4.Gyakorlat – Oldatkészítés szilárd sóból, komplexometriás titrálás Oldatkészítés szilárd anyagokból Szükséges anyagok: A gyakorlatvezető által kiadott szilárd sók Szükséges eszközök: 1 db 100 cm3-es mérőlombik, főzőpohár, üvegbot, tölcsér, desztillált vizes lombik Feladatok: Adott koncentrációjú oldat készítése a megfelelő szilárd anyagok oldásával. A jegyzőkönyvben a számolás teljes menetét fel kell tüntetni. A gyakorlatvezető által megadott oldat-koncentráció alapján a számított tömegű szilárd sót mérlegen főzőpohárban bemérjük (jegyezék fel a pontos tömeget). A bemért mintát desztillált vízben feloldjuk, és tölcséren át a tiszta mérőlombikba töltjük. Hogy az oldat cseppje a pohár falán le ne csurogjon, a pohár kiöntőjéhez üvegbotot támasztunk. A mérőlombikba az utolsó cseppeket adagolhatjuk cseppentő kapillárisból vagy a desztillált vizes palackból. Számítások: Pl. Készítsünk 100 cm3 0,5 mol/dm3 koncentrációjú réz-szulfát oldatot CuSO4*5 H2O-ból. A számítás menete a következő: a készítendő oldat 0,5 mol/dm 3 koncentrációjú, ezért 1000 cm3 (1 dm3) oldat tartalmaz 0,5 mól oldott sót. Mivel nekünk csak 100 cm 3 oldatra van szükségünk, ezért tized annyi oldathoz tizednyi, vagyis 0,05 mól só kell. Ahhoz, hogy a szilárd kristályvizes sóból ki tudjuk mérni a szükséges mennyiséget, a só anyagmennyiségét át kell számolni tömegre az anyag moláris tömegének segítségével. A kristályvizes réz-szulfát moláris tömege: M=249,5 g/mol. A kiszámított anyagmennyiséget a moláris tömeggel megszorozva megkapjuk a bemérendő tömeget (m=n*M), ami ebben az esetben 12,475 g lesz. A jegyzőkönyvben szerepeljen a gyakorlat rövid leírása, illetve a számolások menete!
Komplexometriás titrálások A fémionok oldatban nem „szabadon” léteznek, hanem különböző ligandumok (magános elektronpárral rendelkező semleges molekulák, negatív ionok) koordinálódnak hozzájuk meghatározott térbeli elrendeződés szerint. Vizes oldatban a fémionok akvakomplexek alakjában létezhetnek. A komplexometriás titrálás során a fémion ismeretlen mennyiségét határozzuk meg a komplexképző ligandumból készített mérőoldat segítségével. Ehhez olyan reakció használható fel, ahol a komplexképződés sztöchiometrikusan, gyorsan, mellékreakció és csapadékképződés nélkül lezajlik. Jelenleg legelterjedtebben alkalmazott komplexképző az etilén-diamintetraecetsav, amely csaknem valamennyi kationnal, így a két-, három-, négyértékű fémionokkal is komplexet képez. Mérőoldatként dinátrium-sójának (EDTA) vizes oldatát használjuk. Az EDTA molekulája több donoratomot tartalmaz, amelyek fémionnal kapcsolódva több kelátgyűrűt alakítanak ki, és igen nagy stabilitású, általában 1:1 összetételű komplex jön létre. A fémion töltéséőıl függetlenül egy kation egy EDTA-molekulával reagál.
