Устойчивость хелатов

1.2 Устойчивость хелатов

1.2.1 Определение констант устойчивости комплексов

Константы устойчивости имеют исключительно большое значение в химии. Возможность оценки устойчивости соединения способствует не только более глубокому пониманию существа хелатов, их структуры, природы связей, но позволяет, если ограничиться лабильными комплексами, предвидеть возможность разделения или вытеснения ионов, а также мешающее влияние ионов и возможность его устранения при помощи реакции маскирования [1].

Обычно, записывая реакцию образования комплекса или хелата, при определении понятия «константа устойчивости» не учитывают участие растворителя в реакции. Исключение делают только для реакций некоторых ионных ассоциатов и синергетических реакций, так как в этом случае молекулы растворителя выступают в роли лигандов и остаются в комплексном экстрагируемом соединении. Не учитывают также координационно-присоединенные металлом и вытесняемые при образовании комплекса молекулы растворителя, хотя эти молекулы и имеют существенное значение для хелатного эффекта [1].

За немногими исключениями, реакции образования комплексов имеют ступенчатый характер, поэтому в растворе, кроме свободного лиганда L и иона M, находятся все промежуточные комплексы

ML, ML₂, ML₃, ML_n…ML_N,

где N – максимальное число координированных лигандов. Если допустить, что в системе устанавливается равновесное состояние, определяемое стехиометрическими коэффициентами, то будут справедливы следующие равновесия:

M + L  ML, , ;

ML + L  ML₂, , ;

ML_n-1 + L  ML_n, , ;

ML_N-1 + L  ML_N, , .

Константы K_n называют константами устойчивости.

Произведение ступенчатых констант устойчивости называется полной, или общей, константой устойчивости; отрицательный логарифм обозначают  При обсуждении равновесий, например, в случае комплексометрического титрования при различных значениях рН часто используют общую константу устойчивости промежуточных комплексов. Поэтому целесообразно использовать символ β для обозначения этой константы. Можно записать также, что

β₁ = K₁,

β₂ = K₁∙K₂,

β₃ = K₁∙K₂∙K₃,

β_n = K₁∙K₂∙…∙K_n.

Значение β_n определяется равновесием реакции

M + nL  ML_n,.

Существуют три принципиально различных подхода к определению константы устойчивости. Так называемые рL-методы  основаны на измерении концентрации свободного лиганда. Если определить «концентрацию»  связанных лигандов, то из нескольких пар значений  и [L] можно рассчитать набор значений и соответствен рМ-методы предполагают определение концентрации свободного металла М. Эти методы пригодны только для исследования малоустойчивых комплексов. В этом случае в первом приближении концентрацию свободного лиганда можно считать равной общей исходной концентрации; методы позволяют определять значения , β₁, β₂ и т. д. И, наконец, при использовании рМL-методов определяют концентрацию комплекса [ML_n]. рМL-методы особенно часто используют при обработке результатов исследования двухфазных систем, поскольку при экстракции в органической фазе, как правило, присутствует только одно соединение и концентрацию всех остальных компонентов, за исключением [М] и [L], можно считать пренебрежимо малой [1].

Во многих случаях образование комплексов необходимо рассматривать совместно с другими равновесиями в растворе. Например, при исследовании экстракционных реакций равновесия образования комплексов комбинируются с равновесиями распределения комплексов между двумя фазами по Нернсту [1].

Чувствительность реакций осаждения можно выразить через произведение растворимости

Иногда произведение растворимости используют для сравнения устойчивости комплексов, хотя это очень грубое приближение, поскольку не учитывается образование промежуточных комплексов и комплексных анионов при дополнительной координации лигандов [1].

При обсуждении равновесий с хелатообразующими реагентами необходимо учитывать равновесия протонирования в растворах, а именно протонирование и соответственно депротонирование хелатов, хелатных и других комплексообразующих реагентов. Протонирование и депротонирование хелатов имеет большое значение, хотя в аналитических целях используется редко [1].