Komplexometrie. Bleiben auch in Lösung als Komplexverbindung erhalten NH 3 + BF 3 [H 3 NBF 3 ] H 3 N BF 3. Fe CN - [Fe(CN) 6 ] 3-

Transkript

1 Komplexometrie Komplexe: Zusammengesetztes Teilchen (Ion oder Molekül) das durch Vereinigung von einfachen, selbständig und unabhängig voneinander existenzfähigen Molekülen oder Ionen entstanden ist H 3 + BF 3 [H 3 BF 3 ] H 3 BF 3 3- i Fe [Fe() 6 ] 3- i + 4 [i() 4 ] Fe Bleiben auch in Lösung als Komplexverbindung erhalten

2 Aufbau der Komplexe Komplex besteht aus Zentralatom oder -ion und Liganden Zusammenhalt über koordinative Bindungen (Donor-Akzeptor- Bindung) Anzahl der koordinativen Bindungen (des Zentralteilchens): Koordinationszahl (häufig 4 oder 6)

3 Aufbau der Komplexe Bestimmte Koordinationszahlen ergeben (oft) bestimmte Koordinationsgeometrien + H 3 Ag H 3 i H 3 l l Pt l H 3 H 3 Pt H3 l Fe 3- linear tetraedrisch quadratisch planar oktaedrisch

4 helatkomplexe Zähnigkeit eines Liganden: Anzahl der koordinativen Bindungen, die ein Ligand aufbauen kann. helatkomplex: Mehrzähniger Ligand besetzt mehrere Koordinationsstellen am gleichen Zentralteilchen (besonders stabil)

5 helateffekt helatkomplexe weisen eine besondere thermodynamische Stabilität auf: Grund: Entropieeffekt [Fe(H 2 ) 6 ] [Fe( 2 4 ) 3 ] H 2 G S = H > T S 0 G < 0

6 Komplexbildungskonstante M x+ + n L [ML n ] x+ x+ c([mln ] ) K = x+ c(m ) c(l) c([fe() ] c(fe ) c( Fe [Fe() 6 ] 4-6 K = 2+ 6 n 4 ) ) Gleichgewichtskonstante K (Komplexbildungskonstante) gibt Maß für die Stabilität einer Komplexverbindung Beim Vergleich: Koordinationszahl beachten!

7 Komplexbildungstitrationen u H [u(h 3 ) 4 ] 2+ 3 K = 3, Einzähnige Liganden nicht geeignet, weil keine sprunghafte Konzentrationsänderungen auftreten (schrittweise Substitution) [u(h 3 )] 2+ K = 1, u 2+ + H 3 [u(h 3 ) 2 ] 2+ K = 3, [u(h 3 )] 2+ + H 3 [u(h 3 ) 3 ] 2+ K = 7, [u(h 3 ) 2 ] 2+ + H 3 [u(h 3 ) 4 ] 2+ K = 1, [u(h 3 ) 3 ] 2+ + H 3

8 Komplexbildungstitrationen H 2 H H H + u 2+ u 2+ K=3, H H 2 H 2 H 2 Mehrzähnige Liganden verwenden (Substitution in einem Schritt) Sehr stabile helatkomplexe (spannungsfreie 5- oder 6-Ringe)

9 Komplexbildungstitrationen Sehr häufig verwendet wird EDTA (Ethylendiamintetraessigsäure) H 4 Y Wegen besserer Löslichkeit in Wasser als Dinatriumsalz a 2 H 2 Y (Titriplex III) H H 2 H 2 H 2 H 2 H H H 2 H 2 H H H 2 H 2 H 2 H 2 H H H H 2 H 2

10 M EDTA-Komplexe H 2 H 2 H 2 H 2 H H + M x+ + 2 H + H 2 H 2 Y 2- + M x+ MY x H + Bei der Titration werden H + freigesetzt: Puffer verwenden!

