Nr sprawozdania 6	Data wykonania ćwiczenia	Termin oddania sprawozdania	Data oddania sprawozdania
Temat ćwiczenia Kompleksometria. Sporządzenie mianowanego 0,005M roztworu EDTA. Oznaczenie jonów wapnia w syntetycznym moczu	Imię i nazwisko studenta
Uwagi:	Poprawa	OceniajÄ…cy sprawozdanie
	Ocena

1. Wstęp teoretyczny:

Kompleksometria to dział analizy miareczkowej, w którym podstawą są reakcje kompleksowania. W trakcie miareczkowania powstają rozpuszczalne i słabo zdysocjowane kompleksy. W zależności od rodzaju tworzącego się kompleksu, miareczkowania kompleksometryczne można podzielić na takie, w których tworzą się:

• kompleksy niechelatowe, utworzone przez ligandy jednofunkcyjne

• kompleksy chelatowe, utworzone przez ligandy wielofunkcyjne (wielokleszczowe) - powstające w tzw. miareczkowaniach chelatometrycznych.

Podstawowym odczynnikiem (titrantem) w kompleksometrycznej analizie miareczkowej jest sól dwusodowa kwasu etylenodiaminotetraoctowego, etylenodiaminotetraoctan disodu, oznaczana podobnie jak sam kwas skrótem EDTA. Sól ta jest znana pod nazwÄ… kompleksonu III (Na₂H₂Y). Kwas etylenodiaminotetraoctowy zwany kompleksonem II,

w odróżnieniu od swej soli sodowej praktycznie nie rozpuszcza się w wodzie, dlatego jego zastosowanie jako titranta jest ograniczone. EDTA reaguje z jonami metali w stosunku molowym 1:1, niezależnie od wartościowości jonu metalu. Mianowane roztwory EDTA można stosować w stężeniach od 0,1 mol/L do 0,001 mol/L, co umożliwia oznaczanie pierwiastków w szerokich granicach stężeń. Mianowane roztwory EDTA powinno się przechowywać w butelkach polietylenowych.

Etylenodiaminotetraoctan disodu jest substancją wzorcową dlatego roztwór mianowany sporządza się przez rozpuszczenie odważki w odpowiedniej ilości wody destylowanej.

Jednym z pierwiastków jakie można oznaczyć metodÄ… kompleksometrycznÄ… jest wapÅ„. Kompleksometryczne oznaczenie jonów Ca²⁺ polega na odmiareczkowaniu ich
w środowisku silnie alkalicznym (pH 12-13) za pomocą mianowanego roztworu EDTA, wobec metalowskaźnika (np. mureksydu). Podstawą oznaczenia są następujące reakcje:

-przed miareczkowaniem roztworu: zachodzi reakcja jonów Ca²⁺ ze wskaźnikiem mureksydem, który w Å›rodowisku silnie alkalicznym wystÄ™puje w postaci jonów H₂Ind^3- :

Ca²⁺ + H₂Ind^3- → CaInd^3- + 2H⁺

- w trakcie miareczkowania roztworu: zachodzi reakcja kompleksu wskaźnika
z Ca²⁺ z titrantem - EDTA (Na2H2Y), który w roztworze wystÄ™puje w postaci jonów H₂Y^2-
CaInd^3- + H₂Y^2- → CaY^2- + H₂In^d3-

W PK miareczkowania badany roztwór zmienia barwę z różowo-fioletowej na intensywnie fioletową

Wapń jest składnikiem tkanek podporowych, regulatorem stanu wrażliwości komórek nerwowych, aktywności enzymów śródkomórkowych, bierze udział w skurczu mięśni szkieletowych i gładkich, jest odpowiedzialny za utrzymanie stabilności cytoszkieletu, uczestniczy w procesach odporności komórkowej, krzepnięcia i fibrynolizy. Tak ważna rola i wszechstronny udział wapnia w homeostazie ogólnoustrojowej wymusza istnienie bardzo precyzyjnych mechanizmów zapewniających prawidłowe stężenie wapnia zjonizowanego wewnątrz- i zewnątrzkomórkowego. Homeostaza wapniowa w organizmie jest zapewniona dzięki współdziałaniu trzech narządów i przebiegających w nich procesów. Są to: przewód pokarmowy (wchłanianie jonów wapnia), kości (odkładanie wapnia w kościach i resorpcja wapnia z kości) oraz nerki (resorpcja zwrotna wapnia w nerkach). W celu wczesnej identyfikacji i różnicowania zaburzeń gospodarki mineralnej zaleca się jako badania podstawowe: wyznaczenie stężenia wapnia i fosforanów nieorganicznych we krwi, często uzupełniane o wyznaczanie stężeń sodu, potasu, magnezu, chlorków, białka całkowitego, albuminy, kreatyniny i fosfatazy alkalicznej, oraz inne badania uzupełniające, m.in. wydalanie wapnia/fosforanów z moczem. Biologicznie aktywną frakcją jest wapń zjonizowany. Badanie poziomu wapnia w moczu pozwala zdiagnozować zaburzenia gospodarki wapniowej organizmu.

