• View
• Edit
• History
• Print

EDTA

EDTA en complexometrie

(Door Ben Dijkhuis)

Deze theorie heeft betrekking op de bepaling van metaalionen in een waterige oplossing.

CHELATIE OF COMPLEXVORMING

Chelatie (of complexvorming) is een proces, waarbij een speciale soort chemische bindingen (ook wel coördinatiebindingen genoemd), tot stand komt.
Sommige organische moleculen hebben twee of meer, vaak vier, uitstekende, flexibele ‘armen’ met sterk elektronegatieve groepen aan de uiteinden. Hiermee kunnen ze zich om diverse metaalionen heen groeperen, die dan door de gecombineerde aantrekkingskracht van de elektronegatieve groepen worden vastgehouden. De anders vaak slecht oplosbare metaalionen kunnen hiermee soms goed in oplossing gaan.
De verschillende complexvormende stoffen hebben een verschillende mate van bindingsvoorkeur (affiniteit) voor verschillende soorten metaalionen, die elkaar dus soms door concurrentie uit de gebonden plaats kunnen verdringen.
Dit hangt samen met:

• de grootte van het metaalion;
• de elektrostatische aantrekkingskracht
• en de configuratie en van het vangende ‘molecuul’.

EDTA

Een veel toegepaste chelerende stof is EDTA (ethyleendiaminetetra-acetaat = ethyleendinitrilotetraethanoaat).

Twee voorstellingen van de structuurformule van EDTA

Als alle waterstofatomen van het EDTA zijn afgesplitst, verkrijgt men een 4-waardig negatief ion, dat we voorstellen met het symbool Y^4-. Het metaalion wordt door het EDTA omgeven door totaal zes negatief-polaire groepen: de twee N-atomen en de vier COO^--groepen. Als een metaalion, op deze wijze door het Y^4--ion wordt omringd, ontstaat bijvoorbeeld het complex ion, dat we dan voorstellen met CuY^2-. Op deze wijze kunnen metaalionen goed in oplossing worden gehouden.

EDTA wordt dan ook gebruikt in wasmiddelen, en b.v. in de geneeskunde voor het vangen en verwijderen van calciumionen en ionen van andere metalen, waaronder ook wel zware metalen zoals arseen, koper en kwik. De meest sterke complexen worden gevormd met Mn²⁺, Cu²⁺, Fe³⁺ en Co³⁺.

Als EDTA nog alle waterstofionen bezit, duiden we in de praktijk, een molecuul EDTA, aan door middel van het symbool: H₄Y. Het is een witte kristallijne stof, dat slecht oplosbaar is in water. Om het dus goed in oplossing te brengen is het altijd nodig, dat er H⁺-ionen kunnen worden weggenomen.

De volgende evenwichten kunnen optreden:

De drie ionen H₂Y^2- , HY^3- en Y^4- kunnen met metaalionen complexen vormen. Welke van de vier ionen het meest voorkomt is afhankelijk van de pH van de oplossing.

De naam EDTA wordt zowel voor het zuur als voor één van de zuurrestionen gebruikt.

Als we het metaalion voorstellen door Mⁿ⁺ gelden de volgende complexvormingsevenwichten:

De sterkte/stabiliteit van het complex wordt uitgedrukt door middel van de vormingskonstante. Dit is de waarde van de evenwichtsconstante die tijdens het proces een rol speelt.

Hoe groter de vormingsconstante K_v, des te stabieler is de complexe verbinding.

Naast het feit dat de stabiliteit van een complexe verbinding afhangt van het soort metaalion dat met EDTA reageert, blijkt uit bovenstaande vergelijkingen dus ook dat de [H⁺], dus de pH de stabiliteit van de complexe verbinding beïnvloedt.

We kunnen nu één en ander toelichten door middel van het onderstaande voorbeeld:

Ca²⁺(aq) + H₂Y^2-(aq)<=> CaY^2- (aq) + 2H⁺(aq)

Op basis van een andere schrijfwijze van het evenwicht:

CaY^2-(aq) + 2H⁺(aq) <=> Ca²⁺(aq) + H₂Y^2-(aq),

geldt de disscociatieconstante:

Hoe kleiner de dissociatieconstante, des te stabieler de complexe verbinding.

