Компьютерное моделирование комплексометрического титрования с учетом побочных реакций

Компьютерное моделирование комплексометрического титрования с учетом побочных реакций

Компьютерное моделирование комплексометрического титрования с учетом побочных реакций

Д.В. Калашников, В.И. Вершинин, Е.А. Петрук, Омский государственный университет, кафедра аналитической химии и химии нефти

При разработке новых методик анализа компьютерное моделирование позволяет по виду рассчитываемой кривой титрования априорно оценить его осуществимость в заданных условиях. Контролируя высоту скачка на кривой, можно также оптимизировать эти условия с целью повышения точности и селективности анализа. Основные публикации в данной области посвящены легко моделируемым реакциям нейтрализации и осаждения. Лишь несколько работ (например [1,2]) связаны с комплексометрией, однако соответствующие программы основаны на очень упрощенных моделях, не учитывающих возможности ступенчатого комплексообразования между металлом М и лигандом (титрантом) Y, маскирования металла посторонним лигандом R и некоторых других процессов. Поэтому известные программы применимы только для частного случая (титрования комплексонами в отсутствие маскирующих веществ).

В ходе настоящей работы планировалось: построить общую модель процесса, приближенную к реальным условиям комплексометрического титрования; разработать алгоритм расчетов по этой модели, не связанный с применением условных констант; составить соответствующую программу для IBM-совместимых компьютеров и проверить ее, сопоставляя результаты компьютерного эксперимента с данными потенциометрического титрования.

По нашему мнению, необходимым и достаточным приближением к эксперименту можно считать следующую модель. Пусть в растворе с произвольным и известным значением рН присутствуют ионы металла М и может присутствовать маскирующее вещество R. В ходе титрования вводится раствор лиганда Y, причем образуется равновесная смесь комплексов вида MYi. Ионы М могут участвовать в реакции ступенчатого гидролиза и дают с R смесь комплексов вида MRi, а R и Y могут протонироваться, вплоть до соотношения 1:6. При этом протонированные частицы не реагируют с М, а гидроксокомплексы М не реагируют с Y и R. Другие компоненты в системе отсутствуют или не участвуют в химических процессах. Осадки, смешанные и двуядерные комплексы не образуются. Титрование идет в водном растворе при постоянной температуре, при нулевой ионной силе и неизменном значении рН. При добавлении титранта равновесие в растворе устанавливается мгновенно; константы равновесий и начальные общие концентрации компонентов известны.

Реализация такой модели традиционным способом, то есть с помощью условных констант [3], в общем случае невозможна: величина [R], необходимая для их вычисления, заранее не известна и меняется по ходу титрования. Условие материального баланса по М, R и Y, примененное к вышеописанной модели, приводит к системе из трех уравнений, а именно: