Для установления точки эквивалентности применяют так называемые металлоиндикаторы. Это органические вещества, образующие, подобно комплексонам, с катионами металлов хелатные, но ярко окрашенные соединения. При этом прочность таких соединений должна быть меньше, чем прочность комплекса металла с комплексоном. Еще одно требование к веществам, выполняющим функции индикаторов: окраска комплекса металла с индикатором должна четко отличаться от окраски свободных молекул индикатора.

    Поскольку существует много катионов, определяемых комплексонометрически, общее число индикаторов этого метода довольно велико. При определении катионов кальция и магния (см. лабораторные работы 1, 2) используется эриохром черный Т. Рассмотрим принцип индикации точки эквивалентности в комплексонометрическом титровании на примере использования этого вещества.

    Эриохром черный Т представляет собой трехпротонную кислоту и может быть записан сокращенно в виде H₃Ind. В водном растворе он образует анионы HInd^2- синего цвета. С ионами Mg²⁺ ионы индикатора образуют комплекс винно-красного цвета:

Mg²⁺ + HInd²↔MgInd^- + Н⁺.

     Синий     Винно-красный

    Пока индикатор связан в комплекс с ионами магния, раствор имеет винно-красный цвет. Однако этот комплекс (К_нecт = 1 • 10^-7) менее прочен, чем комплекс Mg²⁺ с комплексоном III (-К_нест = 2 • 10^-9). При титровании раствора, содержащего соли магния, в присутствии эриохрома черного Т комплексон III сначала реагирует со свободными ионами магния, а затем происходит разрушение комплекса MgInd^- и переход окраски в точке эквивалентности из винно-красной в синюю:

MgInd^- + H₂Y^2- ↔MgY^2- + HInd^2- + Н⁺,

                                  Винно-         Синий

                                  красный

       Если раствор содержит одновременно ионы Mg²⁺, Са²⁺, то комплексон III реагирует сначала с Са²⁺, так как с ним он образует более прочный комплекс, чем с Mg²⁺. Поэтому с эриохромом черным Т можно определять суммарное содержание ионов магния и кальция.

    Эриохром черный Т в твердом состоянии вполне устойчив. Его водно-спиртовой раствор устойчив не более 10 сут. Для приготовления его раствора 0,5 г индикатора растворяют в 10 мл аммонийной буферной смеси и доводят объем раствора этанолом до 100 мл.

    Другим часто применяемым в аналогичных определениях индикатором является мурексид.

    Следует отметить, что индикаторы, используемые при комплексонометрических определениях, изменяют свою окраску также при изменении рН раствора, поэтому титрование проводят обычно в буферных растворах, чем достигается постоянство рН и стабильность окраски внутрикомплексного соединения Me - Ind.

Примеры комплексонометрических определений

    Прямым титрованием с различными индикаторами определяют Mg²⁺, Ca2⁺, Zn²⁺, Cd²⁺, Pb2⁺, Со²⁺, Ni²⁺, Cu²⁺, Fe3⁺ и др. Причиной невозможности применения этого относительно простого способа титрования для многих элементов является отсутствие подходящего индикатора, недостаточная скорость реакции комплексообразования при обычной температуре, «блокирование» индикатора в результате слишком высокой прочности комплекса металла с индикатором или еще какие-нибудь особенности. В таких случаях применяется обратное или заместительное титрование.

    При выполнении лабораторной работы по теме занятия используется прямое титрование. Для его проведения анализируемый раствор помещают в колбу для титрования. Туда же приливают подобранный для определения индикатор и буферную смесь, поддерживающую необходимое для данного определения значение рН. Для приготовления буферной смеси смешивают 100 мл раствора NH₄C1 с массовой долей его 10 % и 100 мл раствора NH₄OH с той же массовой долей и разбавляют полученную смесь дистиллированной водой до 1 л.

    Содержимое колбы титруется раствором комплексона III. Изменение окраски указывает на конец титрования. Раствор трилона Б готовят так же, как любой раствор точной концентрации, т.е. он может быть приготовлен непосредственно из навески вещества. Однако для повышения надежности анализа точную концентрацию комплексона рекомендуется устанавливать по стандартному раствору сульфата магния. Молярная масса трилона Б M(Na₂H₂C₁₀H₁₂O₈N₂ • 2Н₂0) = 372,2 г/моль.

    Лабораторная работа 1. Стандартизация рабочего раствора трилона Б по 0,1000 н. раствору сульфата магния.

    Цель работы. Приобрести навыки проведения комплексонометрического титрования.

    Оборудование. Бюретка, пипетка Мора, мерный цилиндр для отмеривания буферной смеси, три колбы для титрования, воронка.

    Реактивы. Титрант - раствор трилона Б (приблизительная концентрация 0,05М; раствор первичного стандарта - 0Д000М MgS0₄ (из фиксанала); аммиачная буферная смесь (рН 8 - 10); индикатор - спиртовой раствор эрио­хрома черного Т.

    Выполнение работы. Бюретку наполняют раствором трилона Б, точную концентрацию которого следует установить.

В колбу для титрования вносят 10,00 мл стандартного раствора MgS0₄ (пипетка Мора), 5 мл аммиачной буферной смеси (мерный цилиндр) и 3 капли раствора индикатора - эриохрома черного Т. Содержимое колбы титруют раствором трилона Б до перехода окраски из винно-красной в синюю.

    Повторяют титрование до получения трех сходящихся результатов.

    По результатам титрования рассчитывают концентрацию раствора трилона Б, как обычно при прямом титровании.

    Протокол лабораторной работы оформляют по образцу (см. лабораторную работу 2).