Трилон Б, ЕДТА, натрій едетат. Комплексон у промисловості

Етилендиамінтетраацетат натрію (Na₂H₂C₁₀H₁₂O₈N₂·2H₂O)  – динатрієва сіль етилендіамінтетраоцтової кислоти (ЕДТА). Відомий під різними назвами: комплекcон III, хелатон 3, версен, секвестрен, нуллапон, титриплекс III, тетралон, трилон Б, хелатон ІІІ, динатрію едетат. Білий дрібнокристалічний порошок, майже без запаху, добре розчинний у воді та розчинах лугів. рН – 4,52. Проявляє властивості слабкої кислоти. Кристалогідрат зберігає свій склад при висушуванні при температурі не більше 800С. Використовується як «комплексон» - шестидентатний органічний ліганд, третинна амінокислота, що утворює хелатні цикли. Утворює комплекси майже з усіма металами, крім кінетично інертних алюмінію (III) та хрому (III). Перевагами є стійкість, стехіометрія та координація таких комплексів. Застосовується у виробництві пральних порошків, миючих засобів, відбілювачів, шампунів, кондиціонерів, гелів, мила, лосьйонів, кремів, бальзамів у концентраціях 0,001%–0,8%.

У косметиці

• підсилює дію ПАР, покращує піноутворення
• комплексоутворювач (хелатний агент) - стабілізатор
• підсилює дію антиоксидантів (напр. аскорбінової кислоти) у рослинних оліях
• покращує стабільність продукції
• пом’якшує воду
• підсилює дію консервантів
• для збереження забарвлення продукції, стабілізації барвників

Рекомендації щодо використання

• Піна для ванни 0,1%–1%
• Олівець для брів  0,2%
• Підводки для для очей 0,6%
• Тіні для очей 0,2%
• Лосьйон для зони навколо очей 0,1%–0,2%
• Засіб для демакіяжу 0,2%–0,3%
• Туш для вій 0,1%–0,2%
• Одеколони та туалетні води 0,2%
• Парфуми 0,05%
• Кондеціонери для волосся 0,005%–0,25%
• Спреї для волосся 0,05%
• Засоби для випрямлення волосся 0,2%
• Засоби для кучерявого волосся  0,03%–0,5%
• Шампуні для волосся 0,2%–0,8%
• Тоніки та інші засоби для догляду за волоссям 0,09%–0,2%
• Фарби для волосся 0,2%–0,4%
• Пудра для обличчя 0,02%–0,05%
• Тональні креми 0,02%–0,5%
• Губна помада 0,05%
• Фіксатори макіяжу 0,02%
• Креми та лосьйони для нігтів 0,02%
• Дезодоранти  0,2%
• Лосьйон після гоління 0,01%–0,5%
• Засоби для зволоження шкіри обличчя 0,05%–0,5%
• Маски для обличчя та тіла 0,02%–0,5%
• Сонцезахисні засоби 0,1%–0,5%
• Засоби для автозасмаги 0,02%–0,1%
• Олійки для тіла 0,05%
• Гелі для душу 0,1%
• Тверде мило 0,2%

Приклад використання етилендиамінтетраацетату натрію

Склад сонцезахисної емульсії
Водна фаза:

• Деіонізована вода: 61,35 %
• Полігліцерин-3: 2,00 %
• PharmaDur кополімер: 1,00 %
• Комплексон III: 0,10%
• ДМДМ гідантоїн: 0,30 %

Олійна фаза:

• гомосалат: 10,00 %
• октил салікат: 3,00 %
• октил 4-метоксицинамат: 7,50 %
• октокрилен: 2,75 %
• бутил метоксидибензоїлметан: 2,00 %
• ізододекан та ізоніл ізононаноат: 5,00 %

У комплексонометричному титруванні

• визначення загальної твердості води

Загальну твердість води визначають комплексонометричним титруванням стандартним розчином комплексону III у лужному середовищі в присутності відповідного металоіндикатора (еріохром чорного Т, еріохром синьо-чорного). Комплексон III утворює в лужному середовищі безбарвні комплексні сполуки кальцію і магнію, що є більш стійкими ніж їх комплекси з металоіндикатором.  Взаємодія іонів кальцію та магнію з еріохромом чорним призводить до утворення червоно-фіолетового комплексу, який при додаванні титранту вивільнюється з утворенням вільного індикатору, що має синє забарвлення. Точка еквівалентності фіксується при зміні забарвлення з червоно-фіолетового до синього. Виявленню заважають йони заліза, кобальту, алюмінію, цинку, марганцю, органічні забарвлені речовини.

• визначення вмісту металів у сумішах металів, сплавах.

Комплексон ІІІ з багатьма катіонами металів утворює стійкі і розчинні у воді комплекси, які ще називають внутрішньокомплексними солями, що зумовлено присутністю в його молекулі одночасно кількох солетворних карбоксильних груп і комплексоутворюючих атомів нітрогену. Висока стійкість комплексів металів з ЕДТА обумовлена наявністю в молекулі ЕДТА шести функціональних груп з донорними атомами Нітрогену та Оксигену. Завдяки цьому в моноядерних комплексонатах ЕДТА проявляє себе як шестидентатний ліганд, який, зв'язуючи іони металу, утворює декілька п'ятичленних циклів, а будова комплексу має октаедричну структуру.  