1. Cel ćwiczenia:

- Sporządzenie z odważki substancji wzorcowej mianowanego roztworu EDTA o stężeniu 0,005 mol/L

- Oznaczenie wapnia w próbce syntetycznego moczu metodą miareczkowania kompleksometrycznego mianowanym roztworem EDTA o stężeniu 0,005 mol/L wobec mureksydu jako wskaźnika.

1. Część doświadczalna:

1. Wykaz sprzętu laboratoryjnego:

-naczyńko wagowe,

- kolba miarowa o pojemności 250 mL,

- lejek,

- butelka polietylenowa o poj. 500 mL

- biureta (10 mL),

- kolba miarowa o wyznaczonej pojemności (100 mL),

- pipeta o wyznaczonej pojemności (25 mL),

- kolby stożkowe (3 szt.),

- cylinder miarowy,

- zlewki.

1. Wykaz odczynników chemicznych

- dwuwodna sól dwusodowa EDTA

- woda destylowana

- roztwór NaOH o stężeniu 0,5 mol/L,

- mureksyd,

1. Przebieg doświadczenia:

Odważono na wadze analitycznej odważkę EDTA o masie 0,4702 g przeniesiono ilościowo do kolby miarowej na 250 mL, dodano ok. 100 mL wody. Kolbę zamknięto korkiem i mieszano ruchem poziomym. Po rozpuszczeniu odczynnika kolbę dopełniono wodą dejonizowaną do kreski. Mianowany roztwór EDTA przeniesiono do polietylenowej butelki.

OtrzymanÄ… próbkÄ™ o objÄ™toÅ›ci 25cm³ przeniesiono iloÅ›ciowo do kolby miarowej o poj.100 ml. KolbÄ™ uzupeÅ‚niono wodÄ… destylowanÄ… do kreski i caÅ‚ość dobrze wymieszano. Do trzech kolb stożkowych pobrano pipetÄ… o wyznaczonej pojemnoÅ›ci po 25 mL badanego roztworu, rozcieÅ„czono wodÄ… do objÄ™toÅ›ci ok. 50 mL i dodano po 5 mL 0,5 mol/L roztworu NaOH. NastÄ™pnie dodano szczyptÄ™ mureksydu (do uzyskania lekko różowo-Å‚ososiowej barwy roztworu) i miareczkowano mianowanym roztworem EDTA do momentu zmiany barwy
z różowej na wyraźnie fioletową.

1. Zestawienie wyników:

Lp.	Objętość EDTA zużyta do zmiareczkowania próbki [ml]	Średnia objętość Na2S2O3zużyta do miareczkowania [ml]
1	9,25 (-)	7,575
2	7,60
3	7,55

1. Wzory i obliczenia:

Z masy odważki obliczono stężenie otrzymanego roztworu ze wzoru:

$$C_{\text{EDTA}} = \frac{m}{M_{\text{EDTA}} \bullet 0,250}$$

gdzie:

m– masa odważki EDTA = 0,4702 [g]

M_EDTA– masa molowa EDTA = 372,24 [g/mol];

0,250 – objętość roztworu [L]

$C_{\text{EDTA}} = \frac{0,4702}{372,24 \bullet 0,250} = 0,00505\ \text{mol}/\text{dm}^{3}$

Obliczono niepewność stężenia sporządzonego roztworu EDTA:
$u_{c}(C_{\text{EDTA}}) = C_{\text{EDTA}} \bullet \sqrt{\left( \frac{u(m_{\text{EDTA}})}{m_{\text{EDTA}}} \right)^{2} + \left( \frac{u(V)}{V} \right)^{2}\ }$

Niepewność standardowa ważenia dla u(m_odw) =0,23mg

Na objętość sporządzanego roztworu mogą mieć wpływ:

