Komplekstitrering med EDTA

SøkeordHensiktFramgangsmåteTeoriSensorspørsmål

Hardt vann inneholder mye Ca²⁺ og Mg²⁺. Disse metallionene kan bestemmes med EDTA, en ligand som binder metallioner svært effektivt i et 1 : 1-forhold. Når alle metallionene er bundet av EDTA, frigjøres indikatoren og løsningen skifter farge fra vinrød til blå. Derfor kan volumet EDTA brukes direkte til å beregne samlet vannhardhet.

Dette søker elever ofte etter

Elever som jobber med dette forsøket søker ofte etter komplekstitrering med EDTA, EDTA titrering, vannhardhet, hardt vann, Ca²⁺ og Mg²⁺ i vann, eriokromsvart T, pH 10 buffer, endepunkt og ekvivalenspunkt, 1 : 1-forhold EDTA, mg/L som CaCO₃ og labrapport komplekstitrering. Denne siden forklarer derfor både selve forsøket, beregningen og hva du bør kunne si på muntlig-praktisk i Kjemi 1.

Bruk dette som øvesjekkliste

• Forklar at EDTA binder metallioner i forholdet 1 : 1.
• Bruk n = c · V med EDTA-volum i liter.
• Skill mellom endepunkt og ekvivalenspunkt.
• Forklar hvorfor pH-buffer og indikator er nødvendig.
• Regn om hardhet til mg/L som CaCO₃ når oppgaven ber om det.

Hensikt

Bestemme konsentrasjonen av kalsium- og magnesiumioner i en vannprøve ved komplekstitrering med EDTA. Målet er å bruke ekvivalenspunktet og 1 : 1-forholdet mellom EDTA og metallioner til å beregne vannets hardhet i mol/L og eventuelt mg/L som CaCO₃.

Hypotese

EDTA vil binde Ca²⁺- og Mg²⁺-ionene i vannprøven i forholdet 1 : 1. Ved ekvivalenspunktet er alle metallionene bundet av EDTA, indikatoren frigjøres, og fargen går fra vinrød til blå. Jo hardere vannprøven er, desto større volum EDTA trengs.

HMS og sikkerhet

Før du starter

• Bruk vernebriller under hele forsøket. Buffer, indikator og EDTA-løsning skal håndteres som laboratoriekjemikalier, selv når løsningene er fortynnede.
• Pipetter alltid med pipettefyller. Pipetter aldri med munnen.
• Unngå hudkontakt med indikator og buffer. Buffer ved høy pH kan irritere hud og øyne. Vask hendene etter forsøket.
• Hold byretten godt festet i stativet, og kontroller at kranen er lukket før du fyller den.
• Tørk opp søl med en gang, særlig rundt stativ og arbeidsflate.
• Avfall fra titreringen skal samles eller kastes etter lærerens beskjed, spesielt hvis prøven eller indikatoren inneholder miljøskadelige stoffer.
• Skyll glassutstyr grundig etter bruk for å unngå rester av metallioner eller EDTA. Rester kan påvirke neste titrering.

Utstyr du trenger

• Byrette og byrettestativ
• EDTA-løsning med kjent konsentrasjon
• Vannprøve
• Pipette og pipettefyller
• Erlenmeyerkolbe
• Bufferløsning
• Indikator, for eksempel eriokromsvart T
• Hvit flis eller hvitt papir
• pH-buffer, ofte rundt pH 10
• Trakt til byretten
• Destillert vann til skylling
• Tabell for måledata
• Kalkulator eller regneark
• Vernebriller

Framgangsmåte – steg for steg

Framgangsmåte: titrer prøven med EDTA til indikatoren skifter farge ved endepunktet.

1. Skyll byretten med litt EDTA-løsning, og fyll den deretter med EDTA-løsning av kjent konsentrasjon. Dette hindrer fortynning av titranten.
2. Fjern luftbobler fra byrettespissen og noter startvolumet nøyaktig.
3. Pipetter et kjent volum vannprøve, for eksempel 50,0 mL, over i en erlenmeyerkolbe.
4. Tilsett buffer slik at pH blir riktig for indikator og kompleksdannelse, ofte rundt pH 10 ved eriokromsvart T.
5. Tilsett noen dråper indikator. Løsningen skal vanligvis bli vinrød når indikatoren er bundet til metallionene.
6. Plasser kolben på hvit flis eller hvitt papir slik at fargeskiftet blir lettere å se.
7. Titrer med EDTA under jevn omrøring. Tilsett raskere i starten og langsommere nær endepunktet.
8. Stopp når fargen akkurat har skiftet fra vinrød/lilla til ren blå og blåfargen varer ved under omrøring.
9. Noter sluttvolumet i byretten og regn ut forbrukt volum EDTA.
10. Gjenta titreringen til du får minst to omtrent like forbruk.
11. Bruk middelverdien av samsvarende titreringer i beregningen, ikke en tydelig overtitrert prøve.

