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络合平衡中的条件常数是什么?


实验室k / 2018-07-28

    离子强度的改变对络合平衡的影响同各种干扰性副反应相比,时常是小的。副反应可以产生不包括在分析手续所根据的方案之中的化合物,而且所有这些干扰反应的考虑可能导向很复杂的表示。通常,副反应是那些由氢离子、氢氧离子、缓冲物质、掩蔽剂和干扰性金属离子所引起的反应。
    所好的是,分析化学家并不需要准确知道溶液中每一种物质的真实浓度。他们倒是对每一情况的主要反应的完全程度更感兴趣一些。例如,当用一种络合剂在氨溶液中滴定锌时,分析工作者愿意知道的是这两种组分如何完全地反应,而对锌以什么型体脱离反应(是作为锌离子,锌氨络合物,或锌氢氧基络合物)则不感兴趣,也不需要知道由于络合剂的质子迁移而形成的各种酸离子。当把一种金属沉淀为难溶盐时,分析工作者愿意知道的是留在溶液中的金属的总量,而各种溶解的金属络合物的组成对他们的工作来说,则不重要。

络合平衡中的条件常数是什么

    为了简化计算,施瓦岑巴赫在络合滴定中介绍了“表观常数”的概念。林邦(Ringbom)引进了“条件常数”这个具有更广泛意义的有效概念,并曾用它计算了一系列副反应,如络合剂和金属离子的水解反应,酸和碱的螯合络合物的形成,络合剂与存在的其他金属离子竞争的反应,以及金属离子同缓冲剂和掩蔽物质的反应等。“条件常数”一词是林邦根据柯尔蜀夫的建议而采用的,它快定于实验条件而不是常数。应强调指出,条件常数不仅在络合平衡中应用,就是在中和沉淀[(3-2),(7-1)]和氧化-还原反应[(5-1),(7-1)]中也得到应用。
    为了明确条件常数的性质,要考虑络合反应4-3:

M+L=KML          KML=[ML]/[M][L]

    上式中KML是稳定常数。虽然我们考虑到M和L参与的所有副反应,为了保持平衡公式为一简单形式,我们可以确定一个新的常数K':

K'=KM'L'=[ML]/[M'][L']          (4-6)

式中[M']表示的浓度,不仅是自由金属离子,也包括溶液中所有未与络合剂反应的金属离子。相应地,[L']  包括自由配位体和一切未与金属结合的络合剂在溶液中的总浓度。K'是条件常数。就条件常数而言,重要的时常不是常数本身而是它的定性标记。例如KML'指出配位体的副反应,但未指出有关金属的副反应。KM'L'则二者都指出。
    例如,如果锌在氨缓冲溶液中用EDTA(=H4Y)滴定,NH3和OH-同Zn2+可以发生副反应,H+同Y-4也可以发生副反应。[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)

    这样,条件常数给出了分析家确实感兴趣的量之间的关系,包括形成的产物[ML]的浓度;未络合的(对照主反应而言)金属的总浓度[M'];和未络合的配位体对照之反应而言的总浓度[L']。
    上面的定义显示条件常数不是一种真实常数,而是依赖于实验条件,尤其是溶液中存在的其他物质。
    一个重要的事实是,部分地或全部地用主要浓度表示的这样一种条件常数,能够与普通平衡常数十分一样的方法来掌握。例如可能划滴定曲线以计算等当点时的[M'],和计算滴定误差,而不需要知道提供给[M']和[L']的物质的准确性质。用这种方法,平衡公式能保持很简单,只含有三个项目。在这里,副反应的影响,只限于改变“常数”的数值。上例中KZn'Y'值可由pH和溶液中自由氨的浓度确定(在固定温度)。


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