– u₁(V); niepewność kalibracji kolby: dla kolby o pojemnoÅ›ci 0,250 L ± 0,3 mL

– u₂(V); poprawka temperaturowa dla szkÅ‚a: 0,0065 mL

– u₃(V); niepewność dopeÅ‚niania kolby do kreski: dla kolby o pojemnoÅ›ci 0,250 L ± 0,2 mL

– u₄(V); poprawka temperaturowa : 0,1 mL

Po przeliczeniu na niepewności standardowe

u₁(V) = 0,3 mL / $\sqrt{3}$ = 0,1732 mL (rozkÅ‚ad prostokÄ…tny)

u₂(V) = 0,0065 mL / $\sqrt{3}$ = 0,0038 mL (rozkÅ‚ad prostokÄ…tny)

u₃(V)= 0,2 mL/$\sqrt{3}$= 0,1155 mL (rozkÅ‚ad prostokÄ…tny)

u₄(V) = 0,1 mL/$\sqrt{3}$ = 0,0577 mL(rozkÅ‚ad prostokÄ…tny)

$\mathrm{u}\left( \mathrm{V} \right)\mathrm{=}\sqrt{{\mathrm{u}_{\mathrm{1}}}^{\mathrm{2}}\mathrm{(V) +}{\mathrm{u}_{\mathrm{2}}}^{\mathrm{2}}\mathrm{(V) +}{\mathrm{u}_{\mathrm{3}}}^{\mathrm{2}}\mathrm{(V) +}{\mathrm{u}_{\mathrm{4}}}^{\mathrm{2}}\mathrm{(V)}}\mathrm{=}\sqrt{\mathrm{0,1732}^{\mathrm{2}}\mathrm{+}\mathrm{0,0038}^{\mathrm{2}}\mathrm{+}\mathrm{0,1155}^{\mathrm{2}}\mathrm{+}\mathrm{0,0577}^{\mathrm{2}}}\mathrm{= 0,216ml}$

Po podstawieniu:

m_EDTA= 0,4702g, u(m_EDTA) = 0,23 mg = 0,00023g ,

V=250ml, u(V)=0,2161ml, C_EDTA=0,00505mol/L

$u_{c}\left( C_{\text{EDTA}} \right) = 0,00505 \bullet \sqrt{\left( \frac{0,00023)}{0,4702} \right)^{2} + \left( \frac{0,2161}{250} \right)^{2}} = 0,000005$ mol/dm³

Niepewność rozszerzona dla k=2:

U_c(C_EDTA) = 2·u_c(C_EDTA)= 2* 0, 000005 = 0,00001 mol/dm³

Ostatecznie stężenie sporządzonego roztworu EDTA wynosi:

C_EDTA=(0,00505±0,00001) mol/dm³

Zawartość Ca²⁺ w [g] w badanej próbce pÅ‚ynu obliczono wedÅ‚ug wzoru:

$m_{Ca^{2 +}} = \frac{V \bullet \ C \bullet \ 40,08\ \bullet W}{1000}$ [g]

gdzie:

V – objętość mianowanego roztworu EDTA zużyta do miareczkowania [mL],

C – stężenie mianowanego roztworu EDTA [mol/L],

40,08– masa molowa wapnia [g/mol],

W – współczynnik współmierności kolby z pipetą

PodstawiajÄ…c:

V= 7,575 ml

W=3,9902

C=0,00505 mol/dm³

$m_{Ca^{2 +}} = \frac{7,575 \bullet \ 0,00505 \bullet \ 40,08\ \bullet 3,9902}{1000} = 0,0061\ g = 6,1215mg$

Obliczono stężenie wapnia w próbce moczu:

V=25ml = 0,025L

m_Ca²⁺ = 0, 0061g

M_Ca2+=40,08 g/mol

n=$\frac{m}{M} = \frac{0,0061}{40,08} = 1,5 10^{- 4}\text{mol} = 1,5 10^{- 7}\text{mmol}$

$C = \frac{n}{V} = \frac{1,5 10^{- 7}\text{mmol},}{0,25\ L} = 6,08\ 10^{- 6}\text{mmol}/L$

Niepewność standardowÄ… oznaczenia masy Ca²⁺ obliczono ze wzoru:

