EDTA與螯合劑

1、第三節(jié)第三節(jié) 螯合物螯合物（一）螯合物和螯合劑的概念（一）螯合物和螯合劑的概念 螯合物：由中心原子與多齒配體形螯合物：由中心原子與多齒配體形 成的環(huán)狀配合物成的環(huán)狀配合物 螯合劑：能與中心原子形成螯和物螯合劑：能與中心原子形成螯和物 螯合效應(yīng)：這種由于螯和物的生成螯合效應(yīng)：這種由于螯和物的生成 而使配合物的穩(wěn)定性大大增加的作而使配合物的穩(wěn)定性大大增加的作 用配合物中形成的鏊合環(huán)數(shù)目越多用配合物中形成的鏊合環(huán)數(shù)目越多 其穩(wěn)定性越強(qiáng)。其穩(wěn)定性越強(qiáng)。 形成的螯合環(huán)以五元環(huán)和六元環(huán)形成的螯合環(huán)以五元環(huán)和六元環(huán)最穩(wěn)定。常見的螯合劑大多是有機(jī)最穩(wěn)定。常見的螯合劑大多是有機(jī)化合物，特別是具有氨基化合物，特別

2、是具有氨基N和羧基和羧基O的一類氨羧螯合劑使用得更廣。的一類氨羧螯合劑使用得更廣。二、氨羧螯合劑及氨羧二、氨羧螯合劑及氨羧 螯合滴定螯合滴定（一）氨羧螯合劑的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)（一）氨羧螯合劑的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn) 氨羧螯合劑中最重要同時(shí)應(yīng)用最氨羧螯合劑中最重要同時(shí)應(yīng)用最廣的是乙二氨四乙酸（廣的是乙二氨四乙酸（EDTA）及其）及其二鈉鹽二鈉鹽 （EDTA-2Na），統(tǒng)稱為），統(tǒng)稱為 EDTA。結(jié)構(gòu)如下：。結(jié)構(gòu)如下： EDTA在水中溶解度小，故配制在水中溶解度小，故配制標(biāo)準(zhǔn)溶液時(shí)，常用它的二鈉鹽。標(biāo)準(zhǔn)溶液時(shí)，常用它的二鈉鹽。 EDTA的分子或離子中含有的分子或離子中含有2個(gè)氨基個(gè)氨基氮和氮和4個(gè)羧基氧可與金屬離子

3、配合，個(gè)羧基氧可與金屬離子配合，生成具有生成具有5個(gè)五元環(huán)的穩(wěn)定性很高的個(gè)五元環(huán)的穩(wěn)定性很高的螯合物。如下圖：螯合物。如下圖： CaY2-的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu) EDTA與金屬離子的配合有以下特點(diǎn)：與金屬離子的配合有以下特點(diǎn)： 1.螯合能力強(qiáng)螯合能力強(qiáng) 除堿金屬以外，能與除堿金屬以外，能與幾乎所有的金屬離子形成穩(wěn)定的螯幾乎所有的金屬離子形成穩(wěn)定的螯合物。合物。 2.與金屬離子形成的螯合物大多帶與金屬離子形成的螯合物大多帶有電荷，因此易溶于水。有電荷，因此易溶于水。3.簡(jiǎn)單的螯合比簡(jiǎn)單的螯合比 不論幾價(jià)的金屬離子，不論幾價(jià)的金屬離子，它們與它們與EDTA總是總是1：1螯合。例如：螯合。例如： M2+H2Y

4、2-MY2 - +2H + M3+H2Y2-MY - +2H + M4+H2Y2-MY +2H +4.由于由于EDTA與金屬離子螯合可形成與金屬離子螯合可形成5個(gè)五個(gè)五元環(huán)，故生成的螯合物十分穩(wěn)定。常見元環(huán)，故生成的螯合物十分穩(wěn)定。常見金屬離子的金屬離子的EDTA螯合物的螯合物的lgKs 見表見表5-2。 表表5-2 EDTA與部分金屬離子螯合物的穩(wěn)與部分金屬離子螯合物的穩(wěn)定常數(shù)對(duì)數(shù)值定常數(shù)對(duì)數(shù)值 溶液中螯合物的穩(wěn)定性除決定于螯溶液中螯合物的穩(wěn)定性除決定于螯合物穩(wěn)定常數(shù)的大小外，還與溶液合物穩(wěn)定常數(shù)的大小外，還與溶液的的pH值有關(guān)。不同的金屬離子與值有關(guān)。不同的金屬離子與EDTA生成的螯合物的

