Автор работы: Пользователь скрыл имя, 10 Ноября 2013 в 17:30, реферат
Комплексоны имеют в аналитической химии широкое и многостороннее применение. Наиболее важное значение имеет их применение в титриметрическом (объемном) анализе, где на основе комплексонов возник и успешно развивается большой раздел аналитической химии, получивший название "комплексонометрии" или "хелатометрии". Комплексы эффективно используются также в фотометрическом, полярографическом, хроматографическом и других физико-химических методах анализа, в гравиметрическом анализе. Комплексоны применяются для маскировки мешающих ионов, растворения малорастворимых соединений, изменения редокс-потенциалов системы и для многих других целей.
Исторически первым аналитическим методом, использующим способность ЭДТА образовывать прочные комплексы с ионами Mg2 + и Ca2 +, было определение жесткости воды. Однако настоящий расцвет комплексонометрических методов в титриметрии начался после открытия металлохромных индикаторов - веществ, образующих окрашенные соединения с ионами металлов. Окраска этих индикаторов изменяется также в зависимости от рН раствора. Открытие металлоиндикаторов произошло в результате случайного наблюдения в лаборатории проф. Г. Шварценбаха. Наряду с другими соединениями там исследовали урамилдиуксусную кислоту. Когда после работы с урамилдиуксусной кислотой посуду мыли обычной водопроводной водой, то наблюдалось резкое изменение окраски. Оказалось, что в результате окисления исследуемой кислоты кислородом воздуха происходит образование небольших количеств мурексида, который с ионами кальция в водопроводной воде дает ярко окрашенное соединение. В настоящее время он применяется при комплексонометрическом определении кальция, кобальта, никеля, меди и др.
Одним из наиболее популярных индикаторов стал эриохромовый черный Т, с которым определяют очень многие катионы. В кислом растворе индикатор окрашивается в красный цвет, в аммиачном - в синий, а с ионами магния, кадмия, цинка, марганца и другими образует ярко окрашенные комплексы красного цвета. По химической природе это натриевая соль (1-окси-2-нафтилазо)-6-нитро-2-нафтол-4-сульфокислоты
С ионами металла индикатор образует связи через атомы азота и атомы кислорода гидроксильных групп. До точки эквивалентности взаимодействие трилона Б (титранта) с ионом металла не вызывает каких-либо внешних изменений раствора - он остается красным, что обусловлено цветом комплекса иона металла с индикатором Mind -, если Ind 3 - - условное обозначение депротонированной молекулы индикатора. В области точки эквивалентности в реакцию с трилоном Б вступает окрашенный комплекс, и после добавления эквивалентного количества комплексона цвет раствора резко меняется от красного к синему:
Mind - + Н2edta2 - + NH3 = Medta2 - + Hind2 - + .
красный б / цв б / цв синий
Однако многие металлы (кобальт, медь, свинец, ртуть и др.) образуют с индикатором очень прочные комплексы, намного превышающие прочность комплексов с комплексоном. Поэтому прочные металл-индикаторные комплексы с комплексоном не реагируют, и изменения цвета в точке эквивалентности не происходит (как говорят, индикатор "блокирован"). В этих случаях используют известный в аналитической химии прием обратного титрования (титрования по остатку). К анализируемому раствору добавляется заведомый избыток титрованного раствора комплексона, а затем не вступившее в реакцию количество комплексона оттитровывается раствором соли магния или цинка. При таком титровании цвет раствора изменяется от синего к красному. Кроме мурексида и эриохромового черного, в комплексонометрии применяются многие другие индикаторы - ксиленоловый оранжевый, пирокатехиновый фиолетовый и др., а также реактивы, дающие цветную реакцию с определяемым ионом (например, железо (III) можно титровать, используя в качестве индикатора сульфосалициловую кислоту).
Для определения точки эквивалентности используют также различные физико-химические методы - потенциометрию, полярографию, термометрию и т.д. Многие катионы образуют с ЭДТА яркоокрашенные соединения, что используется в фотометрических методах анализа (для определения Cr(III), Co(III), Cu(II) и др.).