Observasjoner og resultater

Eksempel på titrering av en vannprøve med EDTA. Her bestemmes samlet konsentrasjon av Ca²⁺ og Mg²⁺, altså total hardhet i vann. Samme beregning brukes når oppgaven spør etter EDTA-forbruk, vannhardhet, hardhet som CaCO₃ eller Ca²⁺ + Mg²⁺ i mol/L:

Størrelse	Beregning	Verdi
Volum vannprøve	V(prøve)	50,0 mL = 0,0500 L
EDTA-konsentrasjon	c(EDTA)	0,0100 mol/L
Forbrukt EDTA	V(EDTA)	12,4 mL = 0,0124 L
Stoffmengde EDTA	n = c · V = 0,0100 · 0,0124	1,24 · 10⁻⁴ mol
Stoffmengde Ca²⁺ + Mg²⁺	1 : 1-forhold med EDTA	1,24 · 10⁻⁴ mol
Konsentrasjon metallioner	n / V(prøve)	0,00248 mol/L
Hardhet som CaCO₃	0,00248 mol/L · 100,1 g/mol · 1000	248 mg/L som CaCO₃
Fargeskift	Indikator frigjøres	Vinrød → blå

Resultat

Forbruket på 12,4 mL EDTA tilsvarer stoffmengden Ca²⁺- og Mg²⁺-ioner i vannprøven. Fordi EDTA binder metallionene i forholdet 1 : 1, blir samlet metallionkonsentrasjon i eksemplet 0,00248 mol/L. Det tilsvarer omtrent 248 mg/L som CaCO₃. Fargeskiftet fra vinrød til blå markerer endepunktet, som bør ligge nær ekvivalenspunktet.

Teorien bak

EDTA omslutter metallionet og danner et stabilt 1 : 1-kompleks.

Komplekstitrering er en titrering der analytten bindes i et kompleks. I dette forsøket er analytten metallioner i vann, først og fremst Ca²⁺ og Mg²⁺. Titranten er EDTA, som binder metallionene sterkt.

Kort sagt

Ved ekvivalenspunktet gjelder n(EDTA) = n(Ca²⁺ + Mg²⁺). Derfor er beregningen enklere enn mange syre-base-titreringer.

EDTA er en flerbundet ligand. Det betyr at ett EDTA-molekyl kan binde seg til et metallion på flere steder samtidig. Da dannes et stabilt kompleks. For mange metallioner, inkludert Ca²⁺ og Mg²⁺, er forholdet mellom EDTA og metallion 1 : 1:

M²⁺(aq) + EDTA⁴⁻(aq) → [M–EDTA]²⁻(aq)

Indikatoren, ofte eriokromsvart T, danner først et svakt kompleks med metallionene og gir vinrød farge. Når EDTA tilsettes, binder EDTA metallionene sterkere enn indikatoren gjør. Etter hvert tar EDTA metallionene fra indikator-komplekset.

Ved ekvivalenspunktet er alle Ca²⁺- og Mg²⁺-ionene bundet av EDTA. Da er indikatoren fri, og fargen blir blå. Fargeskiftet er endepunktet, altså det punktet du observerer. I en god titrering ligger endepunktet svært nær ekvivalenspunktet.

Buffer er nødvendig fordi både EDTA-bindingen og indikatorens farge er pH-avhengige. Ved feil pH kan komplekset bli mindre stabilt, eller indikatoren kan gi uklart endepunkt. Derfor holdes pH stabil under titreringen.

Vannhardhet beskriver innholdet av Ca²⁺ og Mg²⁺ i vann. Hardt vann kan gi kalkbelegg i kjeler, rør og kaffemaskiner, og det kan gjøre at såpe skummer dårligere fordi metallionene reagerer med såpestoffene.

Hardhet oppgis ofte som mg/L CaCO₃. Da regner man om samlet stoffmengdekonsentrasjon av Ca²⁺ og Mg²⁺ til en tilsvarende masse CaCO₃ per liter. Dette gjør det lettere å sammenligne vannprøver.

Når elever søker etter hvordan man regner vannhardhet med EDTA, er rekkefølgen vanligvis slik: finn n(EDTA), bruk 1 : 1-forholdet til å finne n(Ca²⁺ + Mg²⁺), del på prøvevolumet og regn eventuelt om til mg/L som CaCO₃.

