ mr mrhet EDTA-val.

    4. Kzvetett titrlsok: A meghatrozand anyag nem kpez komplexet, pl.

    SO42-: fls mennyisg Ba2+-mal levlasztjuk, a Ba2+ felesleget komplexometrisan visszamrjk EDTA-val

  • 5. sszetett titrlsok: komponensek meghatrozsa egyms mellett, pl. Ca2+ s Mg2+ egyms mellett: lsd direkt titrlsok Cu2+ s Zn2+ egyms mellett: a kt fmion egytt mrhet pH ~ 10 krl murexid indiktor mellett. Ha a Cu2+-t tiociant (rodanid) jelenltben aszkorbinsavval redukljuk, a Cu(I) CuSCN csapadk formjban levlik, gy a Zn2+ mrhet metiltimolkk indiktor mellett.

  • Gyakorlati alkalmazsok

    vzkemnysg meghatrozs 1 nk az a vz, amelynek 100 cm3-e 1 mg CaO-dal egyenrtk Ca2+ s/vagy Mg2+ st tartalmaz 1 fk az a vz, amelynek 100 cm3-e 1 mg CaCO3-tal egyenrtk Ca2+ s/vagy Mg2+ st tartalmaz 1 ak az a vz, amelynek 100 cm3-e 14,3 mg CaCO3-tal egyenrtk Ca2+ s/vagy Mg2+ st tartalmaz 1 nk = 1,79 fk = 1,25 ak

    Vltoz kemnysg hidrogn-karbontok HCO32- lland kemnysg kloridok, szulftok, nitrtok sszkemnysg vltoz + lland kemnysg

    nk kemnysg 04 nagyon lgy 48 lgy 818 kzepesen kemny 1830 kemny 30 felett nagyon kemny

  • Vzkemnysg meghatrozsa

    50,0 ml vzmintra pH=12 rtken murexid indiktor mellett 3,2 ml 0,05 mol/L, f= 1,013 EDTA fogy. Ugyanerre a mintra pH= 10 rtknl eriokrmfekete T indiktor mellett 7,8 ml fogy ebbl a mroldatbl. Szmtsa ki a minta Ca- s Mg-ion koncentrcijt mg/L egysgben s a minta sszes kemnysgt nk egysgben Megolds: pH=12 kzegben a murexid csak a Ca2+ ionokat mri, pH=10 kzegben eriokrm- fekete T a Ca+Mg ionokat mri

    50 . c = 3,2 . 0,05 . 1,013 c = 3,2.10-3 mol/L Ca2+ = 0,13 g/L = 130 mg/L Ca2+

    50.c = (7,8 - 3,2) . 1,013 . 0,05 c= 4,65.10-3 mol/L Mg2+ = 0,11g/L = 113 mg/L Mg2+

    50 . c= 7,8 . 1,013 . 0,05 cCa+Mg= 7,9.10-3 mol/L

    1 nk az a vz, amelynek 100 ml-ben 1 mg CaO-dal e. Ca s/vagy Mg s van

    1000 ml mintban 7,9.10-3 mol Ca s Mg s van, ez 7,9.10-3. 56 g CaO = 0,442 g

    100 ml mintban 0,0442 g = 44,2 mg = 44,2 nk

    Slide Number 1Slide Number 2Slide Number 3Slide Number 4Slide Number 5Slide Number 6Slide Number 7Slide Number 8Slide Number 9Slide Number 10Slide Number 11Slide Number 12Slide Number 13Slide Number 14Slide Number 15Slide Number 16Slide Number 17Slide Number 18Slide Number 19Slide Number 20Slide Number 21Slide Number 22Slide Number 23