A komplexometriás titrálások alapfeltétele, hogy a keletkező komplex stabilitása nagy legyen, mert ettől függ a titrálás végpontjának élessége. A komplex stabilitási állandójának nagysága a fémion tulajdonságainak függvénye. Mivel a komplexképzıdési folyamatban hidrogénion leadás történik, így az analízis kivitelezését általában pufferolt közegben végezzük. A komplexometriás titrálások végpontjelzésére olyan fémindikátorokat alkalmaznak, amelyek a titrálandó fémmel az adott reakciókörülmények között (pH, stb.) más színű komplexet képeznek, mint a saját színük. A titrálás folyamán az indikátor-komplexnek a színe látható, a titrálás végpontjában a mérőoldat a fémionhoz kötött indikátort komplexéből kiszorítja, az oldat az indikátor szabad színét mutatja. Mindebből az is kitűnik, hogy ekkor nem átmeneti színre titrálunk. Az a helyes végpont, amely után a következő csepp mérőoldat már nem okoz színváltozást. Az indikátor molekula kiszorítása a komplexből lassan végbemenő folyamat, ezért az ekvivalenciapont közelében cseppenként adagoljuk a mérőoldatot, hogy a ligandum-csere teljes mértékben végbe tudjon menni. CH2-COOCH2-COO-
N-CH2-COO-
N-CH2-COO(CH2)2 N-CH2-COO-
(CH2)2 Me2+
Me2+
N-CH2-COOCH2-COO-
CH2-COO-
EDTA 4-es koordinációban
EDTA 6-os koordinációban
Feladat: a gyakorlaton készített oldatok fémkoncentrációjának ellenőrzése komplexometriás titrálással. Felhasznált vegyszerek: 0,05 mol/dm3 koncentrációjú EDTE mérőoldat (ismert faktorú), az előző alkalommal készített oldat, desztillált víz, pH beállító puffer (NH4Cl-NH4OH puffer), cc. NH3, 2 mol/dm3 koncentrációjú NaOH-oldat, indikátor (murexid, eriokrómfekete T) Felhasznált eszközök: büretta, 200 cm3-es Erlenmeyer-lombikok, pipetták Feladat leírása: a gyakorlaton készített sóoldatok koncentrációinak függvényében ki kell számolni az oldatból történő bemérést, úgy hogy az EDTE mérőoldatból a fogyás kb.20 cm 3 legyen. Me + EDTE = MeEDTE
Számítás menete: Pl. 0,1 mol/dm3 koncentrációjú CuSO4-oldat esetében (rézre nézve 6,35 g/l koncentrációjú) 1. Előzetes számítás a megfelelő bemérés kiszámításához: A lejátszódó folyamat egyenlete: Cu2+ + EDTE2- = CuEDTE A reakcióegyenletből látható, hogy 1 mol réz-ion 1 mol EDTE-vel reagál. Amennyiben azt szeretnénk, hogy a mérőoldatból kb. 20 cm3 fogyjon, akkor a bemérés a következő legyen: az EDTE mérőoldat 0,05 mol/dm 3 koncentrációjú, tehát 1 dm3 oldatban 0,05 mol EDTE van, ha kb. 20 cm3 fogyással számolunk, akkor ez 0,001 mol EDTE-nek felel meg. Mivel 1mol EDTE 1 mol fémionnal reagál, ezért 0,001 mol EDTE 0,001 mol rézzel fog komplexet képezni. Mivel tudjuk, hogy a rézszulfát oldatunk rézre nézve kb. 0,1 mol/dm 3 koncentrációjú, ezért: ha 0,1 mol CuSO4-van 1 dm3 CuSO4-oldatban akkor 0,001 mol CuSO4-van x dm3 CuSO4-oldatban x=0,001 mol*1 dm3/0,1 mol=0,01 dm3= 10 cm3 CuSO4-oldatban van 0,001 mol réz-ion. Tehát az elkészített 100 cm3 oldatból (~0,1 mol/dm3 koncentrációjú CuSO4-oldat) 10-10 cm3-t fogunk bemérni az Erlenmeyer-lombikokba és a titrálást a leírásban szereplő módon végezzük. A többi fém esetében is azonos a számolás menete. 2. A valódi fémkoncentráció kiszámítása a kapott fogyások alapján: Mivel a törzsoldatunk valódi koncentrációját nem ismertük, ezért végeztük el a fémkoncentráció mérését komplexometriásan. Amennyiben az oldatunk rézre nézve valóban 0,1 mol/dm3 koncentrációjú és az EDTE oldat faktora 1,000 akkor a fogyásnak 20 cm 3-nek kellene lennie. Ezek a feltételek általában nem teljesülnek. A számolás menete a következő: Legyen az EDTE faktora 0,995 (ez azt jelenti, hogy az EDTE oldat valódi koncentrációja nem 0,05 mol/dm3, hanem 0,05*0,995=0,04975 mol/dm3), a három párhuzamos