El EDTA como agente quelante

Según Skoog et al. (2001) señalan que la sal etilendiaminatetraacetato disódica dihidratada, llamada también EDTA (Na2EDTA.2H2O), es un ligando hexadentado, que posee seis lugares para formar un enlace con un ion metálico: cuatro grupos carboxilo y dos grupos amino. Cada uno de éstos con un par electrónico libre para compartirlos, con el ion metálico, que es una especie deficitaria de electrones, a través del enlace covalente dativo Mn+_{←׃L (Butler y Harrod,1989). Por otro lado, Gary (2009)}

indica que los nitrógenos amino (:NH3+) son más básicos y son protonados más fuertemente que los grupos carboxilato; además menciona que los iones metálicos son los ácidos de Lewis, que aceptan pares de electrones de ligandos donadores de electrones, los cuales a su vez son bases de Lewis. Así mismo, Butler y Harrod (1989) mencionan que el origen de los metales de transición está en las configuraciones electrónicas de la capa de valencia ns2_(n-1)dx_{, con un subnivel “d” parcialmente}

ocupado. Se conoce que los metales y sus iones positivos son especies deficitarias en electrones (ácido de Lewis). Un ligando que se une a un ion metálico, a través de más de un átomo del mismo se llama ligando multidentado o ligando quelante. el cual pierde sus protones al unirse al ion metálico.

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La figura 6 representa la estructura de Lewis en el ion EDTA4- _{y la figura 7} muestra el ion complejo Na2EDTA2-

Figura 6. Estructura de Lewis, del ion Figura 7. complejo Na2EDTA2 Etilendiaminotetraacetato (EDTA4-)

Cuando los ligandos se unen a los átomos metálicos, pierden sus protones. Mitchell (1997) indica que los complejos de EDTA son obtenidos por la reacción de los cationes con EDTA4- _{en solución acuosa. Así:}

[M(𝐻₂𝑂)₆]_(𝑎𝑞)2+ + 𝐸𝐷𝑇𝐴4−_(𝑎𝑞)→ [𝑀(𝐸𝐷𝑇𝐴)]_(𝑎𝑞)2− + 6𝐻₂𝑂 (2)

El EDTA como ácido etilendiaminotetraacético es económico y versátil, poco soluble en agua (0.02 g. en 100 ml. de agua a 22ºC), insoluble en ácidos y en solventes orgánicos comunes, pero soluble en soluciones cáusticas y amoniaco, muy usado en titulaciones complexométricas (Flaschka,1958). Por otro lado, Hart et al. (2012) indica que la solubilidad de la sal Na2EDTA, en agua a 20°C es aproximadamente de 10.5 g/100 ml. Un poco más que el ácido.

Las distintas especies de EDTA suelen abreviarse como:H4Y, H3Y-, H2Y2-, HY3- e y4-_{. Un agente orgánico que tenga dos o más grupos (multidentado) forma complejos} más fuertes con un ion metálico y es llamado agente quelante. El EDTA reacciona con el ion cobre Cu2+_{, dando lugar al EDTA cobre II disódico, así: Cu(OOCCH}

2)2NCH 2CH2 N(CH2COONa)2. Los complejos relativamente sencillos que se discuten aquí sirven

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como modelos que exhiben las características principales de los mecanismos de reacción de compuestos de coordinación.

