магний. курс раб из Реферат. Характеристика комплексонометрии как метода количественного титриметрического анализа 4

Название	Характеристика комплексонометрии как метода количественного титриметрического анализа 4
Анкор	магний
Дата	29.04.2022
Размер	263.61 Kb.
Формат файла
Имя файла	курс раб из Реферат.docx
Тип	Документы #504745

ВВЕДЕНИЕ 2

ХАРАКТЕРИСТИКА КОМПЛЕКСОНОМЕТРИИ КАК МЕТОДА КОЛИЧЕСТВЕННОГО ТИТРИМЕТРИЧЕСКОГО АНАЛИЗА 4

ЖЕСТКОСТЬ ВОДЫ И ЕЕ КЛАССИФИКАЦИЯ 8

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КОМПЛЕКСОНОМЕТРИИ ПРИ ОПРЕДЕЛЕНИИ ЖЕСТКОСТИ ВОДЫ 10

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 16

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 17

ВВЕДЕНИЕ

Вода – один из самых ценных ресурсов. Человечество использует воду ежедневно для приготовления пищи, бытовых, сельскохозяйственных и технических целей. Несмотря на то, что 75% поверхности Земли покрыто водой, однако только 0,3% ее объема пригодно для употребления.

Причины невозможности использования всего мирового запаса воды кроются в ее минеральном составе, который отражает результат взаимодействия воды как физической фазы и среды жизни с другими фазами (средами). Минерализация воды имеет важнейшее значение при использовании ее в повседневной жизни.

Например, если в воде находятся большое количество ионов кальция и магния, то воду называют жесткой, что затрудняет ее использование в повседневной жизни:

при взаимодействии с мылом образуются нерастворимые кальциевые и магниевые соли жирных кислот, что затрудняется образование пены при стирке белья или мытье рук. Жесткость воды пагубно сказывается на трубопроводах тепловых сетей, приводя к образованию накипи. По этой причине в воду приходится добавлять специальные «смягчающие» химикаты;
при приготовлении пищи повышается риск возникновения мочекаменной болезни, так как ионы кальция и магния образуют нерастворимые комплексные соли с органическими кислотами цикла трикарбоновых кислот (например оксалаты и ураты кальция);
в водопроводных трубах и радиаторах отопления образуются известняковые отложения (что уменьшает поперечный просвет труб системы отопления и ухудшает ее теплообменную функцию).

Цель данной работы – систематический анализ и обобщение литературных данных по вопросу использования метода комплексонометрии в анализе жесткости воды.

Для выполнения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Охарактеризовать комплексонометрию как метод химического анализа;

2. Дать определение понятию «жесткость воды», привести классификацию видам жесткости;

3. Рассмотреть использование метода комплексонометрии в анализе воды.

ХАРАКТЕРИСТИКА КОМПЛЕКСОНОМЕТРИИ КАК МЕТОДА КОЛИЧЕСТВЕННОГО ТИТРИМЕТРИЧЕСКОГО АНАЛИЗА

Комплексонометрия – метод титриметрического анализа, основанный на свойстве катионов металлов количественно вступать в реакцию с органическими реагентами-комплексонами с образованием прочных, растворимых в воде, бесцветных внутрикомплексных соединений.

Чаще всего в качестве титрованного раствора выступает раствор трилона Б - динатриевая соль этилендиаминтетрауксусной кислоты, сокращенно ТrБ, или эдетат натрия (рисунок 1).

Рисунок 1 – Формула трилона Б
Трилон Б легко образует прочные внутрикомплексные соли со многими катионами. Соли образуются, с одной стороны, за счет замещения металлом водорода карбоксильных групп, с другой – за счет образования координационных связей между ионами металла и атомами азота (рисунок 2).

Рисунок 2 – Внутрикомплексная соль трилона Б с катионом кальция
При комплексонометрическом титровании к раствору, содержащему определяемые ионы, прибавляют небольшое количество нужного индикатора. Образуется сравнительно устойчивое, хорошо растворимое в воде окрашенное соединение:

Me²⁺ + H₂Ind → Melnd + 2H⁺

При титровании натрия эдетатом сначала образуется комплекс со свободными ионами определяемого металла:

Когда все свободные ионы металла оттитрованы, комплекс индикатора с металлом разрушается. В момент эквивалентности происходит полное разрушение окрашенного металлоиндикаторного комплекса, индикатор освобождается и раствор приобретает цвет свободного индикатора:

Для определения конечной точки титрования служат индикаторы – вещества, образующие окрашенные соединения с ионами кальция и магния или с одним из этих катионов.