Derhalve geldt: -pK_d=pK_v

TITRATIES

Om metaalionen door middel van EDTA te bepalen zijn een aantal zaken van belang:

• De stabiliteit van het complex bij een bepaalde pH
• Het soort metaalion dat wordt bepaald
• Een geschikte indicator (afhankelijk van pH)
• Bij te hoge pH kan het metaalion als hydroxide worden neergeslagen, zodat geen bepaling mogelijk is.

Bij titraties met EDTA wordt de pH door middel van een bufferoplossing constant gehouden.

Als titreervloeistof (titrant), wordt in de praktijk vaak een oplossing van het dinatriumzout van EDTA gebruikt. Het voordeel boven de stof EDTA is het feit, dat het dinatriumzout zeer gemakkelijk in water oplost.
Deze stof heeft de onderstaande structuurformule:

EINDPUNT EN INDICATOR

Om het eindpunt te kunnen bepalen is een geschikte indicator nodig. Er zijn verschillende indicatoren bruikbaar, die geschikt zijn voor diverse metaalionen bij verschillende pH’s. Een overzicht vind je in de onderstaande tabel.

De indicator is een kleurstof, die eveneens met metaalionen een complexe verbindingen kan maken. Het werkt pas als de stabiliteit van het indicator-metaal-complex kleiner is dan van het metaal-EDTA-complex.
Zodra het eindpunt van de titratie wordt bereikt (dat wil zeggen dat alle metaalionen door het EDTA zijn gebonden) zal het EDTA de laatste metaalionen uit het indicator-metaal complex halen. Door deze zgn. verdringingsreactie, slaat kleur van de indicator subiet om.

Al we een molecuul van de indicator voorstellen met symbool ‘In’ , dan kunnen we de reactie op het eindpunt schematisch voorstellen door:

In de onderstaande tabel vindt je een aantal gegevens voor de bepaling van metaalionen met EDTA:

Metaalion	logKv3:	pH	indicator	kleuromslag
Fe3+	25,1	<6	xylenoloranje	rood/violet → geel
Hg2+	21,8	<6	xylenoloranje	rood/violet → geel
Cu2+	18,80	<6	xylenoloranje	rood/violet → geel
Pb2+	18,04	<6	xylenoloranje	rood/violet → geel
Zn2+	16,50	<6	xylenoloranje	rood/violet → geel
Al3+	16,13	<6	xylenoloranje	rood/violet → geel
Fe2+	14,33	<6	xylenoloranje	rood/violet → geel
Cu2+	18,80	6	PAN	rood → oranje
Zn2+	16,50	6	PAN*	rood → geel
			*1-(2-pyridylazo)−2-naphthol
Zn2+	16,50	6	methylthymolblauw	blauw → geel
Cu2+	18,80	10–12	murexide	oranje → blauwviolet
Ni2+	18,6	10–12	murexide	geel → blauwviolet
Ca2+	10,70	12	murexide	karmijnrood → blauwviolet
Zn2+	16,50	10	eriochroomzwart T	rood → blauw
Ca2+	10,70	10	eriochroomzwart T	rood → blauw
Mg2+	8,69	10	eriochroomzwart T	rood → blauw

BRONNEN

• H.H. Willard, N.H. Furman, C.E. Bricker; Elements of Quantitative Analysis; D. van Nostrand Company, Princeton (USA), 1956; p. 135–137.
• R.L. Pecsoc, L.D. Shields, Th. Cairns, I.G. McWilliam; Modern Methods of Chemical Analyses; John Wiley & Sons, New York; 1976; p. 456,457.
• G. Verkerk e.a., red; BINAS 2e druk; Wolters-Noordhof, Groningen; 1986; p. 117
• G. Verkerk e.a., red; BINAS 4e druk; Wolters-Noordhof, Groningen; 1998; p. 103

www:

• Wikipedia (nl): Ethyleendiaminetetra-acetaat; 2006; 18–10–2006; http://nl.wikipedia.org/wiki/EDTA
• Wikipedia (nl): Chelatie; 2006; 18–10–2006; http://nl.wikipedia.org/wiki/Chelatie
• Wikipedia (en): EDTA; 2006; 18–10–2006; http://en.wikipedia.org/wiki/EDTA
• Katholieke Universiteit Nijmegen: Practicum chemie; update niet bekend; 18–10–2006; NL; www.chemistry.science.ru.nl/practicum/ ; kies in de lijst: info bij complexometrie (Word-bestand)