Analytická chemie – praktikum

Princip úlohy

Nikl se často stanovuje klasickými metodami, které jsou založeny na tvorbě stabilních komplexů. V gravimetrii se využívá charakteristická reakce nikelnatých iontů s dimethylglyoximem (DMG), při níž vzniká červená, krystalická a málo rozpustná sloučenina Ni(DMG)₂, vhodná k vážení. Chelatometrická metoda pak využívá schopnosti EDTA tvořit stabilní komplexy s ionty Ni²⁺. Vzhledem k pomalejší kinetice komplexace se postup provádí zpětnou titrací: k roztoku obsahujícímu nikl se přidá přesně odměřený přebytek EDTA a přebytek se titruje roztokem Pb²⁺ za použití vhodného indikátoru.

Úkoly

Ze tří vzorků určete ten, který obsahuje nikl. Tento vzorek potom použijte pro kvantitativní analýzy.
Stanovte obsah niklu ve formě dimethylglyoximátu nikelnatého gravimetricky.
Stanovte obsah niklu chelatometricky.
Proveďte test shodnosti výsledků.

Gravimetrie

Zkoumaná látka (analyt) se vyloučí ve formě málo rozpustné sloučeniny (vylučovací forma) a tato se převede žíháním nebo sušením na sloučeninu přesně definovaného složení, jejíž hmotnost se určí vážením (forma k vážení). Ze stechiometrického poměru hledané a vážené formy se vypočte obsah stanovované látky. Gravimetrické metody jsou zdlouhavé a náročné na praktickou zručnost. Jsou to však metody absolutní a používají se proto pro kontrolu a standardizaci ostatních analytických metod.

Stanovení niklu gravimetricky ve formě dimethylglyoximátu nikelnatého

Roztok obsahující Ni²⁺ se převede do mírně amoniakálního prostředí, kde se za přítomnosti indikátoru přidává roztok dimethylglyoximu. Vzniká červená sraženina Ni(DMG)₂, jejíž vysrážení se dokončí při zahřívání na vodní lázni. Po vychladnutí se sraženina oddělí vakuovou filtrací přes fritovaný kelímek, důkladně promyje teplou vodou a ethanolem a poté se vysuší do konstantní hmotnosti při 100 °C.

Stechiometrie a výpočty

M (Ni(DMG)₂) = 288,71 g.mol^-1, M (Ni) = 58,69 g.mol^-1

Chelatometrie

Chelatometrické titrace jsou zvláštní případ komplexometrických titrací, kdy reagují ionty kovů s činidlem za vzniku chelátů. Činidlem je nejčastěji kyselina ethylendiamintetraoctová H₄Y, ve zkratce EDTA, používaná ve formě disodné soli Na₂H₂Y s obchodním názvem Chelaton 3, (HOOC-CH₂)₂N-CH₂-CH₂-N(CH₂COONa)₂.

Stanovovaný kationt kovu reaguje s činidlem za vzniku málo disociovaného, ve vodě rozpustného komplexu, vždy v molárním poměru 1:1.

Při reakci se uvolňují protony, takže průběh reakce je ovlivněn hodnotou pH. Chelatometrické reakce se proto provádějí v přítomnosti pufru takové hodnoty pH, která spadá do oblasti optimální stability daného komplexu. Komplexy dvojmocných kationtů jsou stálé v alkalickém a slabě kyselém prostředí, komplexy výšemocných kovů jsou stálé i v kyselých roztocích (jednomocné kationty tvoří naopak jen velmi slabé komplexy a nelze je tudíž titrovat). Vhodnou volbou podmínek při titraci (pH, indikátor) lze stanovit i dva kationty vedle sebe nebo jeden kationt v přítomnosti jiného.

Vizuální indikace bodu ekvivalence se provádí pomocí tzv. metalochromních indikátorů, které tvoří s kovovým kationtem slabý barevný komplex [MInd]. Ke konci titrace (v okamžiku, kdy je už veškerý volný kovový kationt vázán do komplexu s EDTA) se začíná barevný indikátor uvolňovat z komplexu [MInd], ze kterého je vytěsňován Chelatonem H₂Y^2- (vzniká stabilnější komplex [MY]^z-4). Volná forma metalochromního indikátoru [HInd] (slabá kyselina) musí mít zřetelně odlišné zbarvení od svého komplexu [MInd].

Roztoky metalochromních indikátorů jsou obvykle nestálé, proto se indikátory přidávají v pevném stavu. Barevný přechod indikátoru v bodě ekvivalence je tím ostřejší, čím méně ho přidáme. Abychom mohli indikátor jemněji dávkovat, ředí se stonásobně přebytkem indiferentní soli NaCl nebo KNO₃.

Chelatometrické titrace se provádějí ve větších objemech titrovaného roztoku (100–150 ml) v titračních baňkách na 250 ml. Při tomto zředění nehrozí, že by vznikaly kineticky stabilnější komplexy indikátoru se stanovovaným kationtem, které způsobují neostrý barevný přechod v bodě ekvivalence. Chelaton 3 není standardní látka a jeho roztoky je nutno standardizovat, například na dusičnan olovnatý.

Obr. 15: Grafické znázornění chelatometrické titrace

Stanovení niklu chelatometricky

Nikelnaté ionty tvoří v komplexometrické titraci stabilní chelát s EDTA v amoniakálním pufru. Protože komplexace probíhá pomaleji, používá se zpětná titrace: do roztoku vzorku se přidá přebytek roztoku EDTA a zbytek nezreagovaného EDTA se titruje roztokem dusičnanu olovnatého za použití vhodného indikátoru (např. xylenová oranž).