Typiske problemstillinger sensor stiller

Hva er et kompleks?

Et kompleks er en forbindelse der et metallion er bundet til ett eller flere molekyler eller ioner som kalles ligander. EDTA er en ligand som binder metallioner svært sterkt.

Hvorfor skifter indikatoren farge?

Indikatoren er først bundet til metallionene og gir vinrød farge. Når EDTA har bundet alle metallionene, frigjøres indikatoren, og løsningen blir blå.

Hvilket forhold reagerer EDTA og metallioner i?

EDTA binder metallioner i forholdet 1 : 1. Derfor er stoffmengden EDTA ved ekvivalenspunktet lik samlet stoffmengde metallioner i prøven.

Hvorfor trengs buffer?

Buffer holder pH stabil. EDTA-komplekset og indikatorens fargeskift er pH-avhengige, så feil pH kan gi uklart eller feil endepunkt.

Hva er vannhardhet?

Vannhardhet er et mål på hvor mye Ca²⁺- og Mg²⁺-ioner vannet inneholder. Høy konsentrasjon av disse ionene gir hardt vann.

Hvordan regner du ut metallionkonsentrasjonen?

Regn først n(EDTA) = c · V. Siden forholdet er 1 : 1, er dette lik stoffmengden metallioner. Del deretter på volumet av vannprøven.

Hvorfor bør titreringen gjentas?

Fordi én titrering kan inneholde avlesningsfeil eller over-titrering. Flere samsvarende titreringer gir mer pålitelig middelverdi.

Hvordan regner du om til mg/L som CaCO₃?

Ta konsentrasjonen av Ca²⁺ + Mg²⁺ i mol/L, gang med molmassen til CaCO₃, omtrent 100,1 g/mol, og gang med 1000 for å få mg/L.

Hva skjer hvis du bruker for mye EDTA?

Da blir EDTA-forbruket for høyt. Beregnet stoffmengde metallioner og vannhardhet blir derfor for høy.

Sensortips – slik imponerer du

Slik får du toppkarakter

• Forklar 1 : 1-forholdet mellom EDTA og metallioner tydelig.
• Bruk n = c · V med volum i liter, og vis hele beregningen.
• Forklar fargeskiftet som at indikatoren frigjøres når EDTA tar metallionene.
• Nevn at buffer er nødvendig fordi pH påvirker både EDTA-kompleks og indikator.
• Skill mellom endepunkt og ekvivalenspunkt. Endepunktet er fargeskiftet du observerer; ekvivalenspunktet er det støkiometriske punktet.
• Vurder usikkerhet i fargeskift og byretteavlesning, spesielt nær endepunktet.
• Forklar om feilkildene gir for høy eller for lav beregnet vannhardhet.

Muntlig 6-er-formulering

«I en komplekstitrering binder EDTA metallioner som Ca²⁺ og Mg²⁺ i forholdet 1 : 1. Indikatoren er først bundet til metallionene og gir vinrød farge. Når EDTA tilsettes, binder EDTA metallionene sterkere. Ved ekvivalenspunktet er metallionene bundet av EDTA, indikatoren frigjøres, og løsningen blir blå. Da bruker vi n = c · V for EDTA til å finne stoffmengden metallioner, og vi kan regne resultatet om til mol/L eller mg/L som CaCO₃.»

Slik vurderer sensor

Det som gir karakter 6

• Du gjennomfører titreringen nøyaktig med byrette, pipette og tydelig endepunkt.
• Du forklarer kompleksdannelse og EDTA som ligand.
• Du bruker 1 : 1-forholdet riktig i beregningen.
• Du regner korrekt med c, V og n, og bruker volum i liter.
• Du forklarer indikatorens rolle og hvorfor fargeskiftet skjer.
• Du vurderer feilkilder som pH, over-titrering, byretteavlesning og fargebedømming.

Nivå	Kjennetegn i dette forsøket
Grunnleggende	Kan gjennomføre titreringen og se fargeskiftet.
Godt	Forklarer EDTA-binding og regner ut stoffmengde metallioner.
Svært godt	Forklarer kompleks, indikator, buffer, 1 : 1-forhold, endepunkt/ekvivalenspunkt og feilkilder presist.
Fremragende	Regner sikkert fra byrettevolum til mol/L og mg/L som CaCO₃, bruker samsvarende titreringer og vurderer retningen på feilkildene.

