Laboratorní práce

 

Cíl práce: Praktické zvládnutí základů chelatometrie

 

Úkol: 1) Titrovat roztok Mg2+ nebo Zn2+ eriochromčerň T

          2) Stanovit: a) Ca2+ na murexid a methylthymolovou modř

                              b) Cu2+ na glycinthymolovou modř

                              c) Ni2+ ( Co2+ ) na murexid

          3) Stanovit Zn2+ nebo Pb2+ na xylenolovou oranž

          4) Podle pokynů vyučujícího stanovit

                              a) zpětnou titrací Pb2+

                              b) vytěsňovací reakcí čistotu oxidu, dusičnanu nebo uhličitanu Pb, Hg, Mn nebo dle zadání

                              c) přímou titrací směs Bi3+ a Pb2+ (Zn2+)

 

Princip: Většina klasických metalochromních (chelatometrických) indikátorů jsou svou podstatou acidobazické indikátory (Eriochromčerň T (dále jen Erio T), violeť pyrokatechinová, oranž xylenolová, murexid aj.). Uvedené indikátory (organická barviva) tvoří v kyselém i zásaditém prostředí s kationty Men+, kde n = 2,3,4, barevné, ve vodě rozpustné, komplexy [MeIndikátor] v poměru 1:1. Kationty Men+ jsou však v komplexu vázány jen slabě. Proto jsou schopné vstoupit do nového, pevnějšího, komplexu s disodnou solí kyseliny ethylendiamintetraoctové (dále EDTA (H2Y2-)). Princip přímého stanovení těchto kationtů proto spočívá v titraci komplexu kovu s indikátorem [MeIndikátor] pomocí EDTA (komerční označení Chelaton 3)

[MeIndikátor] + H2Y2- --------> [MeY2-] + 2 H+ + Indikátor

V okamžiku, kdy veškeré množství kovu je již vázáno v novém, pevnějším, komplexu s EDTA, se ze původního, slabšího, komplexu uvolní Indikátor (barvivo). Zabarvení uvolněného Indikátoru je však jiné, než měl výchozí komplex [MeIndikátor]. Tento okamžik (změna zbarvení roztoku) je indikací konce titrace. Ze známé spotřeby Chelatonu lze vypočítat množství příslušného kationtu v roztoku.

Nepřímých (zpětných) titrací se využívá nejčastěji k stanovení těch kationtů, které se v amoniakálním prostředí srážejí, a proto nemohou tvořit komplex, který by se dal titrovat Chelatonem (př. Pb2+ aj.). Proto se v mírně kyselém prostředí přidává k roztoku kationtu přímo nadbytek Chelatonu. Tím Pb2+ přejdou do komplexu a již se nemohou srážet jako hydroxid. Nadbytečný (nezreagovaný, nespotřebovaný) Chelaton se titruje odměrným roztokem MgSO4 nebo ZnSO4.

Princip vytěsňovacích reakcí je založen na skutečnosti, že většina kationtů Men+ tvoří s EDTA pevnější komplexy, než ionty hořečnaté. Přidá-li se tedy k roztoku kationtu (př. Hg2+) pevný Chelatonát hořečnatý (MgY2-(hořečnatodisodná sůl (Mg-EDTA))), dochází k vytěsnění iontů hořčíku do roztoku podle rovnice

 

Me2+ + MgY2- ---------> MeY2- + Mg2+

(př.Hg2+ + MgY2- ---------> HgY2- + Mg2+)

Z Chelatonátu hořečnatého uvolněný hořčík se titruje odměrným roztokem Chelatonu a provede se výpočet (př. rtuti).

Tvým úkolem je podle zadání vyučujícího na konkretních titracích a stanoveních zvládnout základy této elegantní metody tak, abys v příštích cvičeních (včetně příštího školního roku) byl (a) schopen (a) již bez problémů této metody využívat v dalších aplikacích využití chelatometrie

 

Pomůcky : stojan s 2 byretami , titrační baňky, kovová špachtle, pipety, střička

Chemikálie a roztoky: odměrný roztok Chelatonu 3, c[Chelatonu] = 0,025 mol.l-1, odměrný roztok MgSO4, c[MgSO4] = 0,025 mol.l-1, jako indikátory oranž xylenolová, Erio T, methylthymolová modř a murexid (vždy ve směsi 1:100 s pevným NaCl), zásobní roztoky Mg(NO3)2 , NiSO4, Pb(NO3)2 a ZnSO4, CuSO4, Bi(NO3)3, Schwarzenbachův amoniakální pufr, 10% urotropin, zředěná HCl (1:3), 5% HNO3, pevné uhličitany, oxidy, dusičnany CuII, BiIII,PbII, HgII a MnII, Mg-EDTA, 5% KOH

 

Postup :  Postup si několikrát  C E L Ý !! přečti a osvoj si jej tak, abys měl vždy přehled o tom, v které fázi pokusu se nalézáš a jaký krok bude následovat !