В качестве индикаторов в комплексонометрии используют металлоиндикаторы - органические красители (сокращенно НInd или Н₂Ind), имеющие различную окраску в свободном виде и виде комплекса с металлом, который является менее прочным, чем комплекс ТrБ с металлом.

Устойчивость комплекса и действие металлоинднкаторов существенно зависит от рН среды. Поэтому комплексонометрическое титрование ведут в заданном интервале рН, используя различные буферные растворы:

рН 9,5-10 создается аммиачным буфером.

Индикаторы: кислотный хром черный специальный (или эриохром черный Т), кислотный хромовый темно-синий (или хромовый темно-синий), переход окраски от красно-фиолетовой или вишнево-красной к синей или сине-фиолетовой.

Титруют: Zn²⁺,Ca²⁺, Mg²⁺

pH 12-14 создается 30% раствором натрия гидроксида вблизи точки эквивалентности.

Индикатор: кальконкарбоновая кислота, переход окраски от красновато-сиреневой к голубой. Титруют Са²⁺.

Индикаторы обладают различной чувствительностью, т.е. их окрашенные соединения с ионами кальция и магния возникают при различных, но определенных для данного индикатора и для выбранных условий концентрациях этих ионов (таблица). Например, эриохром черный Т образует окрашенное соединение с кальцием при концентрации этого иона около 7 мкг – экв/л; по отношению к ионам магния этот индикатор более чувствителен, и окраска возникает уже при 4 – 5 мкг-экв/л.

Методом комплексонометрии можно определить катионы магния, кальция, цинка, алюминия, бария, свинца и многие другие – более 40 различных катионов. Этот метод широко применяется для определения жесткости воды.

ЖЕСТКОСТЬ ВОДЫ И ЕЕ КЛАССИФИКАЦИЯ

Жесткость воды – это качественная и количественная химическая характеристика воды, обусловленная присутствием растворимых и малорастворимых соединений кальция и магния (рисунок 3).

Рисунок 3 – Виды жесткости воды
Суммарная жесткость воды, то есть общее содержание растворимых солей кальция и магния, получила название «общей жесткости»

Известны две разновидности жёсткости:

Временная (гидрокарбонатная) жесткость воды – обусловлена присутствием в воде гидрокарбонатов кальция Са(НСО₃)₂ и магния Mg(НСО₃)₂. Данный вид жесткости почти полностью устраняется при копчении воды, поэтому и получила название «временная» Бикарбонаты в этой ситуации подвергаются разрушению и превращению в карбонаты нерастворимого типа, которые образуют осадок на стенках поверхности нагрева (накипь).

Са(НСО₃)₂ → СаСО₃↓ + СО₂ ↑ + Н₂О

Постоянная (карбонатно-некарбонатная) жёсткость воды - характеризуется присутствием в ней карбонатов, сульфатов, хлоридов, в редких ситуациях содержанием силикатов, нитратов и фосфатов кальция и магния. Данный вид жесткости не устраняется кипячением.

С химической точки зрения жёсткость воды определяется, как суммарная концентрация миллимолей частиц кальция и магния, содержащихся в 1 литре воды (ммоль/л).

Природная вода по показателям общей жёсткости делится на следующие категории:

воды с низкой жёсткостью (мягкие) - жёсткость 0,5 - 1,0 ммол/л;
умеренно жесткие воды - 1,0 - 4,0 ммол/л;
воды с высокой жёсткостью (жесткие) - более чем 4,0 ммол/л.

Критерии качества воды международных стандартов не нормируют жёсткость воды – исключительно единичные значения катионов кальция (Са²⁺) и магния (Mg²⁺) в воде.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КОМПЛЕКСОНОМЕТРИИ ПРИ ОПРЕДЕЛЕНИИ ЖЕСТКОСТИ ВОДЫ

Определение жесткости питьевой воды проводят в соответствии с ГОСТ 31954-2012. Согласно ГОСТ 31865-2012. «Вода. Единица жесткости» в Российской Федерации единицей меры жёсткости воды является градус жёсткости (°Ж) - концентрация щелочноземельного элемента, численно равная 1/2 его моля в мг/дм³ (г/м³).

Анализ состоит из нескольких последовательных этапов:

отбор проб;
подбор необходимого оборудования, приготовление титрованных растворов, реактивов и индикаторов;
установление поправочного коэффициента к концентрации раствора трилона Б;
титрование аликвоты анализируемого образца воды:
обработка и оформление результатов титриметрического анализа.

