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1、金属螯合剂一、螯合剂的概念 由一个简单正离子 (称为中心离子)和几个中性分子或离子(称为配位体)结合而成的复杂离子叫配离子(又称络离子) 含有配离子的化合物叫配位化合物。在配合物中中心离子与配位体通过配位键结合。配位键是一种特殊的共价键 通常的共价键是由两个成键原子绷出一个电子形成共同电子对的 而在配位键中是由一个原子提供电子对 另一原手提供攀删道形成的。为了区别把共价键用“一”表示 如 H+H H H(HH) 配位键奶删“”表示 箭头指向提供空轨道的原子 如Cu+NH3 CuNH3(CuNH3)。如果配位体中只有一个配位原子则中心离子与配位体之间只能形成一个配位键。而有些配位体分瑚中含有两个
2、以上的配位原子而且这两个原子间相隔着两至三个其他非配位原子时 这个硼体就可以与中心离子( 或原子) 同时形成两个以上的配位键 并形成一个包括两个配位剿五元或六元环的特殊结构 把这种配合物称为螯合物。螯合物比一般配合物更稳定。 把能形成螯合物的配位体叫整合剂。螯合剂包括无机和有机两类。它们在清洗过程中蕉着重要用途。 二、无机金属离子螯合剂 聚磷酸盐螯合剂的缺点是它们在高温下会发生水解而分解 使螯合能力减弱或丧失。而且其螯合能力受 pH 值影响较大 兰般只适合在碱性条件下作螯合剂。一般说来这些无机螯合剂对重金属离子特别是铁离子的螯合能力较差。由于以上缺点 使无机螯合剂的用途受到限制 通常只用于对钙
3、、镁离子螯合 所以常作为硬水软化剂。 三、有机金属离子螯合剂 能与重金属离子起螯合作用的有机化合物很多 如羧酸型、有机多元膦酸等。 1 羧酸型 在清洗剂中使用的羧酸型螯合剂主要有氨基羧酸类和羟基羧酸类等。 (1) 氨基羧酸类氨基羧酸用作螯合剂的有乙二胺四乙酸(EDTA) 氨基三乙酸( 又称次氮基三乙酸 NTA) 二亚乙基三胺五乙酸及其盐等。它们对钙、镁离子均有较强的螯合作用。从单位质量的三种酸螯合钙离子的数量看 以 NTA 螯合最多 ZDTA 其次 DTPA再次。从实用方面来看NTA 与钙离子形成的螯合物相当稳定且价格又便宜 所以常在洗涤剂中做三聚磷酸钠的代用品。 乙二胺四乙酸二钠盐分子中含有
4、两个氮原子和四个氧原子可提供形成配位键的电子对可与钙离子形成六个配位键组成的 K 元环如下 在水中很稳定不易解离。但由于乙二胺四乙酸价格昂贵 目前只用在不停车清洗等特殊蝴垢清洗中而且常用在水中溶解度较其大的二钠盐或四钠盐。二钠盐水溶液的 pH 值为 4.4 四钠盐水溶液 pH 值为10.8。应当注意在碱性条件下有些金属离子会形成氢氧化物沉淀从-豕期析出而不被螯合 例如 Fe3+在 pH8 的水溶液中会形成Fe(OH)3 沉淀而不能用 EDTA 去赣合 Fe3+。所以尽管氨基酸的螯合能力受 pH 值影响 在 pH 值较高的范围内整合能力较蛾猫如果金属离子在 pH 值较高条件下生成氢氧化物则不能被
5、螯合 在实用中要注意。 (2)羟基羧酸类用作螯合剂的这类羧酸主要是柠檬酸(CA) 、酒石酸(TA)和葡萄耀 I 酸(GA)。由于这些螯合剂在酸性条件下整合性能较弱 在洗涤剂配方中通常采用它们的澜作助洗剂。其中葡萄糖酸钠是一种良好的全能螯合剂 对多种金属离子都有很好的螯合能捌而酒石酸钠、柠檬酸钠也能螯合大多数二价和三价金属离子。 柠檬酸及其盐在酸性范围内就有较强的螯合能力 合适的使用范围是 pH 4 8。柠檬醚与铁离子形成的螯合物溶解度低 在水中会形成沉淀 为了增加其溶解度 加入适量氨嗍成柠檬酸单铵与Fe3+、Fe2+离子螯合分别形成溶解度较大的柠檬酸亚铁铰和柠檬酸铁铵翻子 则不会在清除铁锈时出
6、现沉淀。 当柠檬酸铵与羟基乙酸并用时 它的螯合能力增加。几种羧酸对铁锈的溶解能力顺棚柠檬酸铵羟基乙酸羟基乙酸 柠檬酸铵。 由于柠檬酸螯合剂适用 pH 值范围比其他几种羟基羧酸广 使它成为工业生产中使用裁多的羟基羧酸整合剂。 (3)羟氨基羧酸类 这类酸用作螯合剂的典型代表是羟乙基乙二胺三乙酸(HEDTA)秘二羟乙基甘氨酸(DEG) 。 它们在 pH 9 的弱碱性条件下可螯合铁离子 但对其他离子螯合能力较差 如二羟乙攀甘氨酸不能用螯合钙、镁离子 所以一般可用它们去除铁锈垢而不用它们去除碳酸钙等水垢羧酸类螯合剂大多有易于生物降解不污染环境 无毒害作用的优点。 其他羧酸类整合剂还有 1 2 3令四羧基环戊烷 2氧乙酸基丙二酸及 2氧乙酸基丁导酸等。2、有机多元膦酸 有机多元膦酸与无机聚磷酸盐相比有良好的化学稳定性 不易水解 能耐较高温度。对许多金属离子如钙、镁、铜、锌都有优异的螯合能力。在工业清洗中常用作阻垢剂 防止水垢的生成。目前已被大量应用。 3 聚羧酸 有聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、水解聚马来酸酐、富马酸(反丁烯二酸) 丙烯磺酸共聚体。它们含有的聚合阴离子都是金属离子的优良螯合剂 因此也被用作阻垢剂。 其中聚丙烯酸及其钠盐是目前应用得最广泛的聚羧酸型阻垢剂。