Ad 1) Titrace Mg2+ (Zn2+): Do 3 titračních baněk odpipetuj 10 ml Mg(NO3)2, (ZnSO4), stěny opláchni ze střičky nejméně 50-75 ml vody a z byrety přidej 2 ml Schwarzenbachova pufru. Na špičku špachtle přidej tolik Erio T až vznikne vínově červené zbarvení roztoku. Titruj tak dlouho, až jedinou kapkou odměrného roztoku se obsah první titrační baňky zbarví čistě modře. Ke konci titruj pomalu, neboť změna barvy má u Mg2+ kratičkou časovou prodlevu! Tuto titraci považuj za orientační. Opakuj ještě se zbývajícími baňkami.

Ad 2a) Stanovení Ca2+ přímou titrací: Do čtyř titračních baněk odpipetuj roztok obsahující Ca2+ v objemu, který Ti určí vyučující. Po opláchnutí stěn baněk nejméně 50-75 ml vody, přidej z byrety do všech 2 ml pufru a 5 ml KOH. Do prvních dvou na špičku špachtle přidej murexid do červenooranžového až růžového, do dalších dvou methylthymolovou modř do světle modrého zbarvení roztoku. První dvě baňky titruj do fialovočervené barvy, další z modravé do šedé až bezbarvé (v závislosti na sytosti výchozího modrého zbarvení). Změnu zbarvení musíš docílit jedinou !! kapkou odměrného činidla.Vypočítej množství Ca2+ když víš, že 1 ml Chelatonu 3 odpovídá 1,002 mg Ca.

Ad 2b) Stanovení Cu2+ přímou titrací: Do 2 titračních baněk odpipetuj vždy 10 ml roztoku Cu2+ a opláchnutím stěn vodou ze střičky zřeď na objem 150 - 200 ml. Špachtlí přidej glycinthymolovou modř a pipetou tolik roztoku urotropinu, až se objeví modré zbarvení a pak ještě dalšího 0,5 ml. Titruj do zelenožlutého až hnědozeleného zbarvení (podle množství Cu a indikátoru). Vypočítej množství Cu2+ když víš, že 1 ml Chelatonu 3 odpovídá 1,588 mg Cu.

Ad 2c) Stanovení Ni2+ ( Co2+ ) přímou titrací: proveď jako při stanovení ad 2a) Ca2+ přímou titrací na murexid, ale bez přídavku KOH. Titruj z žlutohnědé až hnědé (v závislosti na množství kationtů ) do fialové. Každou první titraci považuj za orientační. K výpočtu použij spotřebu z další titrace s tím, že 1 ml Chelatonu 3 odpovídá 1,467 mg Ni2+ a 1,473 mg Co2+.

Ad 3) Stanovení Zn2+ (Pb2+) přímou titrací: Do 3 titračních baněk odpipetuj roztok Zn2+ (Pb2+) v objemu, který Ti určí vyučující. Střičkou opláchni stěny baňky nejméně 50-75 ml vody a přidej 2 ml urotropinu a na špičku špachtle xylenolovou oranž. Titruj z červenofialového do citrónově žlutého zbarvení roztoku. Změnu zbarvení musíš docílit, jako shora, jedinou kapkou činidla. 1 ml Chelatonu 3 odpovídá 1,634 mg Zn nebo 5,180 mg Pb.

Ad 4a) Stanovení Pb2+ zpětnou titrací: Do titrační baňky odpipetuj vyučujícím určené množství roztoku obsahujícího Pb2+. Stěny baňky opláchni nejméně 50-75 ml vody. Obsah baňky okysel 1 ml HNO3 a přidej 25 ml Chelatonu. Do tohoto roztoku dále přidej 5 ml Schwarzenbachova pufru, a tolik Erio T, až je roztok čistě modře zbarven. Odměrným roztokem MgSO4 proveď titraci do vínově červeného zbarvení. K výpočtu použij rozdíl 25 - spotřeba MgSO4. 1 ml Chelatonu odpovídá 5,180 mg Pb.