5、穩(wěn)定性不同，生成的螯合物的穩(wěn)定性不同，滴定時(shí)所需溶液的滴定時(shí)所需溶液的pH值也不同。因值也不同。因此，在兩種以上金屬離子的混合溶此，在兩種以上金屬離子的混合溶液中，?？梢酝ㄟ^調(diào)節(jié)溶液的液中，?？梢酝ㄟ^調(diào)節(jié)溶液的pH值，值，用用EDTA進(jìn)行選擇滴定。進(jìn)行選擇滴定。 例如，在例如，在Mg2+離子和離子和Zn2+離子的混合離子的混合溶液中，調(diào)節(jié)溶液的溶液中，調(diào)節(jié)溶液的pH 6.8， 這時(shí)這時(shí)EDTA仍可與仍可與 Zn2+離子完全螯合，而與離子完全螯合，而與Mg2+離子則完全不螯合，即離子則完全不螯合，即Mg2+離子離子的存在不會(huì)干擾的存在不會(huì)干擾EDTA 對(duì)對(duì)Zn2+離子的螯離子的螯合滴定。合滴定。

6、 由于滴定時(shí)不斷有離子的生成，為了由于滴定時(shí)不斷有離子的生成，為了保持合適的保持合適的pH值，使反應(yīng)進(jìn)行完全，滴值，使反應(yīng)進(jìn)行完全，滴定前必須加入合適的緩沖溶液控制溶液定前必須加入合適的緩沖溶液控制溶液的的pH值。值。（二）（二）EDTA螯合滴定的基本原理螯合滴定的基本原理 EDTA螯合滴定就是基于螯合滴定就是基于EDTA與與金屬離子螯合反應(yīng)的一種重要的滴定分金屬離子螯合反應(yīng)的一種重要的滴定分析方法，常用于測(cè)定溶液中金屬離子的析方法，常用于測(cè)定溶液中金屬離子的含量。含量。 EDTA螯合滴定的原理和基本過程：螯合滴定的原理和基本過程： 滴定時(shí)使用的指示劑叫做金屬指示劑。滴定時(shí)使用的指示劑叫做金屬

7、指示劑。它們是一類能與金屬離子形成有色配合它們是一類能與金屬離子形成有色配合物的水溶性有機(jī)染料。物的水溶性有機(jī)染料。 作為金屬指示劑必須具備以下條件：作為金屬指示劑必須具備以下條件：1.與金屬離子形成的配合物的顏色與金屬離子形成的配合物的顏色與其本身（即未配合時(shí)）的顏色有與其本身（即未配合時(shí)）的顏色有明顯不同；明顯不同； 2.與金屬離子形成的有色配合物具與金屬離子形成的有色配合物具有足夠的穩(wěn)定性；有足夠的穩(wěn)定性； 3.與金屬離子形成配合物的穩(wěn)定性與金屬離子形成配合物的穩(wěn)定性必須小于必須小于EDTA與金屬離子形成螯合與金屬離子形成螯合物的穩(wěn)定性。物的穩(wěn)定性。 常用的指示劑有鉻黑常用的指示劑有鉻黑

