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絡(luò)合平衡中的條件常數(shù)是什么?


實驗室k / 2018-07-28

    離子強度的改變對絡(luò)合平衡的影響同各種干擾性副反應(yīng)相比,時常是小的。副反應(yīng)可以產(chǎn)生不包括在分析手續(xù)所根據(jù)的方案之中的化合物,而且所有這些干擾反應(yīng)的考慮可能導(dǎo)向很復(fù)雜的表示。通常,副反應(yīng)是那些由氫離子、氫氧離子、緩沖物質(zhì)、掩蔽劑和干擾性金屬離子所引起的反應(yīng)。
    所好的是,分析化學(xué)家并不需要準(zhǔn)確知道溶液中每一種物質(zhì)的真實濃度。他們倒是對每一情況的主要反應(yīng)的完全程度更感興趣一些。例如,當(dāng)用一種絡(luò)合劑在氨溶液中滴定鋅時,分析工作者愿意知道的是這兩種組分如何完全地反應(yīng),而對鋅以什么型體脫離反應(yīng)(是作為鋅離子,鋅氨絡(luò)合物,或鋅氫氧基絡(luò)合物)則不感興趣,也不需要知道由于絡(luò)合劑的質(zhì)子遷移而形成的各種酸離子。當(dāng)把一種金屬沉淀為難溶鹽時,分析工作者愿意知道的是留在溶液中的金屬的總量,而各種溶解的金屬絡(luò)合物的組成對他們的工作來說,則不重要。

絡(luò)合平衡中的條件常數(shù)是什么

    為了簡化計算,施瓦岑巴赫在絡(luò)合滴定中介紹了“表觀常數(shù)”的概念。林邦(Ringbom)引進了“條件常數(shù)”這個具有更廣泛意義的有效概念,并曾用它計算了一系列副反應(yīng),如絡(luò)合劑和金屬離子的水解反應(yīng),酸和堿的螯合絡(luò)合物的形成,絡(luò)合劑與存在的其他金屬離子競爭的反應(yīng),以及金屬離子同緩沖劑和掩蔽物質(zhì)的反應(yīng)等。“條件常數(shù)”一詞是林邦根據(jù)柯爾蜀夫的建議而采用的,它快定于實驗條件而不是常數(shù)。應(yīng)強調(diào)指出,條件常數(shù)不僅在絡(luò)合平衡中應(yīng)用,就是在中和沉淀[(3-2),(7-1)]和氧化-還原反應(yīng)[(5-1),(7-1)]中也得到應(yīng)用。
    為了明確條件常數(shù)的性質(zhì),要考慮絡(luò)合反應(yīng)4-3:

M+L=KML          KML=[ML]/[M][L]

    上式中KML是穩(wěn)定常數(shù)。雖然我們考慮到M和L參與的所有副反應(yīng),為了保持平衡公式為一簡單形式,我們可以確定一個新的常數(shù)K':

K'=KM'L'=[ML]/[M'][L']          (4-6)

式中[M']表示的濃度,不僅是自由金屬離子,也包括溶液中所有未與絡(luò)合劑反應(yīng)的金屬離子。相應(yīng)地,[L']  包括自由配位體和一切未與金屬結(jié)合的絡(luò)合劑在溶液中的總濃度。K'是條件常數(shù)。就條件常數(shù)而言,重要的時常不是常數(shù)本身而是它的定性標(biāo)記。例如KML'指出配位體的副反應(yīng),但未指出有關(guān)金屬的副反應(yīng)。KM'L'則二者都指出。
    例如,如果鋅在氨緩沖溶液中用EDTA(=H4Y)滴定,NH3和OH-同Zn2+可以發(fā)生副反應(yīng),H+同Y-4也可以發(fā)生副反應(yīng)。[Zn']和[Y']于是表示:

[Zn']=[Zn]+[Zn(NH3)]+…+[Zn(NH3)4]+[Zn(OH)]+…+[Zn(OH)4]          (4-7)
[Y']=[Y]+[HY]+[H2Y]+[H3Y]+[H4Y]+[H5Y]+[H6Y]         (4-8)

    這樣,條件常數(shù)給出了分析家確實感興趣的量之間的關(guān)系,包括形成的產(chǎn)物[ML]的濃度;未絡(luò)合的(對照主反應(yīng)而言)金屬的總濃度[M'];和未絡(luò)合的配位體對照之反應(yīng)而言的總濃度[L']。
    上面的定義顯示條件常數(shù)不是一種真實常數(shù),而是依賴于實驗條件,尤其是溶液中存在的其他物質(zhì)。
    一個重要的事實是,部分地或全部地用主要濃度表示的這樣一種條件常數(shù),能夠與普通平衡常數(shù)十分一樣的方法來掌握。例如可能劃滴定曲線以計算等當(dāng)點時的[M'],和計算滴定誤差,而不需要知道提供給[M']和[L']的物質(zhì)的準(zhǔn)確性質(zhì)。用這種方法,平衡公式能保持很簡單,只含有三個項目。在這里,副反應(yīng)的影響,只限于改變“常數(shù)”的數(shù)值。上例中KZn'Y'值可由pH和溶液中自由氨的濃度確定(在固定溫度)。


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