Giáo trình Hóa phân tích - Phương pháp tạo phức

BÀI 7 PHƯƠNG PHÁP TẠO PHỨC 1. Lý thuyết về phức chất: – Caùc phaân töû, ion coù theå keát hôïp vôùi nhau taïo phöùc chaát: CoCl 3 + 6NH 3 = [Co(NH 3 ) 6 ]Cl 3 Fe 2+ + 6CN ̅ = [Fe(CN) 6 ] 4 BF 3 + F - = [BF 4 ] - – Ñònh nghóa phöùc chaát (ôû traïng thaùi raén vaø dung dòch): Phöùc chaát laø hôïp chaát ôû nuùt maïng tinh theå coù chöùa caùc ion phöùc tích ñieän döông hay aâm (ion phöùc) coù khaû naêng toàn taïi ñoäc laäp trong dung dòch. Thaønh phaàn phöùc chaát Phöùc chaát: Caàu ngoaïi Caàu noäi [M (L) n ] ñt Chaát taïo phöùc Phoái töû Soá phoái töû Ñieän tích PC = Ñt (M) + n. Ñt (L) Ví duï: K 3 [Fe(CN) 6 ] [Fe(H 2 O) 6 ]Cl 2 Nguyeân nhaân taïo phöùc chaát: Do töông taùc tónh ñieän hoaëc cho – nhaän hoaëc goàm caû 2 töông taùc treân giöõa nguyeân töû trung taâm (M) vaø phoái töû (L) Phaân loaïi PC: Cation Anion Trung hoøa [Co(H 2 O) 6 ] 3+ [Al(OH) 4 ] - [Fe(CO) 5 ] [Co(NH 3 ) 3 Cl 3 ] Goïi teân PC : cation + anion phöùc hay cation phöùc + anion Haèng soá beàn cuûa phöùc (K b ) K 4 [Fe(CN) 6 ] = 4K+ +[Fe(CN) 6 ]4 [Fe(CN) 6 ]4 ⇌ Fe2+ +6CN ̅ 2 6 4 6 [ ][ ] [[ ( ) ] ] 1 kb b kb Fe CN K Fe CN K K      K kb caøng lôùn phöùc caøng keùm beàn. Ý nghĩa của hằng số bền (K, ) – hằng số không bền (Kkb,  ’): - Dựa vào hằng số bền hoặc hằng số không bền của các phức, có thể tính được nồng độ của phối tử và chất tạo phức. Ví dụ: tính nồng độ của phối tử và chất tạo phức trong dung dịch [Ag(NH3)2] + có nồng độ 1M, cho Kkb[Ag(NH3)2]+ = 5,89.10 -8 - Nếu trong dung dịch có nhiều chất có khả năng tạo phức thì có sự cạnh tranh. Chất nào có hằng số bền lớn (hay hằng số không bền nhỏ) sẽ chiếm ưu thế. Ví dụ: nếu cho muối Zn2+ tác dụng với Magiê complexonat theo phương trình: MgY2- + Zn2+  ZnY2- + Mg2+ Vì: 2 16,3 ( ) 10 kb ZnY K  2 8,7 ( ) 10 kb MgY K   Cation KYM lgKYM Cation KYM lgKYM Ag+ 2,1 . 107 7,32 Cu2+ 6,3 . 1018 18,80 Mg2+ 4,9 . 108 8,69 Zn2+ 3,2 . 1016 16,50 Ca2+ 5,0 . 1010 10,70 Cd2+ 2,9 . 1016 16,46 Sr2+ 4,3 . 103 8,63 Hg2+ 6,3 . 1021 21,80 Ba2+ 5,8 . 107 7,76 Pb2+ 1,1 . 1018 18,04 Mn2+ 6,2 . 1013 13,79 Al3+ 1,3 . 1016 16,13 Fe2+ 2,1 . 1014 14,33 Fe3+ 1,3 . 1025 25,10 Co2+ 2,0 . 1016 16,31 V3+ 7,9 . 1025 25,90 Ni2+ 4,2 . 1018 18,62 Th4+ 1,6 . 1023 23,20 Hằng số bền của phức kim loại với EDTA (phức bền với cation, không màu và tan) Ứng dụng của phản ứng tạo phức: - Tạo kết tủa: FeCl3 + 6KSCN → K3[Fe(CN)6] + 3KCl - Hòa tan kết tủa: AgCl + NH3 → [Ag(NH3)2]Cl - Che các ion gây cản trở: Fe3+vàng + 3HPO4 2- → [Fe(HPO4)3] 3- không màu - Thay đổi tính axit – bazo của các chất: Al(OH)3 + 6F - → [AlF6] 3- + 3OH- - Thay đổi tính oxi hóa khử của các chất: 2Fe3+ + 2I- ⇌ 2Fe2+ + I2; 6F - + Fe3+ → [FeF6] 3- 2. Định lượng bằng PP Complexon 2.1 Giới thiệu các hợp chất Comphexon - Complexon I (Trilon A), là nitril triacetic acid (NTA), viết tắt là H3Y. (Dùng làm chất che) Complexon II là etylen diamin tetraacetic acid (EDTA), viết tắt là: H4Y. (ít tan trong nước nên ít dùng) - Complexon III (Trilon B) là muối dinatri của acid etylen diamin tetra acetat (EDTA-Na2), viết tắt là: Na2H2Y (hoặc H2Y 2-). (Tan tốt trong nước, độ tinh khiết cao nên được dùng nhiều) - Đặc trưng phức complexon: (1) Tan tốt trong nước và một số dung môi hữu cơ. (2) Phản ứng với rất nhiều ion kim loại khác nhau ở các giá trị pH khác nhau, tức là có sự chọn lọc ion này so với ion khác. (3) Phản ứng với ion kim loại theo tỷ lệ 1:1 - Ứng dụng: Chuẩn độ trực tiếp; Chuẩn độ thừa trừ; Chuẩn độ thế; Sử dụng làm chất che. Những yêu cầu đối với phản ứng tạo phức được sử dụng trong chuẩn độ: + Phản ứng xảy ra hoàn toàn Kkb phải rất nhỏ. + Phản ứng phải xảy ra nhanh. + Chỉ tạo một thành phần phức. + Phải có PP xác định điểm tương đương. 2.2 Nguyên tắt của phương pháp: dựa trên phản ứng tạo phức bền, tan của các complexon (đặc biệt là EDTA) với cation kim loại. 2.3 Chỉ thị kim loại trong chuẩn độ complexon Cơ chế: - Trước chuẩn độ: Mg2+ + HInd2- ⇌ MgInd- + H+ (Xanh) (Đỏ nho) - Khi chuẩn độ: Mg2+ + H2Y 2- ⇌MgY2- + 2H+ - Tại điểm tương đương, có sự cạnh tranh tạo phức: MgInd- + H2Y 2- + OH- ⇌ MgY2- + HInd2- + H2O (Đỏ nho) (Xanh) Yêu cầu đối với chỉ thị kim loại: - Phản ứng tạo phức giữa chỉ thị với ion kim loại là phản ứng thuận nghịch. - Màu của chỉ thị dạng tự do phải khác (tương phản) với màu của dạng phức với ion kim loại. - Phức của chỉ thị với kim loại phải kém bền hơn phức của complexon với kim loại 3. Các phản ứng chuẩn độ thông dụng Đỏ nho Đỏ nho Đỏ nho đỏ Đỏ nho Định lượng Ba2+: Cho Ba2+ cần định lượng tác dụng với một lượng dư chính xác EDTA. Định lượng EDTA dư bằng dung dịch Mg2+.