8、T，鈣指示，鈣指示劑，二甲酚橙，劑，二甲酚橙，PAN等?，F(xiàn)以鉻黑等?，F(xiàn)以鉻黑T為例，說明金屬指示劑的變色原理。為例，說明金屬指示劑的變色原理。鉻黑鉻黑T為弱酸性偶氮染料，能隨溶液為弱酸性偶氮染料，能隨溶液pH值變化而顯示不同的顏色。如用值變化而顯示不同的顏色。如用符號(hào)符號(hào)NaH2ln表示鉻黑表示鉻黑T。在溶液中。在溶液中有下列平衡：有下列平衡： 鉻黑鉻黑T能與許多金屬離子如能與許多金屬離子如Ca2+ Mg2+ Zn2+Cd2+ 等等形成紅色的配合物。形成紅色的配合物。在在pH為為711時(shí)，時(shí)，鉻黑鉻黑T顯蘭色，與顯蘭色，與形成配合物的紅色有明顯區(qū)別，則形成配合物的紅色有明顯區(qū)別，則終點(diǎn)時(shí)顏色變

9、化明顯。因此，用鉻終點(diǎn)時(shí)顏色變化明顯。因此，用鉻黑黑T作指示劑時(shí)最適宜的作指示劑時(shí)最適宜的pH值為值為910.5，一般用，一般用NH3-NH4Cl緩沖溶液緩沖溶液控制溶液控制溶液pH值在值在10左右進(jìn)行滴定。左右進(jìn)行滴定。 對(duì)于含有兩種或兩種以上金屬離子對(duì)于含有兩種或兩種以上金屬離子的混合溶液，可以通過調(diào)節(jié)溶液的的混合溶液，可以通過調(diào)節(jié)溶液的pH值，選擇性地滴定其中某一離子。例值，選擇性地滴定其中某一離子。例如，在如，在Mg2+離子離子和和Zn2+離子的混合溶液離子的混合溶液中，可首先調(diào)節(jié)溶液中，可首先調(diào)節(jié)溶液pH 6.8，用，用鉻黑鉻黑T作指示劑，用作指示劑，用EDTA滴定滴定Zn2+離子，

10、離子，此時(shí)此時(shí)Mg2+離子不干擾。然后再調(diào)節(jié)溶液離子不干擾。然后再調(diào)節(jié)溶液pH 10，用用EDTA滴定滴定Mg2+離子。離子。 可加入某種掩蔽劑（此試劑能與干可加入某種掩蔽劑（此試劑能與干擾離子結(jié)合成更穩(wěn)定的配合物，而擾離子結(jié)合成更穩(wěn)定的配合物，而對(duì)被測(cè)離子無影響），把干擾離子對(duì)被測(cè)離子無影響），把干擾離子掩蔽起來，再滴定被測(cè)離子。例如掩蔽起來，再滴定被測(cè)離子。例如EDTA滴定滴定Ca2+ Mg2+時(shí)，少量時(shí)，少量Fe3+， Al3+有干擾，可加入三乙醇胺消除有干擾，可加入三乙醇胺消除干擾。干擾。（三）（三）EDTA螯合滴定螯合滴定 示例示例-水的總硬度測(cè)定水的總硬度測(cè)定 水的總硬度是指水中水

11、的總硬度是指水中Ca2 + ， Mg2+的總硬度（以為的總硬度（以為mmol L-1單位）單位） 測(cè)定測(cè)定水的總硬度時(shí)加水的總硬度時(shí)加NH3-NH4Cl緩緩沖溶液調(diào)節(jié)沖溶液調(diào)節(jié)pH 10，以鉻黑，以鉻黑T為指為指示劑，用示劑，用EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定。溶液標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定。溶液中有關(guān)配合物的穩(wěn)定性有如下順序：中有關(guān)配合物的穩(wěn)定性有如下順序： CaY2- MgY2- MgIn - CaIn- 反應(yīng)式如下：反應(yīng)式如下：加指示劑時(shí)：加指示劑時(shí)： Mg2+ + HIn2- MgIn - + H+ 藍(lán)藍(lán) 紫紅紫紅 滴定終點(diǎn)前：滴定終點(diǎn)前： Ca2+H2Y2- CaY2- +2H+ Mg2+ + H2Y2- MgY2- +2H+滴定終點(diǎn)時(shí)：滴定終點(diǎn)時(shí)： MgIn-+ H2Y