mérésre a fogyások átlaga legyen 20,56 cm3. Most, hogy a faktor ismeretében kiszámoltuk a mérőoldat valódi koncentrációját, a számolás a következőképpen alakul: 1000 cm3 EDTE-oldatban van 0,04975 mol EDTE akkor, 20,56 cm3-ben EDTE-oldatban van x mol x=20,56*0,04975/1000=0,00102mol=1,023 mmol EDTE Ez megegyezik a komplexbe vitt réz mennyiségével, tehát a bemért 10 cm3 oldatban 1,023 mmol réz volt. Vagyis, az oldatunk rézre nézve a feltételezett 0,1 mol/dm 3 koncentráció helyett 0,1023 mol/dm3 koncentrációjú. A különböző fémek titrálási receptjei: Zn2+ mérése kelatometriásan: A törzsoldatból 3 db 200 cm 3-es Erlenmeyer-lombikba pipettázzuk a megfelelő oldatrészleteket. Térfogatukat 80-90 cm3-re kiegészítjük desztillált vízzel, és 5 cm3 pufferoldatot adunk hozzá. A pH~10 beállását univerzál indikátorpapírral ellenőrizzük. Kevés
eriokrómfekete T indikátor mellett titráljuk rózsaszínből tiszta kékbe 0,05 mol/dm 3 koncentrációjú EDTE mérőoldattal. Ni2+ mérése kelatometriásan: A törzsoldatból 3 db 200 cm 3-es Erlenmeyer-lombikba pipettázzuk a megfelelő oldatrészleteket. Addig csepegtetünk bele cc. NH3-át, amíg opalizálni kezd. Azonnal 2 cm 3 pufferoldatot öntünk hozzá, amitől az oldat kitisztul. Ha nem, akkor további néhány csepp pufferoldatot adunk hozzá. Térfogatukat 100 cm3-re egészítjük ki desztillált vízzel, kevés murexid indikátort adva hozzá titráljuk 0,05 mol/dm3 koncentrációjú EDTE oldattal sárgából állandó ibolya színig. (Vigyázzunk, hogy a halványkék színű ammóniás oldatba ne adagoljuk túl a sárgaszínű murexid indikátort!) Cu2+ mérése kelatometriásan: A törzsoldatból 3 db 200 cm 3-es Erlenmeyer-lombikba pipettázzuk a megfelelő oldatrészleteket. Addig csepegtetünk bele cc. NH3-át, amíg opalizálni kezd. Azonnal 2 cm 3 pufferoldatot öntünk hozzá, amitől az oldat kitisztul. Ha nem, akkor további néhány csepp pufferoldatot adunk hozzá. Térfogatukat 100 cm3-re egészítjük ki desztillált vízzel, kevés murexid indikátort adva hozzá titráljuk 0,05 mol/dm3 koncentrációjú EDTE oldattal sárgából állandó ibolya színig. (Vigyázzunk, hogy a halványkék színű ammóniás oldatba ne adagoljuk túl a sárgaszínű murexid indikátort!) (fém koncentráció az oldatban max. 0,01 mol/dm3) Ca2+ mérése kelatometriásan: A törzsoldatból 3 db 200 cm 3-es Erlenmeyer-lombikba pipettázzuk a megfelelő oldatrészleteket. Desztillált vízzel a térfogatukat mérőhengerrel 100 cm3-re egészítjük ki, és 2 cm3 2 mol/dm3 koncentrációjú karbonátmentes NaOH oldatot adunk hozzá. Kevés murexid mellett titráljuk 0,05 mol/dm3 koncentrációjú EDTE mérőoldattal sárgáspirosból lilába színállandóságig. (Vigyázzunk, hogy ne titráljuk túl!) Mg2+ mérése kelatometriásan: A törzsoldatból 3 db 200 cm 3-es Erlenmeyer-lombikba pipettázzuk a megfelelő oldatrészleteket. Desztillált vízzel a térfogatukat mérőhengerrel 100 cm3-re egészítjük ki, és 5 cm3 pufferoldatot öntünk hozzá, kevés eriokrómfekete T indikátort szórunk bele, pH-ját univerzál indikátorpapírral ellenőrizzük (pH~10), és 0,05 mol/dm 3 koncentrációjú EDTE mérőoldattal titráljuk lilás színből tiszta kékig. Cd2+ mérése kelatometriásan: A törzsoldatból 3 db 200 cm 3-es Erlenmeyer-lombikba pipettázzuk a megfelelő oldatrészleteket. Desztillált vízzel a térfogatukat mérőhengerrel 100 cm3-re egészítjük ki, és 5 cm3 pufferoldatot öntünk hozzá, kevés eriokrómfekete T indikátort szórunk bele, pH-ját univerzál indikátorpapírral ellenőrizzük (pH~10), és 0,05 mol/dm 3 koncentrációjú EDTE mérőoldattal titráljuk tiszta kék színig. Jegyzőkönyvben szerepelnie kell a számolás menetének, a mért fogyásoknak és az eredeti oldatban lévő só koncentrációjának (mol/dm3 és g/l formában is megadva).