Отбор проб является важной частью анализа, необходимым условием правильности получаемых результатов. Отобранные пробы должны отвечать требованиям репрезентативности.

Пробу отбирают объемом не менее 400 см³. Срок хранения пробы воды - не более 24 ч.

Для увеличения срока хранения пробы и для предотвращения осаждения из воды карбонатов кальция (что характерно для подземных или бутилированных вод) пробу подкисляют кислотой хлористоводородной до pH < 2. Для расфасованной воды сроки и температурные условия хранения должны соответствовать требованиям, указанным в нормативной документации на готовую продукцию.

Целью этих операций является сохранение содержания соответствующего компонента без изменения на время, необходимое для доставки и обработки пробы воды. К анализу следует приступать в кратчайший срок после отбора пробы.

Сущность метода: метод основан на образовании при рН=10±0,01 прочного бесцветного комплексного соединения трилона Б с ионами кальция и магния.

Чувствительность метода составляет 0,1 ^оЖ при титровании 0,05н раствором трилона Б.

Ионы алюминия, кадмия, свинца, железа, кобальта, меди, марганца, олова и цинка влияют на установление конечной точки титрования и мешают определению. Для устранения мешающего влияния ионы меди, алюминия, железа, марганца, кобальта, никеля, кадмия, свинца, цинка переводят в сульфиды. Для уменьшения влияния марганца, железа, алюминия, меди добавляют от 5 до 10 капель раствора гидроксиламина гидрохлорида. Мутность (взвешенные вещества) пробы устраняют фильтрованием через мембранные фильтры с диаметром пор 0,45 мкм или бумажные обеззоленные фильтры «синяя лента».

Ионы ортофосфата и карбоната могут осаждать кальций в условиях титрования. Определению могут также мешать некоторые органические вещества. Присутствие в воде Сl^‑, SO₄^2‑ и НСО₃^‑ не мешает определению общей жесткости.

Если исследуемая проба была подкислена для консервации или проба имеет кислую среду, то в аликвоту пробы добавляют раствор гидроксида натрия до pH = 6 - 7. Если проба воды имеет сильнощелочную среду, то в аликвоту пробы добавляют раствор соляной кислоты до pH = 6 - 7.

При необходимости раздельного определения кальция и магния сначала определяют суммарное их количество. Затем в отдельной пробе осаждают кальций в виде оксалата кальция и оттитровывают ионы магния. Кальциевую жесткость определяют по разности.

Приготовление растворов и индикаторов

Раствор трилона Б 25 ммоль/л готовят путем растворения в теплой бидистиллированной воде точной навески (9,31 г) высушенного при 80 °С в течение двух часов реактива-порошка, в мерной колбе вместимостью 1000 см³. Установку поправочного коэффициента к концентрации раствора трилона Б, приготовленного из навески, проводят по раствору сульфата магния. Раствор из ГСО состава трилона Б или стандарт-титра (фиксанала) трилона Б готовят в соответствии с инструкцией по применению, разбавляя его до требуемой концентрации. Раствор трилона Б пригоден для использования в течение 6 мес. Рекомендуется не реже одного раза в месяц проверять значение поправочного коэффициента.
Стандартный раствор ионов магния 25 ммоль/дм³ готовят из ГСО состава водного раствора ионов магния или стандарт-титра (фиксанала) сульфата магния в соответствии с инструкцией по его применению, при необходимости разбавляя до требуемой концентрации.
Аммиачный буферный раствор с рН 10±0,01: растворяют 10 г хлорида аммония в 100 см³бидистилированной воды в мерной колбе на 500 см³, добавляют 50 см³ 25 % водного аммиака, тщательно перемешивают и доводят до метки бидистиллированной водой.
Индикаторы кислотный хром темно – синий или эриохром черный Т: 0,5 г индикаторной смеси (индикатор+натрия хлорид) растворяют в 20 см³ аммиачного буферного раствора и доводят объем до 100 см³ этиловым спиртом.

Установление коэффициента поправки к концентрации раствора трилона Б проводят путем титрования аликовоты стандартного раствора ионов магния раствором трилона Б до изменения окраски в эквивалентной точке от винно-красной (красно-фиолетовой) до синей (с зеленоватым оттенком) при использовании индикатора эриохром черный Т, а при использовании индикатора хромовый темно-синий кислотный до синей (сине-фиолетовой). Титрование проводят на фоне титрованной контрольной пробы. Значение коэффициента поправки должно быть равным 1,00 ± 0,03.