Typiske elevfeil å unngå

Vanlige feil

• Titrerer forbi fargeskiftet, slik at forbrukt volum EDTA blir for høyt.
• Glemmer buffer, slik at pH blir feil og endepunktet blir uklart.
• Bruker feil stoffmengdeforhold og tror at EDTA binder metallioner i 2 : 1 eller 1 : 2.
• Glemmer å gjøre mL om til liter i n = c · V.
• Leser av byretten ovenfra eller nedenfra i stedet for i øyehøyde.
• Bruker én titrering uten å gjenta og kontrollere om resultatet er pålitelig.
• Regner mg/L CaCO₃ uten å ta hensyn til at prøvekonsentrasjonen først må finnes i mol/L.
• Blander sammen fargeskiftet til indikatoren med fargen på EDTA-løsningen.

Feilkilder

Det som kan påvirke resultatet

• Uskarpt fargeskift kan gjøre endepunktet vanskelig å bestemme.
• Over-titrering gir for stort EDTA-forbruk og for høy beregnet metallionkonsentrasjon.
• Feil pH kan gi svak kompleksdannelse eller feil indikatorfarge. Resultatet kan bli både uskarpt og systematisk feil.
• Luftbobler i byrettespissen kan gi feil volumavlesning.
• Uren byrette, pipette eller kolbe kan tilføre metallioner eller EDTA-rester.
• Unøyaktig pipettert prøvevolum gir feil konsentrasjon.
• Andre metallioner i vannprøven kan også binde EDTA og gi høyere beregnet hardhet.
• For lite indikator kan gjøre fargeskiftet svakt, mens for mye indikator kan gjøre endepunktet vanskeligere å se.

Variasjoner av forsøket

• Sammenlign hardhet i springvann, flaskevann, regnvann og kokt vann.
• Bestem kalsium og magnesium hver for seg ved å bruke ulike pH-betingelser eller forbehandling.
• Lag en standardløsning med kjent Ca²⁺-konsentrasjon og kontroller metoden.
• Undersøk om vannhardheten endres før og etter filtrering eller koking.
• Bruk digital fargemåling for å gjøre endepunktet mindre subjektivt.
• Regn om resultatet til mg/L CaCO₃, som er en vanlig enhet for vannhardhet.

Sentrale begreper

• Kompleks – forbindelse der et metallion er bundet til ligander som omgir det.
• Ligand – molekyl eller ion som binder seg til et metallion.
• EDTA – flerbundet ligand som binder mange metallioner sterkt i forholdet 1 : 1.
• Komplekstitrering – titrering der analytten bestemmes ved kompleksdannelse.
• EDTA-titrering – komplekstitrering der EDTA brukes som titrant for å bestemme metallioner som Ca²⁺ og Mg²⁺.
• Ekvivalenspunkt – punktet der EDTA og metallioner har reagert i støkiometrisk riktig forhold.
• Endepunkt – det observerte punktet i titreringen, ofte et fargeskift.
• Vannhardhet – innholdet av kalsium- og magnesiumioner i vann.
• Hardt vann – vann med relativt høy konsentrasjon av Ca²⁺ og Mg²⁺.
• Total hardhet – samlet mengde Ca²⁺ og Mg²⁺ i vannprøven.
• Buffer – løsning som holder pH omtrent konstant under titreringen.
• pH 10-buffer – buffer som ofte brukes fordi indikatorfargen og EDTA-kompleksene fungerer godt ved omtrent pH 10.
• Eriokromsvart T – metallindikator som ofte går fra vinrød til blå i EDTA-titrering.
• Metallindikator – indikator som skifter farge når metallioner bindes eller frigjøres.
• mg/L som CaCO₃ – vanlig måte å oppgi vannhardhet på, beregnet som tilsvarende masse kalsiumkarbonat per liter.

Kompetansemål forsøket dekker

• Bruke titrering til kvantitativ analyse av en ukjent prøve.
• Gjøre rede for kompleksdannelse mellom metallioner og ligander.
• Bruke stoffmengde, konsentrasjon og volum i beregninger.
• Vurdere presisjon, feilkilder og usikkerhet i praktisk laboratoriearbeid.
• Knytte kjemisk analyse til et hverdagsfenomen som vannhardhet.
• Presentere resultat med riktig enhet og vurdere om metoden måler samlet Ca²⁺ og Mg²⁺.

Sjekkliste før du leverer

Kontroller dette

• Har du brukt middelverdi av samsvarende titreringer?
• Har du gjort mL om til L i n = c · V?
• Har du brukt 1 : 1-forholdet mellom EDTA og metallioner?
• Har du skilt mellom endepunkt og ekvivalenspunkt?
• Har du forklart hvorfor buffer og indikator er nødvendige?
• Har du vurdert om feilkilder gir for høy eller for lav vannhardhet?