$u_{c}(m_{\text{Ca}^{2 +}}) = m_{\text{Ca}^{2 +}} \bullet \sqrt{\left( \frac{u(V)}{V} \right)^{2} + \left( \frac{u(C_{\text{EDTA}})}{C_{\text{EDTA}}} \right)^{2} + \left( \frac{u(W)}{W} \right)^{2}\ }$

Na pomiar objętości titranta mają wpływ:

- u₁(V)- niepewność kalibracji biurety (dla biurety o poj. 50 mL: 0,1 mL)

- u₂(V) - niepewność kropli (wyznaczona objÄ™tość kropli, Å›rednio 0,06 mL)

- u₃(V) - niepewność odczytu (0,05 mL)

- u₄(V) - poprawka temperaturowa objÄ™toÅ›ci szkÅ‚a (do 0,0025 mL dla ± 2°C)

- u₅(V) - rozrzut wyników miareczkowania – odchylenie standardowe Å›redniej

Po przeliczeniu na niepewności standardowe:

u₁(V) = 0,1 mL / $\sqrt{3}$= 0,058 mL (rozkÅ‚ad prostokÄ…tny)

u₂(V) = 0,06 mL /$\sqrt{3}$ = 0,035 mL(rozkÅ‚ad prostokÄ…tny)

u₃(V) = 0,05 mL /$\sqrt{3}$ = 0,029 mL(rozkÅ‚ad prostokÄ…tny)

u₄(V) = 0,0025 mL / $\sqrt{3}$= 0,001 mL (rozkÅ‚ad prostokÄ…tny)

u₅(V) = s(V_Å›r) (rozkÅ‚ad normalny);

s(V)=$\sqrt{\frac{1}{2 - 1} \bullet \left\lbrack \left( 7,60 - 7,575 \right)^{2} + \left( 7,55 - 7,575 \right)^{2} \right\rbrack} = 0,035$

s(V_śr)= $\frac{0,035}{\sqrt{2}} = 0,025\ $ml

Niepewność standardowa wyznaczenia objętości titranta EDTA u(V):

$u\left( V \right) = \sqrt{{u_{1}}^{2}(V) + {u_{2}}^{2}(V) + {u_{3}}^{2}(V) + {u_{5}}^{2}(V)}$,

po podstawieniu:

$u\left( V \right) = \sqrt{{0,058}^{2} + {0,035}^{2} + {0,029}^{2} + {0,025}^{2}} = 0,0778\ \text{ml}$

Dla C_EDTA= 0,00505 mol/L, u(C_EDTA)=0,000005, V = 7,575 mL u(V)= 0,0778ml ,
W = 3,9902 u(W)=0,0035 oraz gdy m_Ca²⁺ = 0, 0061g  ZÅ‚ożona niepewność standardowa dla m_Ca2+:

$u_{c}\left( m_{\text{Ca}^{2 +}} \right) = 0,0061 \bullet \sqrt{\left( \frac{0,0778}{7,575} \right)^{2} + \left( \frac{0,000005}{0,00505} \right)^{2} + \left( \frac{0,0035}{3,9902} \right)^{2}\ } = 0,00006$

Niepewność rozszerzona dla m_H2O2: U(m_H2O2) = k · u_c(m_H2O2) dla P = 95% k = 2

U(m_H2O2)= 2 · 0, 00006 = 0,00012 g

Ostatecznie m_Ca²⁺= (0,0061 ± 0,00012) g

1. Podsumowanie:

Celem ćwiczenia byÅ‚o sporzÄ…dzenie mianowanego roztworu EDTA o stężeniu 0,005 mol/dm³ oraz oznaczenie zawartoÅ›ci Ca²⁺ w próbce syntetycznego moczu metodÄ… miareczkowania kompleksometrycznego.

W celu sporzÄ…dzenia mianowanego roztworu EDTA rozpuszczono odważkÄ™ staÅ‚ego EDTA o masie 0,4702g w 250 ml wody destylowanej. Tak przygotowany roztwór wykorzystano jako titrant do oznaczenia jonów Ca²⁺ w badanej próbce syntetycznego moczu. Wskaźnikiem PK w trakcie miareczkowania byÅ‚ mureksyd.

Miano sporzÄ…dzonego roztworu EDTA wynosi

 C_EDTA=(0,00505±0,00001) mol/dm³

Natomiast zawartość Ca2+ w analizowanej próbce wynosi m_Ca²⁺= (0,0061 ± 0,00012) g co po przeliczeniu daje stÄ™zenie C = 6, 08 10^−6mmol/L