Cu2+ _{+ [EDTA]}4- _{→ Cu (EDTA)}2- ₍₃₎

El EDTA es un ácido tetraprótico representado como H4Y. La forma usual de EDTA es como sal disódica, Na2H2Y. Cuando es utilizada en forma complejométrica, la reacción es:

Na2H2Y(ac) + M2+(ac) → MY2-(ac) + 2H*(ac) + 2Na+(ac) (4) Es un reactivo no tóxico. Así Hart et al. (2011) quien menciona a Yang (1964), que desarrolló una investigación en Estados Unidos indicando que el EDTA es relativamente no tóxico, mostrando que, el valor agudo oral en ratas LD50, para Na2EDTA es 2.0 - 2.2 g / kg. Los estudios subagudos que utilizaron 0.5 - 5.0% de Na2EDTA en la dieta no encontraron manifestaciones tóxicas excepto diarrea que redujo el consumo habitual de alimentos. Heindorff, Aurich, Michalis, Rieger (1983) mencionan al Instituto Nacional de Cáncer en su serie N°11 de reportes técnicos (1977), indicando que el EDTA es inofensivo para humanos en cuanto a genotoxicidad y carcinogenicidad.

La formación de un quelato es una reacción de equilibrio que puede ser desplazada hacia la izquierda o hacia la derecha, obedece a la acción de masas:

M + L ↔ ML (5)

Como la reacción es reversible, la remoción del metal libre la desplazará a la izquierda. De la misma manera la remoción del quelato por precipitación o cualquier otro medio la desplazará hacia la derecha. La constante de estabilidad (k) es una expresión de la relación entre el ion metálico quelatado y el ion metálico libre. Los cuatro primeros valores de pK se refieren a los protones carboxílicos, y los dos últimos a los protones de amonio. El ácido neutro es tetraprótico, con fórmula H4Y. El reactivo

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comúnmente usado es la sal disódica Na2H2Y.2H2O.En los aminoácidos el grupo amino se comporta como una base, mientras que el grupo carboxilo se comporta como ácido. En solución acuosa, el aminoácido existe como una molécula ionizada o ion dipolo en la que el grupo amino gana un protón y adquiere una carga positiva y el grupo carboxilo pierde un protón y adquiere una carga negativa.

Tabla 3. Constantes de formación de EDTA

Etapas Equilibrio KA pKA 1 𝐻6𝑌++↔ 𝐻++ 𝐻5𝑌+ 1 0.0 2 𝐻5𝑌+↔ 𝐻++ 𝐻4𝑌 0.03162 1.5 3 𝐻4𝑌 ↔ 𝐻++ 𝐻3𝑌− 1.0 𝑋 10−2 2.0 4 𝐻3𝑌−↔ 𝐻++ 𝐻2𝑌−− 2.1878 𝑋 10−3 2.66 5 𝐻2𝑌−−↔ 𝐻++ 𝐻𝑌−−− 6.9183 𝑋 10−7 6.16 6 𝐻𝑌−−−↔ 𝐻++ 𝑌4− 5.7544 𝑋 10−11 10.24 Fuente: Harris (2007)

El pK para la deprotonación del grupo amino protonado se puede determinar por la adición de base, mientras que el pK para la protonación del grupo carboxilo se puede establecer por la adición de ácido (Skoog et.al.2005).

La forma usual del EDTA es como sal disódica Na2H2Y La reacción con el cobre es:

𝑁𝑎2𝐻2𝑌(𝑎𝑐)+𝐶𝑢(𝑎𝑐)2+ → 𝐶𝑢𝑌(𝑎𝑐)2− + 2𝐻(𝑎𝑐)+ + 2𝑁𝑎(𝑎𝑐)+ (6) 2.2.5.3. Variables principales del proceso

Las variables principales son: Tamaño de partícula, velocidad de agitación, temperatura, concentración del reactivo y pH. Sin embargo, algunos autores fijan algunas variables, como constantes. Así, autores como Oudenne y Olson (1983) en su trabajo de investigación de lixiviación de malaquita con carbonato de amonio,

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consideraron fijar como constante, la velocidad de agitación, después de comprobar su intenso efecto sobre la velocidad de reacción (800 rpm),debido a los altos costos de operación que acarrea. Considerando como variables a la temperatura, tamaño de partícula y concentración del reactivo. Otros autores a veces consideran como constante al pH; porque es evidente su efecto sobre el proceso, basados en trabajos relacionados al tema de investigación.