Ofte stilte spørsmål

Hva er hardt vann?

Hardt vann er vann med mye oppløst kalsium og magnesium. Det kan gi kalkavleiringer og gjøre at såpe skummer dårligere.

Hvordan beregner jeg vannhardhet med EDTA?

Finn stoffmengden EDTA med n = c · V. Siden EDTA binder Ca²⁺ og Mg²⁺ i forholdet 1 : 1, er dette lik samlet stoffmengde metallioner. Del på volumet av vannprøven for å få mol/L, og regn eventuelt om til mg/L som CaCO₃.

Hvorfor trengs pH 10-buffer?

pH 10-buffer holder pH stabil. EDTA-komplekset og indikatorens fargeskift er pH-avhengige, så feil pH kan gi et uklart eller feil endepunkt.

Hva betyr 1 : 1-forholdet for utregningen?

Det betyr at ett EDTA-molekyl binder ett metallion. Ved ekvivalenspunktet er stoffmengden EDTA lik samlet stoffmengde Ca²⁺ og Mg²⁺ i prøven.

Hva er forskjellen på endepunkt og ekvivalenspunkt?

Ekvivalenspunktet er det teoretiske punktet der stoffmengdene har reagert riktig. Endepunktet er fargeskiftet du observerer. Målet er at endepunktet skal ligge så nær ekvivalenspunktet som mulig.

Hvorfor blir løsningen blå til slutt?

Når EDTA har bundet metallionene, er indikatoren ikke lenger bundet til metallioner. Fri indikator har blå farge ved riktig pH.

Måler forsøket kalsium og magnesium hver for seg?

Vanlig EDTA-titrering av vannhardhet måler samlet mengde Ca²⁺ og Mg²⁺. For å skille dem må forsøket tilpasses med andre betingelser eller ekstra trinn.

Hvorfor brukes hvit flis eller hvitt papir?

Det gjør fargeskiftet lettere å se og reduserer risikoen for å titrere for langt forbi endepunktet.

Slik skriver du labrapport

En god labrapport om komplekstitrering med EDTA viser tydelig hvordan EDTA-forbruket brukes til å bestemme stoffmengden metallioner i vannprøven. Bruk gjerne ordene vannhardhet, Ca²⁺, Mg²⁺, eriokromsvart T, pH 10-buffer, endepunkt, ekvivalenspunkt, 1 : 1-forhold og mg/L som CaCO₃ der de passer naturlig.

Del av rapporten	Hva du bør skrive
Hensikt	At du skal bestemme vannhardhet ved komplekstitrering med EDTA.
Hypotese	At EDTA binder Ca²⁺ og Mg²⁺ i forholdet 1 : 1, og at fargeskiftet viser ekvivalenspunktet.
Utstyr og HMS	Byrette, pipette, EDTA, vannprøve, buffer, indikator, erlenmeyerkolbe, vernebriller og sikker pipettering.
Framgangsmåte	Forklar pipettering av prøve, tilsetting av buffer og indikator, titrering og avlesning av endepunkt.
Resultater	Lag tabell med startvolum, sluttvolum, forbrukt EDTA og fargeskift.
Beregning	Bruk n = c · V for EDTA, 1 : 1-forholdet og volumet av vannprøven til å finne metallionkonsentrasjonen. Vis eventuell omregning til mg/L som CaCO₃.
Drøfting	Forklar indikatorens rolle, betydningen av buffer, og vurder feilkilder som over-titrering, pH, luftbobler og avlesning. Skriv om feilkildene gir for høy eller lav hardhet.
Konklusjon	Oppgi beregnet hardhet eller samlet konsentrasjon av Ca²⁺ og Mg²⁺, og vurder kort om resultatet virker rimelig.

Klar for muntlig-praktisk?

Øv på flere Kjemi 1-forsøk, begreper og eksamensoppgaver med fasit.

Gå til Kjemi 1

Relaterte sider

Syre-base-titreringFellingstitrering (Mohr)Påvisning av ionerKjemi 1Alle Kjemi 1-forsøkKjemi 1-begreperOppgavesamlingMuntlig-praktisk eksamenEksamen i Kjemi 1

Alle kapitler i Kjemi 1

1 · Stoffer og periodesystemet2 · Kjemiske bindinger3 · Reaksjoner og beregninger4 · Entalpi, reaksjonsfart og likevekt5 · Syrer og baser6 · Analyse7 · Organisk kjemi8 · Grønn kjemi