ПРИМЕНЕНИЕ КОМПЛЕКСОНОВ В НЕФТЯНОЙ
И ГАЗОВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
Отложение минеральных солей в нефте- и газопромысловом оборудовании существенно уменьшает дебит скважин, требует частого ремонта насосно-компрессорного оборудования, вызывает аварии и простои, выход из строя аппаратуры и загрязнение окружающей среды. По химическому составу отложения солей разнообразны, но в основном представляют собой карбонат кальция, сульфат магния, сульфат бария. Эффективным способом борьбы с минеральными отложениями является использование химических реагентов, препятствующих кристаллизации малорастворимых солей. Наибольшей эффективностью из них обладают фосфорсодержащие комплексоны. Применение их в количествах, значительно меньших стехиометрических ((1 - 5) " 10- 3 г/л), позволяет практически полностью предотвратить образование солеотложений.
Фосфорсодержащие комплексоны (ОЭДФ, НТФ и др.) препятствуют зародышеобразованию в пересыщенных растворах и способны эффективно тормозить процесс роста кристаллов. Установлено, что высокая ингибирующая способность фосфорсодержащих комплексонов связана с блокированием только активных центров кристаллов. Это приводит к малым расходам комплексона и применяется очень широко. Так, например, на установке по подготовке нефти к переработке теплообменники очищали через 10 суток, а с применением комплексона-ингибитора стали очищать только че
• Применение комплексонов в аналитической химии.
• Применение комплексонов в нефтяной и газовой промышленности.
• Химическая очистка теплоэнергетического оборудования и стабилизационная обработка воды с помощью комплексонов.
• Применение комплексонов в сельском хозяйстве и пищевой промышленности.
• Применение комплексонов и комплексонатов в медицине.
• Определение жёсткости воды.
• Методы устранения жёсткости воды.
• Значение жесткости воды.
Чтобы
избавиться от временной
Ca2 + 2HCO3- = CaCO3v + H2O + CO2^
С ионами железа реакция протекает сложнее из-за того, что FeCO3 неустойчивое в воде вещество. В присутствии кислорода конечным продуктом цепочки реакций оказывается Fe(OH)3, представляющий собой темно-рыжий осадок. Поэтому, чем больше в воде железа, тем сильнее окраска у накипи, которая осаждается на стенках и дне сосуда при кипячении.
С постоянной жесткостью бороться труднее. Один из вариантов:
вымораживание льда. Необходимо просто постепенно замораживать воду. Когда
останется примерно 10 % жидкости от первоначального количества, необходимо слить не замершую воду, а лед превратить обратно в воду. Все соли, которые образую жесткость, остаются в не замершей воде.
Еде один способ – перегонка, то есть, испарение воды с последующие ее конденсацией. Так как соли относятся к нелетучим соединениям, они остаются, а вода испаряется.
Но такие методы, как замораживание и перегонка пригодны только для смягчения небольшого количества воды. Промышленность же имеет дело с тоннами. Поэтому используют другие методы. Наиболее широко используется катионообменный способ, основанный на применении специальных реагентов – катионитов, которые загружаются в фильтры и при пропускании через них воды, заменяют катионы кальция и магния на катион натрия.
С последствием жесткости воды - накипью, с точки зрения химии можно бороться очень просто. Нужно на соль слабой кислоты воздействовать кислотой более сильной. Последняя и занимает место угольной, которая, будучи неустойчивой, разлагается на воду и углекислый газ. В состав накипи могут входить и силикаты, и сульфаты, и фосфаты. Но если разрушить карбонатный “скелет”, то и эти соединения не удержатся на поверхности.
В качестве средства для удаления накипи применяются также адипиновая кислота и малеиновый ангидрид, которые добавляются в воду. Эти вещества слабее сульфаминовой кислоты, поэтому для снятия накипи необходимо так же кипячение.
Значение жёсткости воды.
Как мы уже говорили, жёсткость воды определяется содержанием в воде растворенных солей кальция и магния, которые при нагревании выпадают в осадок, образуя налёт, всем хорошо известный как накипь. Сравнительно безобидная на стенках чайника накипь может стать причиной преждевременного выхода из строя сантехники, посудомоечных и стиральных машин (недаром дорогие модели бытовой техники снабжены встроенными умягчителями).
