Komplexometrie

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Komplexometrie Übung
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Schildere den Vorgang der Komplexometrie.
TippsAm Äquivalenzpunkt ist eine zur Stoffmenge der Metall-Kationen äquivalente Menge an Komplexon hinzugegeben worden.
LösungDie Komplexometrie wird verwendet, wenn man eine Lösung eines bestimmten Metall-Kations unbekannter Konzentration vorliegen hat. Es müssen ein passender Indikator und ein passendes Komplexon ausgewählt werden, mit dem sich ein möglichst stabiler Chelat-Komplex bilden kann. Außerdem ist es wichtig zu wissen, welche Zusammensetzung der Komplex hat, also wie viele Komplexone an einem Komplex beteiligt sind.
Das Erreichen des Äquivalenzpunktes wird bei der Komplexometrie durch einen Indikator festgestellt. Dieser hat bei Anwesenheit des unkomplexierten Metall-Kations in der Lösung eine andere andere Farbe als bei Abwesenheit des Metall-Kations. Häufig bildet der Indikator selbst einen Komplex mit dem Metall-Ion, der allerdings schwächer ist als der des Komplexons. Während der Titration sinkt die Konzentration an unkomplexierten Metall-Kationen in der Lösung. Sind keine freien Metall-Kationen mehr vorhanden, macht sich dies an einem Farbumschlag bemerkbar. Der Äquivalenzpunkt ist erreicht. -
Nenne den geeignetsten Indikator für folgende Ionen.
TippsXylolorange eignet sich nicht als Indikator für Alkali- und Erdalkalimetall-Ionen.
LösungMetallindikatoren zeigen unterschiedliche Farben je nach Anwesenheit oder Abwesenheit von bestimmten Metall-Ionen. Dabei sind die Indikatoren selbst Komplexbildner. Mit geeigneten Metall-Ionen bilden die Indikatoren einen Komplex, der dann eine andere Farbe hat als der reine Indikator. Der Komplex ist jedoch wesentlich instabiler als der Chelat-Komplex zwischen Metall-Ion und Komplexon, der sich während der Titration bildet. Für Kupfer(II)-Ionen eignen sich Brenzkatechinviolett und Murexid, auch für $Ca^{2+}$-Ionen ist Murexid geeignet. Mit Magnesium-Ionen bildet Eriochromschwarz einen farbigen Komplex, Xylol-Orange ist für Schwermetall-Ionen, wie $Pb^{2+}$, geeignet.
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Erschließe Faktoren, die eine Komplexometrie stören können.
TippsLeitungswasser ist oft kalkhaltig.
LösungDie meisten Komplexbildner bilden mit mehreren Metallen stabile Komplexe. Sind also mehrere unterschiedliche Metall-Ionen in der Lösung vorhanden, bilden sich möglicherweise Komplexe mit allen Metall-Ionen. Der Farbumschlag liegt dann nicht am Äquivalenzpunkt, da mehr Komplexone verbraucht worden sind als zur Komplexierung des Ziel-Ions nötig sind. Solche Fremd-Kationen können schon in der Analysenlösung vorhanden sein oder durch unsachgemäß gespülte Geräte eingeschleppt werden. In Leitungswasser sind unterschiedliche Metall-Ionen, wie Calcium, enthalten, daher ist zum Spülen entsalztes Wasser zu verwenden.
Der pH-Wert kann das Ergebnis einer Komplexometrie beeinflussen. Zum Einen kann der pH-Wert die Bildung des Chelat-Komplexes beeinflussen, zum anderen sind die Metallindikatoren auf einen bestimmten pH-Bereich festgelegt.
Eine höhere Temperatur hat zwar einen negativen Einfluss auf die Komplexstabilität, dieser ist auf Grund der sehr hohen Stabilität der gebildeten Chelat-Komplexe vernachlässigbar gering. Bei zu hohen Temperaturen besteht eher die Gefahr, dass durch das Verdampfen des Wassers die Konzentrationen der Lösungen verändert werden. -
Berechne die $Mg^{2+}$-Konzentration einer Lösung.
TippsZur Bestimmung der äquivalenten Stoffmenge an Magnesium-Ionen musst du beachten, wie viele Oxinat-Ionen zur Bildung eines Moleküls des Chelat-Komplexes nötig sind.
LösungZur Berechnung der Stoffmenge an verbrauchtem Oxinat bis zum Erreichen des Äquivalenzpunktes wird die bekannte Konzentration der verwendeten Oxinat-Lösung und das Volumen verwendet. In 0,026 l der Lösung der Konzentration 0,1 $mol \over l$ sind 0,0026 mol Oxinat enthalten. Da in jedem der Chelat-Komplexe zwei Moleküle des Oxinats enthalten sind, ist die Stoffmenge der Magnesium-Ionen nur halb so groß, also 0,0013 mol in den 100 ml der Analysenlösung. Dies entspricht einer Konzentration an $Mg^{2+}$-Ionen von $0,0013~mol \over 0,1 l$ $= 0,013$ $mol \over l$.
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Benenne die Komplexone.
TippsDi = zwei, Tetra = vier
LösungBeim Namen Oxinat handelt es sich um einen Trivialnamen. Dieser leitet sich vom Oxin, dem 8-Hydroxychinolin, ab. Nitriloessigsäure wird häufig auch Nitrilotriessigsäure genannt. Hier wird deutlich, dass dieses Molekül drei Essigsäure-Gruppen trägt. Die Abkürzung für dieses Komplexon ist NTA. Ethylendiamin ist ein systematischer Name. Das Molekül leitet sich vom Ethylen ab, das Gerüst besteht also aus zwei Kohlenstoffatomen, die je zwei Wasserstoffatome tragen. Der Name sagt uns, dass außerdem zwei Amino-Gruppen an die C-Atome gebunden sind. Die Abkürzung für dieses Komplexon ist en. Ethylendiamintetraacetat leitet sich vom Ethylendiamin ab. An die Aminogruppen sind je zwei, also insgesamt vier, Acetatgruppen gebunden. Die Abkürzung für dieses Komplexon ist EDTA.
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Bestimme die Komplex-Stabilitätskonstante.
Tipps$1 \over 3^{-6}$$=3^6$
$lg(10^{-23})=-23$
LösungAn diesem Beispiel werden die Konzentrationsverhältnisse bei der Bildung eines EDTA-Komplexes deutlich. Trotz der sehr hohen Konzentration von 4 $mol \over l$ liegt nur eine sehr geringe Konzentration von $2 \cdot 10^{-10}$$mol \over l$ an unkonplexierten Ionen und freien EDTA-Molekülen im Gleichgewicht vor. Dies macht deutlich, wie groß die Unterschiede sind. Bei geringer konzentrierten Lösungen sind die Konzentrationen an unkomplexierten Ionen so gering, dass sie praktisch nicht mehr messbar sind. Dies macht die Komplexometrie als Methode zur Konzentrationsbestimmung von Metall-Kationen sehr genau.
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