絡合滴定法

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引言

滴定法或滴定分析是一種分析方法，用於檢測未知分析物的濃度。它是一種體積測量方法，因此也稱為容量分析法。配製標準試劑或滴定液的溶液，然後使其與分析物反應以獲得其濃度。試劑或滴定液反應的體積稱為滴定體積。有各種滴定方法。絡合滴定法是其中一種。它是一種滴定方法，其中有色配位配合物的形成指示了絡合滴定的終點。由於它涉及金屬螯合物的形成，因此也稱為螯合滴定法。

什麼是絡合滴定法？

絡合滴定法是一種容量分析方法，其終點涉及有色配合物的形成。它尤其用於檢測溶液中的金屬離子。為此，金屬離子或陽離子與絡合試劑反應。這些試劑通常是陰離子或中性分子。因此，它們與陽離子或金屬離子共享其上存在的未成對電子。絡合指示劑用於透過形成有色配合物來檢測終點。例如，金屬銀與氰化物反應形成配合物，如下所示：

$$\mathrm{Ag^{+}\:+\:2CN^{-}\:\longleftrightarrow\:[Ag(CN)_{2}]^{-}}$$

中心金屬原子稱為路易斯酸，而配體稱為路易斯鹼。中心金屬原子或受體與供體或配體之間形成的鍵是配位鍵。滴定中常用的滴定劑是 EDTA。它是一種六齒配體，因為它可以提供六個電子對。EDTA 的全稱是乙二胺四乙酸。因此，它包含兩個胺基和四個羧基。EDTA 的結構為：

它簡稱為𝐻₄𝑌。它幾乎可以與所有金屬離子形成配合物，並且形成的配合物也足夠穩定。幾乎所有形成的絡合離子的化學計量，無論金屬離子如何，都是 1:1。除𝐶𝑟³⁺離子外，所有反應都很快，並形成無色、水溶性的化合物。金屬離子與 EDTA 之間的普遍反應如下所示。

$$\mathrm{M^{n+}\:+\:H_{4}Y\:\longleftrightarrow\:MY^{(4-n)-}\:+\:4H^{+}}$$

為了獲得終點，使用檢測器。

絡合指示劑

終點檢測是絡合滴定中的一個重要步驟。因為這是我們可以確定分析物未知濃度的步驟。主要有兩種檢測方法：目視法或金屬指示劑或金屬顯色指示劑和儀器法。

目視法

目視法是一種常用的方法，其準確性高，成本低廉，是一種傳統方法。絡合指示劑中的金屬離子指示劑用於檢測絡合滴定中的終點。有機染料通常用於此目的，因為它們可以在滴定反應過程中為金屬離子著色。其中，滴定劑 EDTA 取代指示劑，與金屬離子形成穩定的配合物，並且在終點處可見顏色變化。反應結束時產生的新顏色是由於指示劑中存在遊離配體。使用的指示劑的一個例子是鉻黑 T。該指示劑也是一種弱酸。金屬離子 Mg²⁺與指示劑發生反應，如下所示：

$$\mathrm{Mg^{2+}\:+\:Hlnd^{2-}(藍色)\:\rightarrow\:Mglnd^{-}(紅色)+\:H^{+}}$$

$$\mathrm{Mglnd^{-}(紅色)\:+\:H_{2}Y^{2-}\rightarrow\:Mgy^{2-}(無色)\:+\:Hlnd^{2-}(藍色)\:+\:H^{+}}$$

顏色從紅色變為藍色是終點。

儀器法

儀器法涉及藉助電位滴定法測量金屬配合物的氧化還原電位。鉑電極可用於此目的。另一種可用的指示劑是汞指示劑，其中在金屬和 Hg-EDTA 配合物反應期間測量電位變化。反應為：

$$\mathrm{Mg^{2+}\:+\:Hg\:-\:EDTA^{2-}\:\rightarrow\:Hg^{2+}\:+\:Mg\:-\:EDTA^{2-}}$$