11 Indikation des Endpunkts Prinzip: Indikator bildet Komplex mit Metallion Während der Titration bildet sich Metall-EDTA-Komplex Zum Schluss wird das Metall aus dem Indikatorkomplex verdrängt Freier Indikator hat andere Farbe als komplexierter Indikator M 2+ M 2+ M [MInd] [MY] 2- [MInd] 2+ [MY] 2- [MY] 2- M 2+ M 2+ M 2+ M 2+ M 2+ M 2+ M 2+ [MInd] 2+ [MY] 2- [MY]2- [MY] 2- [MY] 2- [MY] 2- [MInd] 2+ [MY] 2- [MY] 2- [MY] 2- [MY] 2- [MY] 2- Ind [MY] 2- [MY] 2- [MY] 2- [MY] 2- [MY] 2- [MY] 2- [MY]2- [MY] 2- [MY] 2- Ind Indikator muss schwächeren Komplex mit Metall bilden als EDTA

12 Indikation des Endpunkts - 3 S H - 3 S M + M H + 2 H 2 Eriochromschwarz T H H S H H H H S 3 H H H H H 3 H 3 alconcarbonsäure Xylenolorange

13 Anwendung: Wasserhärte Wasserhärte: Gesamtkonzentration an alcium und Magnesiumsalzen im Wasser (Gesamthärte) Wir unterscheiden in: Temporäre Härte: verursacht durch lösliche Hydrogencarbonate, lässt sich durch Kochen beseitigen: a(h 3 ) 2 a 3 + H Permanente Härte: verursacht durch Mineralsalze (hloride, Sulfate, itrate etc.), lässt sich durch Kochen nicht beseitigen Angabe in deutscher Härtegrad ( d) 1 d entspricht 10 mg a pro Liter Wasser

14 Anwendung: Wasserhärte Vorgehen: Bestimmung der Gesamtkonzentration von a 2+ und Mg 2+ (Gesamthärte) durch Titration gegen Erio T bei ph ca. 10 Bestimmung der Konzentration von a 2+ (alciumhärte) durch Titration gegen alconcarbonsäure bei ph ca. 12 Mg H - Mg(H) 2

15 Beispiel Bei der Wasserhärtebestimmung wurden für 50 ml Trinkwasser 12 ml (V 1, Gesamthärte) bzw. 10 ml (V 2, alciumhärte) EDTA- Lösung (0,01 mol/l) verbraucht. Wie ist der Gesamthärtegrad in dh und wie viel mg a 2+ bzw. Mg 2+ ist pro Liter Wasser enthalten? n(a + Mg) = c V 1 = 0,01moll 0,012 L = 1,2 10 m(a, 50ml) = n(a + Mg) M ( a) = 1, mol mol 56,08g mol 1 = 6,73 10 g m(a,1000ml) = m(a, 50ml) 20 = 6,73 10 m(a,1000ml) dh = = 10 mg(a,1000ml) 0,1346g 0,010g = 13,46 g 20 = 0,1346g n(a,50ml) = c V 2 = 0,01moll 0,010 L = 1,0 10 n(mg,50ml) = n(a + Mg) n(a) = 1,2 10 m(a,1000ml) = 20 n(a) M (a) = 20 1,0 10 m(mg,1000ml) = 20 n(mg) M (Mg) = 20 0, mol mol 1, mol 40,08g mol -4-4 mol = 0, mol 24,31g mol mol = 80,2 mg 1-4 = 9,7 mg

16 Bestimmung von Al 3+ mit Rücktitration Al 3+ bildet nur langsam einen Komplex mit EDTA. Vorgehen: Abgemessener Überschuss von EDTA verwenden Überschuss an EDTA wird mit Titration durch Zn 2+ bestimmt Indikator: Xylenolorange (Erio T kann auch verwendet werden, bildet aber mit Al 3+ langsam einen sehr stabilen Komplex)

17 Beispiel Bei der Al 3+ - Bestimmung wurde Al 3+ mit 20,00 ml EDTA-Lösung (0,1 mol/l) komplexiert. Der Überschuss an EDTA wird mit ZnS 4 (0,2 mol/l) zurücktitriert. Verbrauch: 4,00 ml. Wieviel Al 3+ war in der Probe enthalten? n(edta) = c(edta) V (EDTA) = 0,1moll n(zn n(al m(al ) = c(zn ) = n(edta) n(zn ) = n(al ) V (Zn ) M (Al ) = 0,2 moll 2+ ) = 2,0 10 ) = 1, ,020 L = 2,0 10 0,004 L = 0,8 10 mol 0,8 10 mol 26,98g mol mol mol mol = 1, = 32,4 10 mol g = 32,4 mg