Накипь может стать причиной преждевременного выхода из строя сантехники, посудомоечных и стиральных машин
На бытовом же уровне жёсткость проявляет себя значительным (на 30-50%) перерасходом моющих средств при стирке белья и умывании, а также ухудшением потребительских свойств воды. При кипячении достаточно жёсткой воды на её поверхности образуется плёнка, а сама вода приобретает характерный привкус. При заваривании чая или кофе в такой воде может выпадать бурый осадок, теряется вкусовые качества чая. В жёсткой воде с трудом развариваются пищевые продукты, а сваренные в ней овощи невкусны. К тому же диетологами установлено, что в жёсткой воде хуже разваривается мясо. Связано это с тем, что соли жёсткости вступают в реакцию с животными белками, образуя нерастворимые соединения. Это приводит к снижению усвояемости белков.
С точки зрения применения воды для питьевых нужд, её приемлемость по степени жёсткости может существенно варьироваться в зависимости от местных условий. Порог вкуса для иона кальция в диапазоне 2-6 мг-экв/л, в зависимости от соответствующего аниона, а порог вкуса для магния и того ниже. В некоторых случаях для потребителей приемлема вода с жёсткостью выше 10 мг-экв/л. Высокая жёсткость ухудшает органолептические свойства воды, придавая ей горьковатый вкус.
Всемирная Организация Здравоохранения не предлагает какой-либо рекомендуемой величины жёсткости по показаниям влияния на здоровье. В материалах ВОЗ говорится о том, что хотя ряд исследований и выявил статистически обратную зависимость между жёсткостью питьевой воды и сердечно-сосудистыми заболеваниями, имеющиеся данные не достаточны для вывода о причинном характере этой связи. Аналогичным образом, однозначно не доказано, что мягкая вода оказывает отрицательный эффект на баланс минеральных веществ в организме человека.
Вместе с тем, в зависимости от рН и щелочности, вода с жёсткостью выше 4 мг-экв/л может вызвать в распределительной системе отложение шлаков и накипи (карбоната кальция), особенно при нагревании. Именно поэтому нормами Котлонадзора вводятся очень строгие требования к величине жёсткости воды, используемой для питания котлов (0.05-0.1 мг-экв/л).
К сожалению, далеко не всем известно также о неблагоприятном влиянии жёсткости на здоровье человека при умывании.
Связано это с тем, что при взаимодействии солей жёсткости с моющими веществами (мыло, стиральные порошки, шампуни) может происходить образование нерастворимых "мыльных шлаков" в виде пены. Такая пена после высыхания остается в виде налета на сантехнике, белье, человеческой коже, на волосах (неприятное чувство "жёстких" волос хорошо известное многим). При этом разрушается естественная жировая плёнка, которой всегда покрыты здоровые волосы и нормальная кожа, забиваются поры, появляются сухость, шелушение, перхоть. Первым тревожным признаком такого негативного воздействия является характерный "скрип" чисто вымытой кожи или волос. Оказывается, что вызывающее у некоторых людей раздражение чувство "мылкости" после пользования мягкой водой, является признаком того, что защитная жировая плёнка на коже цела и невредима. Именно она-то и скользит. В противном случае, приходится пользоваться лосьонами, умягчающими и увлажняющими кремами, необходимые для восстановление защиты. Недаром косметологи рекомендуют использовать для умывания очень мягкую дождевую или талую воду.
Как мы уже говорили, «мыльные шлаки» в виде пены, высыхая, остаётся на сантехнике, белье и т.д. В результате, ткань становится грубой и неэластичной; она перестаёт пропускать воздух и влагу. Портится и внешний вид изделия: ткань приобретает серо-жёлтый оттенок, блекнут краски рисунка. Осевшие на ткани "известковые мыла" лишают её прочности.
Вместе с тем, необходимо упомянуть и о другой стороне медали. Мягкая вода с жёсткостью менее 2 мг-экв/л имеет низкую буферную ёмкость (щёлочность) и может, в зависимости от уровня рН и ряда других факторов, оказывать повышенное коррозионное воздействие на водопроводные трубы. Поэтому, в ряде применений (особенно в теплотехнике) иногда приходится проводить специальную обработку воды с целью достижения оптимального соотношения между жёсткостью воды и её коррозионной активностью.
Информация о работе Применение комплексных соединений. Жесткость воды и методы его устранения