Коэффициент поправки (К) к концентрации раствора трилона Б рассчитывают по формуле:

, где

V - объем раствора трилона Б, израсходованный на титрование,

10 - объем раствора ионов магния

Анализ проводят в виде двух определений, для чего пробу анализируемой воды делят на две части.

Первую часть аликвоты помещают в коническую колбу, добавляют аммиачной буферной смеси, несколько капель индикатора и титруют окрашенную в розовый или фиолетово – розовый цвет жидкость раствором трилона Б. Титрование ведут медленно, по каплям, так как образование трилонатных комплексов происходит не мгновенно Вторую часть аликвоты также помещают в коническую колбу, добавляют буфер и индикатор и раствор трилона Б, которого берут на 0,5 см³ меньше, чем пошло на первое титрование, быстро и тщательно перемешивают и дотитровывают.

В процессе обработки результатов жесткость анализируемой воды вычисляют по формуле:

М - коэффициент пересчета, равный 2С_ТР (концентрация раствора трилона Б, моль/м³, как правило равняется 50);

F - множитель разбавления исходной пробы воды при консервировании (как правило 1);

K - коэффициент поправки к концентрации раствора трилона Б;

V_ТР- объем раствора трилона Б, израсходованный на титрование, см³;

V_ПР - объем пробы воды, взятой для анализа, см³.

В случае раздельного выявления содержащихся в пробе частиц щелочноземельных элементов, жёсткость воды Ж, °Ж, выявляют формулой:

, где

Сi - содержание щелочноземельного компонента в анализируемой воде, мг/дм³ (г/м³);

Ciэ - содержание щелочноземельного компонента, численно равного 1/2 его моля, выраженное в мг/дм³ (г/м³).

За результат измерения принимают среднеарифметическое значение результатов двух определений. Приемлемость результатов определений оценивают исходя из условия:

| Ж₁ – Ж₂ | ≤ r, где

r - предел повторяемости;

Ж₁ и Ж₂ - результаты определений по, Ж.

Если расхождение между двумя результатами превышает установленное значение, то определение жесткости воды повторяют.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

По результатам анализа доступной литературы можно сделать следующие выводы:

1. Комплексонометрия один из распространенных титриметрических методов количественного определения ионов металлов;

2. Жесткость воды – это совокупность химических свойств воды, обусловленная содержанием в ней солей щелочноземельных металлов, преимущественно кальция и магния.

3. Определение содержания кальция и магния в воде комплексонометричеким методом один из основных путей определения жесткости воды согласно ГОСТ 31954-2012.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Системы очистки воды Waterman [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://water2you.ru/articles/khimicheskie-elementy-v-vode-i-pokazateli-kachestva-vod/zhestkost-vody/
Руководство по анализу воды. Питьевая и природная вода, почвенные вытяжки / [составители: Муравьёв Александр Григорьевич и др. ; под ред. А. Г. Муравьёва]. - Изд. 4-е, перераб. и доп. - Санкт-Петербург : Крисмас+, 2018. - 359 с.
ГОСТ 31954-2012. Вода питьевая. Методы определения жесткости = Drinking water. Methods of hardness determination : межгосударственный стандарт : издание официальное : введен впервые : дата введения 2014-01-01 / Межгос. совет по стандартизации, метрологии и сертификации; Общество с ограниченной ответственностью «Протектор» совместно с Закрытым акционерным обществом «Центр исследования и контроля воды». - Изд. (июль 2018 г.) с Поправкой (ИУС 1-2017). - Москва : Стандартинформ, 2018. - V, 12 c.
ГОСТ 31865-2012. Вода. Единица жесткости = Water. Unit of hardness : межгосударственный стандарт: изд.офиц. : введен впервые : введен 2014-01-01 / Межгос. совет по стандартизации, метрологии и сертификации. - Москва : Стандартинформ, 2013. - III, 3 с.
ГОСТ Р 51232-98. Вода питьевая. Общие требования к организации и методам контроля качества = Drinking water. General requirements for organization and quality control methods : государственный стандарт Российской Федерации : издание официальное : введен впервые : введен 1999-07-01 / разработан "Технический комитет по стандартизации ТК 343 "Качество воды", [и др.]. - Переизд. Июнь 2000 г. - Москва : Изд-во стандартов, 2000. - III, 15 c.
Харитонов, Ю. Я. Аналитическая химия. Аналитика 2. Количественный анализ. Физико-химические (инструментальные) методы анализа : учебник / Ю. Я. Харитонов. - 6-е изд., испр. и доп. - М. : ГЭОТАР-Медиа, 2014. - 656 с.