Натрій едетат для кількісного визначення бісмуту нітрату основного

Визначення проводять прями титруванням розчином натрію едетату, індикатор – ксиленоловий оранжевий; (s = 1 у перерахунку на бісмут) (ДФУ):
 

Комплексони – це органічні сполуки, похідні амінополікарбонових кислот, найпростішою з яких є імінодіоцтова кислота.
Комплексон ІІІ (трилон Б) - динатрієва сіль етилендіамінетраацетатної кислоти (Na2H2Y):

Так як вільна етилендіамінтетраацетатна кислота досить малорозчинна у воді, тому в аналітичній практиці використовують її двозаміщену натрієву сіль. Атоми Нітрогену в молекулі трилону Б проявляють основні властивості і здатні протонуватися, тому у водних розчинах структура Na2ЕДТА відповідає формулі

Аніони цієї кислоти позначають Y4. ЕДТА малорозчинна у воді, але добре розчиняється в кислотах за рахунок утворення протонованих форм Н3Y-, Н2Y2-, НY3-. Константи кислотної дисоціації ЕДТА дорівнюють: рКА1=0,9; рКА2=1,6; рКА3=2,0; рКА4=2,67; рКА5=6,16; рКА6=10,26. Дві останні константи характеризують протонування атомів Нітрогену.

Взаємодія комплексону III (трилону Б) з іонами металів

Комплексон ІІІ з багатьма катіонами металів утворює стійкі і розчинні у воді комплекси, які ще називають внутрішньокомплексними солями, що зумовлено присутністю в його молекулі одночасно кількох солетворних карбоксильних груп і комплексоутворюючих атомів нітрогену. Взаємодію трилону Б з двозарядним катіоном можна зобразити у вигляді схеми:

Висока стійкість комплексів металів з ЕДТА обумовлена наявністю в молекулі ЕДТА шести функціональних груп з донорними атомами Нітрогену та Оксигену. Завдяки цьому в моноядерних комплексонатах ЕДТА проявляє себе як шестидентатний ліганд, який, зв'язуючи іони металу, утворює декілька п'ятичленних циклів, а будова комплексу має октаедричну структуру.
Взаємодія іонів металів з ЕДТА протікає за рівняннями:

Звідси видно, що незалежно від заряду катіона в реакції комплексоутворення бере участь один аніон і виділяється два іони водню, тобто взаємодія проходить при відношенні Мn+ : H2Y2– = 1:1, рідко 1:2 (Th, Zn, Mo).

Умови комплексонометричних визначень

Оскільки концентрація вільного Y4- залежить від рН розчину, реакції утворення комплексів з різними іонами металів теж залежать від рН (рис. 12.1). Хелат має три п’ятичленні цикли, які обумовлюють високу стійкість. d- та р- метали утворюють більш стійкі комплекси ніж s-елементи, тому вони утворюються в кислому середовищі, а останні – в лужному.
 
Мінімальні значення рН, необхідні для титрування різних катіонів металів

Вплив кислотності особливо сильно проявляється при титруванні іонів тих металів, які утворюють порівняно малостійкі комплекси. Це іони Mg2+, Ca2+ та деяких інших металів, які можна відтитрувати лише в лужному середовищі. Катіони багатьох металів титруються в аміачно-амонійному буферному розчині. Іони тих металів, що утворюють досить стійкі комплекси, наприклад Fe3+ - іони, можуть бути відтитровані не тільки в нейтральному або в слабкокислому, але і в досить кислому розчині. Це дозволяє використовувати натрій едетат для сумісного визначення катіонів декількох металів.

Приготування розчинів натрію едетату

Титровані розчини натрію едетату готують відповідно до звичайних вимог хімічного аналізу. Концентрацію титрованих розчинів виражають молярною концентрацією. Молярна концентрація виражає кількість речовини (молей) розчиненої у 1 літрі розчину. Концентрація титрованих розчинів не повинна відрізнятися від зазначеної більш, ніж на 10%. Молярну концентрацію титрованих розчинів визначають з точністю 0,2%.
Для визначення точної концентрації розчинів натрію едетату використовують стандартні речовини, такі як магнію та цинку сульфат, цинк, магній та алюміній. При стандартизації натрію едетату кінцеву точку титрування встановлюють таким же методом, яким встановлюють при кількісному визначенні аналіту (за допомогою металоіндикатору або амперометрично, потенціометрично). Склад середовища, у якому стандартизують титрований розчин повинний бути такий ж, як і той, у якому він буде використовуватися. Вихідні стандартні речовини для встановлення титру титрованих розчинів у фармацевтичному аналізі позначають буквами РО.