另一種方法是光度滴定法，其中測量吸光度。在吸光度光譜中形成的配合物的值為零，這是使用這種方法的基礎。

使用 EDTA 的絡合滴定法

使用 EDTA 的滴定劑在絡合滴定法中很常見。由於 EDTA 的絡合物形成足夠穩定，並且使用金屬顯色指示劑進行終點檢測也經濟且準確。例如，使用 EDTA 來測定水中金屬離子以檢測水的硬度。水中存在的離子與金屬形成絡合物，如下所示：

$$\mathrm{M^{+2}\:+\:H_{2}Y^{2-}\:\rightarrow\:MY^{2-}\:+\:2H^{+}}$$

$$\mathrm{M^{+3}\:+\:H_{2}Y^{2-}\:\rightarrow\:MY^{-\:}+\:2H^{+}}$$

使用的指示劑是鉻黑 T。當鉻黑 T 不含金屬離子時，其顏色會從酒紅色變為藍色。這樣就可以檢測到終點。

絡合滴定法的型別

下面討論不同型別的絡合滴定法。

• 直接滴定 - 與酸鹼滴定一樣，陽離子或金屬離子直接用 EDTA 滴定。並使用指示劑檢測終點。

• 返滴定 - 在這種滴定中，存在 EDTA 的返滴定。當分析物與 EDTA 之間的反應幾乎完成時，這種型別的滴定法包括新增更多量的 EDTA 並再次進行滴定。這些適用於不能與 EDTA 形成足夠穩定化合物的滴定。

• 置換滴定 - 當直接滴定和返滴定無效時，使用這種方法。它包括用等量的金屬離子置換 EDTA 配合物中的鎂或鋅離子。然後用 EDTA 溶液再次滴定釋放出的離子。使用的指示劑是鉻黑 T。它通常用於測定鈣鹽。

• 間接滴定 - 用於可以與陽離子形成沉澱的陰離子使用這種滴定法進行估計。它們不能與 EDTA 反應，因此使用間接滴定法分析它們。通常使用這種方法估算鋇離子。

絡合滴定法的應用

• 它用於估計水的硬度。

• 它用於解釋尿液樣本。

• 它用於估計藥物中的金屬濃度。

• 它可用於估計溶液中弱酸的含量。

結論

滴定法對於估算溶液中存在的分析物的未知濃度非常重要。絡合滴定法在其中很重要。可以使用這種技術估算金屬離子。在此過程中常用的滴定劑是 EDTA。使用的指示劑是有機染料。鉻黑 T 是常用的指示劑。還存在一些其他指示劑，並且具有不同的滴定型別。絡合滴定法主要有四種類型。它們是直接滴定、間接滴定、返滴定和置換滴定。由於基於該技術的估計在經濟上是良性和高效的，因此該技術的應用也很廣泛。

常見問題解答

1. 誰發現了絡合滴定法？

格羅德·施瓦岑巴赫在發現目視顏色指示劑的過程中發現了絡合滴定法。

2. 絡合滴定法中是否使用緩衝液？

為了抵抗反應過程中 pH 值的變化，使用緩衝液。並且該滴定法中涉及的所有反應都依賴於 pH 值。因此，在此滴定過程中新增緩衝液非常重要。

3. 螯合劑如何在絡合滴定法中使用？

可以與金屬形成螯合物的有機試劑是螯合劑。這些化合物含有兩個或多個可以與金屬離子形成配合物的基團，從而形成螯合物。並且是一種稱為螯合滴定的絡合滴定法。

4. 絡合滴定法的侷限性是什麼？

侷限性是：

• 進行分析需要大量的物質。

• 在此過程中人為錯誤的可能性很高。

• 會產生大量的化學廢物作為副產物。

5. 什麼是掩蔽和解蔽？

在分析過程中透過與化學成分反應而干擾的試劑是掩蔽劑。解蔽是一個過程，其中掩蔽的物質恢復其參與化學反應的能力。錳、氰化物等是掩蔽劑的例子。三乙醇胺是一種解蔽劑。