Ad 4b) stanovení čistoty solí vytěsňovací reakcí:  Od vyučujícího obdržíš 2 titrační baňky spolu s hodnotou navážky určeného oxidu, uhličitanu nebo dusičnanu. Obsah každé baňky rozpusť v 1 ml HCl (za příp. mírného zahřátí). Dusičnany rozpouštěj přímo v cca 50 ml vody. Po rozpuštění stěny baněk opláchni nejméně 75-100 ml vody. Na  špičku lžičky z plastu  přidej pevný Mg-EDTA. Po jeho rozpuštění přidej 5 ml pufru ( k dusičnanu jen 2 ml), dále Erio T do vínově červené barvy a titruj. Ke konci titruj pomalu, neboť barevná změna má krátkou časovou prodlevu. Spotřeby při jednotlivých stanoveních oxidů dosaď do vzorce:

 

        spotřeba . f [Chelatonu] . E

% MeO = ----------------------------------------- . 100

navážka [mg]

 

kde E představuje hodnotu rovnající se dvacetipětitisícině molekulové hmotnosti přísluš. oxidu. Oba výsledky zprůměruj.

Tentýž vzorec použij pro výpočet % obsahu uhličitanů i dusičnanů. Za E dosadíš hodnotu rovnající se dvacetipětitisícině molekulové hmotnosti stanovovaného uhličitanu, event. dusičnanu (hodnotě ekvivalentu). Do výpočtu molekulové hmotnosti musíš zahrnout i případnou krystalickou vodu ! Výsledky zprůměruj a uveď do protokolu.

 

Ad 4c) titrace směsi Bi3+ a Pb2+ (Zn2+): Ke vzorku obsahujícím směs obou kationtů, který obdržíš od vyučujícího, přidej tolik xylenolové oranže, až se roztok zbarví červenofialově. Titruj roztokem Chelatonu do okrové barvy. Spotřeba odpovídá obsahu Bi. K ztitrovanému roztoku přidej tolik pevného urotropinu ( na špičku lžičky), až se roztok zbarví opět červenofialově (pH = 5-6). Titruj znovu do žluté barvy. Spotřeba odpovídá množství Pb, příp. Zn. Vypočítej obsah kovů ve směsi když víš, že 1 ml Chelatonu odpovídá 5,224 mg Bi, 5,180 mg Pb a 1,634 mg Zn.

 

 

Výsledky a závěry:

Do protokolu uveď včetně všech spotřeb při jednotlivých titracích:

1) Zásobní roztoky obsahovaly .....mg Ca, (.....mg Ni, .....mg Cu), .....mg Zn, .....mg Pb )

2) Oxid..……….......je.......%-tní, tj. obsahuje .....% nečistot

3) Uhličitan..……....je.......%-tní, tj. obsahuje .....% nečistot

4) Dusičnan...……...je.......%-tní, tj. obsahuje ......% nečistot

5) Směs kationtů obsahovala.....mg Bi a .....mg Pb (Zn)

6) Odpověz s kterým indikátorem při stanovení Ca2+ v úkolu č. 2 se Ti lépe pracovalo a proč

7) Z doporučené literatury se pokus zjistit, jak jinak bys stanovil Ni2+ a Pb2+

 

Poznámka:

1)      V laboratorní práci budeš plnit úkoly č. 1, a 3 a podle zadání vyučujícího některý z úkolů 2, a 4 

2)      V rámci přípravy do cvičení si zopakuj problematiku komplexotvorných reakcí z 1. ročníku

3)      Doporučuji uvedenou lab. práci absolvovat, neboť její absolvování je základem pro další cvičení na principu chelatometrie v tomto, ale i v příštím ročníku !

4)      Uvědom si, že i banální chyba na konci cvičení může mít za následek, že budeš muset úlohu v náhradním termínu opakovat !!

Související stránka 1

Bezpečnost práce v laboratoři

Související stránka 2

Laboratorní řád

Související stránka 3

Příprava studentů do cvičení

Související stránka 4

Protokol

Související stránka 6

Laboratorní průvodce

Související stránka 5

Poslední úprava : 29.12.2005