Титрантом у даному випадку є 0,1 М, 0,002 М розчин натрію едетату, для приготування якого використовують динатрій етилендіамінтетраацетат. Натрію едетат для цього одержують у чистому виді, після тривалого висушування при 80 °С його склад відповідає дигідрату. Висушений препарат можна використовувати для прямого приготування стандартних розчинів у концентрації 0,1 М і 0,002 М.
Розчин натрію едетату згідно вимог Державної Фармакопеї України готують таким чином:
0,1 М розчин
37,5 г натрію едетату розчиняю у 500 мл води, додають 100 мл 1 М розчину натрію гідроксиду і доводять об’єм розчину водою до 1000 мл.
Установка титру: 0,12 г цинку розчиняють у 4 мл хлоридної кислоти і додають 0,1 мл бромної води; видаляють надлишок брому кип’ятінням, додають розчин натрію гідроксиду, розведений Р до слабкокислої або нейтральної реакції і проводять кількісне визначення цинку методом комплексонометрії.
1 мл 0,1 М розчину натрію едетату відповідає 6,54 мг цинку. Готовий розчин зберігають у щільно закупореному поліетиленовому контейнері.
0,02 М розчин
7,444 г натрію едетату розчиняють у воді і доводять водою об’єм розчину до 1000 мл.
Установка титру: 0,100 г цинку розчиняють у 4 мл хлоридної кислоти і додають 0,1 мл бромної води; видаляють надлишок брому кип’ятінням. Переносять розчин у мірну колбу і доводять об’єм розчину водою до 100 мл. Відбирають 25 мл отриманого розчину і переливають у конічну колбу на 500 мл і доводять водою до 200 мл. Додають близько 50 мг індикаторної суміші ксиленолового оранжевого і гексаметилентетраміну до одержання фіолетово-рожевого забарвлення розчину. Додають 2 г гексаметилентетраміну. Титрують приготованим розчином натрію едетату до переходу фіолетово-рожевого забарвлення у жовте.
1 мл 0,02 М розчину натрію едетату відповідає 1,308 мг цинку.
Поправковий коефіцієнт (з урахуванням розведення) обчислюють наступним чином:
Кп= (25 · а)/1000 · Т · V, де Кп – поправковий коефіцієнт; а – точна наважка металічного цинку; Т – титр металічного цинку; V – об’єм титрованого розчину натрію едетату.

Визначення загальної твердості води
Метод ґрунтується на утворенні стійких комплексів ЕДТА з іонами Ca2+ та Mg2+ при рН~10 за наявності індикатору. Визначенню заважають: мідь, цинк, марганець, високий вміст карбонатів, біологічні компоненти. Проте, у водопровідній воді вміст цих домішок невеликий і додаткову очистку вважаємо за непотрібну.
Реактиви й обладнання

• Етилендиамінтетраацетат натрію, с(Na2H2Y)=0,05 моль/л;
• Буферний розчин (рН~9,8): 10 г хлориду амонію (NH4Cl) розчиняють у дистильованій воді, додають 50 мл розчину аміаку (з масовою часткою 25 %) й доводять до загального об’єму 500 мл дистильованою водою; розчин зберігають у щільно закритій скляній тарі;
• Розбавлений буферний розчин: вищевказаний розчин розводять у 5 разів: відбирають 20 мл розчину в мірну колбу ємністю 100 мл, доводять дистильованою водою до мітки;
• Еріохром чорний (індикаторна суміш): 0,25 г індикатору змішують з 50 г сухого хлориду натрію, ретельно розтертого в ступці;
• Дистильована вода;
• Фільтрувальний папір;
• Порцелянова ступка і товкач;
• Конічні колби ємністю 250-300 мл;
• Лабораторний стакан;
• Бюретка ємністю 25 мл.

Хід роботи
У конічну колбу для титрування наливають 100 мл досліджуваної води, (або менший точно виміряний об’єм, з розрахунку на те, щоб сумарний вміст іонів кальцію та магнію не перевищував 0,25 ммоль). Додають 10 мл буферного розчину, попередньо розведеного у 5 разів (2 мл стандартного буферу), приблизно 0,1 г сухої індикаторної суміші й відразу титрують розчином ЕДТА, постійно ретельно перемішуючи до зміни забарвлення до синьо-зеленого. Якщо на титрування витрачено більше, ніж 20 мл розчину титранту, то це вказує на завеликий вміст іонів кальцію та магнію: тоді титрування повторюють, взявши менший об’єм води й розвівши його до 100 мл дистильованою водою.
Обробка результатів
Загальну твердість води Х, ммоль/л обчислюють за формулою
X = (1000 · v · c)/ vx,
де v – об’єм розчину ЕДТА, що витрачено на титрування, мл;
с – точна концентрація розчину титранту, моль/л;
vx – об’єм води, що взято для визначення твердості, мл.
Відносна різниця між повторними визначеннями не має перевищувати 2 %.

Питання-відповідь

Питання: Як використовувати трилон Б для чищення металічних поверхонь, особливо від накипу?

Відповідь: Для чистки залізної поверхні готуємо розчин - 30-50 г ЕДТА і 20 г лимонної кислоти на 1-1,5 води. Для того, щоб почистити від накипу автомобільний радіатор - 200 г на 10 л води залити всередину.