Комплексные соединения широко распространены в природе. В состав многих растений и живых организмов входят соединения с макроциклическими лигандами. В упрощенном виде тетрадентантный макроцикл порфин представлен на рис. 25.
|
виде порфиновый цикл представлен
четырьмя атомами азота, соединенными
углеродными цепями (рис. 25). Кроме того, имеются четыре или более заместителей - радикалов R1, R2, R 3, R4. В зеленом катализаторе фотосинтеза - хлорофилле роль комплексообразователя выполняет магний (рис. 26). Макроциклический комплекс железа входит в состав гемоглобина (рис. 26).
Железо координирует кислород в комплексе гемоглобина и переносит его по организму с кровью. Связь кислорода с железом в комплексе не очень прочная и поэтому кислород в организме легко реагирует с восстановителями. Недостаток железа в организме приводит к болезни - анемии. Макроциклы крови могут взаимодействовать с каталитическими ядами, например, монооксидом углерода СО, что приводит к отравлению организма.
Рис. 26. Схематическое изображение порфиринового макроцикла (а), активного центра хлорофилла (б) и гемоглобина (в)
Сложные лиганды-комплексоны широко используются в энергетике для очистки парогенераторов от накипи, в медицине - для очистки почек от камней, для выведения ядовизорганизма, таких как Hg2+ Pb2+ Cd2+, в химии - как катализаторы некоторых реакций, например восстановления кислорода, в аналитической химии, в частности, при определении жесткости воды.
9.8. Комплексонометрия. Жесткость воды
Жесткость воды выражается суммой миллиэквивалентов ионов Са2+ и Mg2+, содержащихся в 1 л воды (ммоль/л). Один миллимоль жесткости отвечает содержанию 20,04 мг/л Са2+ или 12,16 мг/л Mg2+.
Пример 1[4]. Вычислите жесткость воды, зная, что в 500 л ее содержится 202,5 г Са(НСО3)2.
Решение. В 1 л воды содержится 202,5 : 500 = 0,405 г Са(НСО3)2, что составляет 0,405 : 81 = 0,005 ммоль/л. 81 г/моль — эквивалентная масса Са(НСО3)2. Следовательно, жесткость воды 5ммоль.(Ж = т / (mэV)= 202 500 / (81 • 500) = 5 ммоль. 81 – эквивалентная масса Са(НСО3)2, равная половине его молярной массы).
Пример 2. Сколько граммов CaSO4 содержится в 1 м3 воды, если жесткость, обусловленная присутствием этой соли, равна 4 ммоль?
Решение. Молярная масса CaSO4 136,14 г/моль; молярная масса эквивалента равна 136,14:2 = 68,07 г/моль. В 1 м3 воды жесткостью 4 ммоль содержится 4 · 1000 = 4000 ммоль, или 4000 · 68,07 = 272 280 мг = 272,280 г CaSO4. Из формулы Ж = m / (mэV),m = 4×68,07×1000 = 272 280 мг = 272,280 г CaSO4).
Пример 3. Какую массу соды надо добавить к 500 л воды, чтобы устранить ее жесткость, равную 5 ммоль?
Решение.В 500 л воды содержится 500 · 5 = 2500 моль солей, обусловливающих жесткость воды. Для устранения жесткости следует прибавить 2500 · 53 = 132 500 мг = 132,5 г соды (53 г/моль — молярная масса эквивалента Na2CO3).
Пример 4. Вычислите карбонатную жесткость воды, зная, что на титрование 100 см3 этой воды, содержащей гидрокарбонат кальция, потребовалось 6,25 см3 0,08 н. раствора НС1.
Решение.Вычисляем молярную концентрацию эквивалентов раствора гидрокарбоната кальция. Обозначив число эквивалентов растворенного вещества в 1 л раствора, через х, составляем пропорцию:
Таким образом, в 1 л исследуемой воды содержится 0,005·1000 = 5 ммоль гидрокарбоната кальция или 5 ммоль Са2+-ионов. Карбонатная жесткость воды 5 ммоль.